Схемы выпрямителей
Маломощные выпрямители, как правило, выполняются по схемам с однофазным питанием. Схемы таких выпрямителей, работающих на чисто активную нагрузку, показаны на рис. 2.1.
Задача расчета
Определить электрические нагрузки на вентили в схеме и сделать выбор вентилей, определить основные параметры трансформатора, на котором в дальнейшем может быть расчет трансформатора (I 1, Е 1, I 2, Е 2, Р 1).
Исходные данные для расчета
Основными исходными данными для расчета выпрямителей являются параметры нагрузки, для питания которой предназначен выпрямитель. Эти параметры задаются двумя величинами из следующих четырех:
Ud – среднее значение напряжения на нагрузке;
Id – среднее значение тока нагрузки;
Pd – средняя мощность нагрузки;
Rd – сопротивление нагрузки.
Два других параметра определяются по заданным с помощью очевидных соотношений. Дополнительными данными для расчета являются напряжение питающей сети Uc, температура окружающей среды tокр, частота питающей сети fc и др. В качестве примера примем следующие исходные данные: Ud = 150 В, Rd = 350 Ом, Uc = 220 В.
|
|
Условия расчета
В ходе расчета учитывается неидеальность характеристик вентилей и трансформатора. Для вентилей принимается во внимание падение напряжения при протекании прямого тока, обратный ток считается пренебрежимо малым. Потери в трансформаторе учитываются введением в расчетные формулы величины сопротивления обмоток трансформатора.
Пример расчета выполнен для однополупериодной схемы выпрямителя. Для двухтактной схемы со средней точкой и мостовой схемы приводятся только расчетные формулы, если они отличаются от формул, применяемых для расчета однополупериодной схемы.
Порядок расчета
9.2.1Определяем параметры нагрузки:
а) ток нагрузки
Id = A;
б) мощность нагрузки
Рd = Ud Id = 150 ∙ 0.43 = 64.5 Вт.
9.2.2 Определяем основные параметры вентилей:
а) средний прямой ток, протекающий через вентили
Ia = Id = 0.43 А.
Для двухтактной схемы со средней точкой и для мостовой схемы
Ia =
б) амплитуда обратного напряжения (предварительно)
Uобр m = π Ud = 3.14 ∙ 150 = 471 В.
Для мостовой схемы
Uобр m =
9.2.3 По найденным величинам Ia и Uобр m производим выбор вентиля
Для установки в схему выбираем кремниевый вентиль типа КД202С со следующими основными параметрами.
Максимально допустимый анодный ток (среднее значение)
Ia макс доп = 3.5 А (с радиатором);
Ia макс доп = 1.5 А (без радиатора).
Максимально допустимое обратное напряжение (амплитудное значение)
Uобр mмакс доп = 600 В.
Прямое падение напряжения при номинальном анодном токе
U 0 = 0.9 В.
9.2.4 Определяем основные параметры трансформатора:
|
|
а) суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке
R тр = Rd ν = 350 ∙ 0.049 = 17.2 Ом,
где ν – коэффициент, определяемый по графику (рис.2.2) как функция активной мощности трансформатора;
б) приближенное значение сопротивления вентиля в прямом включении
Rд = Ом;
в) действующее значение э.д.с. вторичной обмотки с учетом падения напряжения на диоде и активном сопротивлении обмоток трансформатора
E 2 = 2.22 Ud + Id (R тр + Rд) == 2.22∙150 + 0.43(17.2 + 0.26) = 341 В.
Для двухполупериодной схемы со средней точкой:
E 2 = 1.11 Ud + Id (R тр + Rд),
Для мостовой схемы:
E 2 = 1.11 Ud + Id (R тр + 2 Rд);
г) коэффициент трансформации
n =
д) действующее значение тока вторичной обмотки
I 2 =
Для схемы со средней точкой:
I 2 =
Для мостовой схемы:
I 2 = 1.11 Id;
е) действующее значение тока первичной обмотки:
I 1 = 1.21
Для схемы со средней точкой и мостовой схемы I 1 =
ж) типовая мощность трансформатора (без учета подмагничивания сердечника):
Р тр = .
Для схемы со средней точкой Р тр =
з) типовая мощность трансформатора с учетом подмагничивания сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки (только для однополупериодной схемы)
Р¹ тр ≈ 1.1 Р тр = 1.1 ∙ 204 = 224 Вт.
2.5.5 Уточняем величину обратного напряжения на вентиле
Uобр m = Е 2 = 1.41 ∙ 341 = 482 В, что вполне допустимо для выбранного вентиля.
Для схемы со средней точкой Uобр m = 2 Е 2.
Задание для контрольной работы:
Рассчитать выпрямитель, работающий на активную нагрузку. Параметры нагрузки указаны в таблице 2.1.
Таблица 9.1 - Параметры нагрузки выпрямителя
Сопротивление нагрузки Rd, Ом | Напряжение на нагрузке Ud, В | ||||
65 | 95 | 130 | 165 | 210 | |
120 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
180 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
240 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
350 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
400 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
550 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
Схема выпрямителя – по указанию преподавателя. Напряжение сети принять равным 220 В.
Вопросы для самоконтроля:
1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.
2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Принцип работы. Временные диаграммы
3. Мостовая схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.