-
Расчет выпрямителя
Рис. 5. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя .
1. Выбираем стандартную двухполупериодную мостовую схему .
Преимущества данной схемы:
низкое выходное сопротивление ;
низкое обратное напряжение на вентилях и низкое среднее значение тока ;
простой сглаживающий фильтр;
хорошее использование трансформатора .
Её недостатки:
необходимость в четырёх вентилях ;
повышенное вдвое падение напряжения на вентилях ;
невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе (без изолирующих прокладок).
Область применения (по напряжению , току и мощности ) при использовании полупроводниковых вентилей :
Uo - до 400В,
Iо - до 1 А,
Ро - до 300 Вт , где
Uо - номинальное выпрямленное напряжение,
Io - ток нагрузки,
Ро - выходная мощность.
2. Пользуясь таблицей основных параметров выпрямительных схем , работающих на емкостную нагрузку, определяем ориентировочные значения параметров вентилей Uобр ; Iпр.ср ; Iпр , а также габаритную мощность трансформатора Sтр.
Для ориентировочного определения этих параметров следует задаться значениями вспомогательных коэффициентов B и D.
Для двухполупериодной мостовой схемы В = 0,95...1,1;
D = 2,1...2,2 . Амплитуду обратного напряжения на вентиле определяют по мах значению выпрямленного напряжения
В = 0,99; D = 2,15
Uо мах = Uоˑ(1+ амах) (7.1)
Uо мах = 60,3 В
Uобр = 1,41ˑ ВˑUо (7.2)
Uобр = 84,173 В
Iпр ср = 0,5 ˑ Iо =1,1 А (7.3)
Iпр = D ˑ Iо = 4,98 А (7.4)
Sтр = 0,707 ˑ B ˑ D ˑ Pо = 236,3 ВА (7.5)
Выбираем тип вентилей. При этом необходимо выполнить условия :
Uобр мах > Uобр; (7.6)
Iпр. ср мах > Iпр. ср; (7.7)
Iпр < 1,57*Iпр. ср мах. (7.8)
Выбираем вентили VD1 - VD4 типа КД202Г, параметры которых
Uобр = 100 В ; Uпр = 0,9 В ; Iпр. ср мах = 3,5 А.
Находим сопротивление вентилей в прямом направлении
rпр = Uпр / Iпр. ср мах = 0,262 Ом. (7.9)
Определяем активное сопротивление обмоток трансформатора
(7.10)
где kr = 3,5 (для мостовой схемы) - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления ;
Вт = 1,28 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, в Тл ;
S = 2 - число стержней трансформатора для сердечника стержнего типа;
fс = 50 Гц - частота сети.
rтр = 1,151 Ом.
Находим индуктивность рассеяния обмоток трансформатора
(7.11)
где kL = 0,005 - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления ;
р = 2 - число чередующихся секций обмоток;
Ls = 0,00224 Гн.
Определяем угол = arctg(2ˑπˑfcˑLc) / r .
r = 2ˑrпр+ rтр = 1,67 Ом - активное сопротивление фазы выпрямителя,
тогда = 30.
Далее находим основной расчетный коэффициент
A=Ioˑ πˑr / m ˑUo (7.12)
A = 0,13,
где т = 2 - число фаз выпрямителя.
По найденному значению А и углу определяем вспомогательные коэффициенты
B = 0,93; D = 2,2; F = 6,3; H = 170.
U2 = BˑUo = 51,14B;
I2 = 0,707ˑDˑIo = 3,82A;
S2 = S1 = Sтр = 0,707ˑBˑDˑPo = 201 BA;
Uобр =1,41ˑBˑUo = 80 B;
Iпр.ср = 0,5ˑIо = 1,25 А ;
Iпр = DˑIo = 5,A;
Iпр т = 0,5 ˑF = 3,15A.
В соответствии с приведенными выше формулами делаем вывод, что вентили выбраны правильно.
11.Величину емкости, нагружающей выпрямитель (первый элемент фильтра) находим оп формуле
С1 = 100ˑH / (rˑКп) (7.13)
С1 = 9723,5 мкФ,
где Н - вспомогательный коэффициент;
r - активное сопротивление фазы выпрямителя;
Кп - заданный коэффициент пульсаций.
Напряжение холостого хода выпрямителя равно
Uoхх =U2m 2 ˑU2 = 4986,7 B. (7.14)
Наибольшее выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя определяем при максимальном наряжении сети
Uoхх maх= Uохх(1+а мах) = 5415,26 В. (7.15)
Ток короткого замыкания равен
Ioкз = т 2 * U2 / r = 135,29 А. (7.16)
Внутренне сопротивление выпрямителя находим по формуле
rо = (Uохх-Uо) / Iо = 2179,11 Ом. (7.17)
Определяем КПД выпрямителя
= Ро / ( Ро+Ртр+Рв) = 0,87, (7.18)
где Ртр - потери мощности в трансформаторе;
Рв - потери мощности на вентилях;
Ртр = Sтр(1- тр) =16,09 Вт, (7.19)
здесь тр - КПД трансформатора.
Величину Рв определяем по формуле
Рв = Iпр.ср ˑUпр ˑN = 4,07 Вт, (7.20)
где N - общее количество вентилей выпрямителя.
12. Произведём индикацию работы выпрямителя .
Выбираем светодиод марки 3Л102Г [7] , у которого Iпр= 10 мА;
U пр=2,8 В .
Определим сопротивление резистора R0 включенного в цепь светодиода
R0 = U2-Uпр/Iпр = 50,22-2,8/0,01 = 4742 Ом , выбираем резистор типа МЛТ-1.
13. Выбираем трансформатор типа ТПП321-127/220 [14] , с параметрами S =200 ВА, U2=50 В, I 2=4А.
Анализ переходных процессов.
Производим анализ схемы с помощью программы MICRO-CAP.
Рис. 6 Характеристика U( t ), снимаемая с выхода выпрямителя.
