idz_1_elektronika

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Энергетический институт

Кафедра электропривода и электрооборудования

Индивидуальное задание №1

По дисциплине: электроника

Полупроводниковые диоды и их применение в выпрямительных устройствах

Вариант №74

Выполнил: студент группы 5А92 «20» декабря 2021 г. Олейник А.В.

_________

(подпись)

Проверил преподаватель: доцент « » _________ 2021 г. А.В. Глазачев

__________

(подпись)

Томск – 2021

Исходные данные

Дано:

-Номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке U_d=100В;

-ток нагрузки I_d=3,5 А;

-дополнительный коэффициент пульсаций выходного напряжения на нагрузке k_п=0,02;

-частота питающей сети f=50 Гц;

-количество фаз n=1;

-номинальное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, U₁=220 В.

Расчет выпрямительного устройства

1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя:

Определим мощность и сопротивление нагрузки:

Однополупериодные выпрямители применяются в основном с выходной мощностью до 10 Вт и в тех случаях, когда допускается сравнительно высокий коэффициент пульсаций.

Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяются при напряжениях нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт.

Мостовые выпрямители применяется наиболее часто. Их можно использовать при любом характере нагрузки (емкостная, индуктивная). Из‐за повышенного падение напряжения на диодах, в результате чего ее не рекомендуют применять при напряжениях нагрузки менее 5 В. Ее применяют с емкостным, Г- или П-образными LC и RC фильтрами. Достоинством мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на диодах, эффективное использование трансформатора. Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

После проведенного анализа однофазных схем выпрямителей выбираем мостовой выпрямитель.

2. Расчет параметров сглаживающего фильтра:

Так как ток нагрузки составляет единицы, применяем Г-образный LC-фильтр.

Одним из основных условий является обеспечение явно выраженной индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, необходимой для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя. При индуктивной реакции фильтра меньше действующие значения токов в вентилях и обмотках трансформатора. Для обеспечения индуктивной реакции необходимо, чтобы:

где круговая частота напряжения сети- ,

m-количество пульсаций выпрямленного напряжения за период, для мостовых m=2(т.к. схема двухполупериодная).

Величину емкости найдем из выражения:

где q-коэффициент сглаживания, который находится по формуле:

Проводим проверку условий эффективности работы фильтра:

.

Условия эффективности считаются выполненными, если параметры отличаются в более, чем 5 раз, т.е. выше условия выполняются.

3. Расчет параметров вентильного узла и выбор типов выпрямительных диодов:

Характер нагрузки выпрямителя может быть активным (R), активно- индуктивным (RL) или активно-ёмкостным (RC). Выпрямитель с выходным ёмкостным или резистивно-ёмкостным фильтром считается нагруженным на активно-емкостную нагрузку, а выпрямитель с фильтром, начинающимся на индуктивность – на активно-индуктивную нагрузку.

В нашем случае нагрузка активно-индуктивная.

Для того, чтобы выбрать тип полупроводниковых диодов выпрямителя, необходимо рассчитать с учетом характера нагрузки основные характеристики выпрямителя.

Находим значение максимального обратного напряжения U_обр.max, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа:

Среднее I_пр.ср, действующее I_пр.Д и максимальное I_пр.max значения прямого тока диодов равны:

Частота на выходе выпрямителя f_п:

По справочным данным выбираем диод, имеющий ближайшее большие значения предельных параметров.

Выбираем диод 1N3881 .

Его характеристики: I_пр=6 А при t⁰=100 ⁰C, U_обр.max=200 B, I_пр.max=6 А при t⁰=150 ⁰C, I_{пр.перег.max}=3 мА, τ_и=0,05 с, f_max=1 кГц. [1]

Его конструкция:

Рисунок 1- Конструкция диода КД203А

4. Расчет параметров трансформатора:

Находим действующее значение напряжения U_2Д и тока I_2Д вторичной обмотки трансформатора:

Минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора равна:

5. Построение временных диаграмм выпрямителя:

Проверку соответствия применяемых компонентов режима их работы в выпрямителе проведем, смоделировав полученное выпрямительное устройство с использованием прикладной программы MATLAB.

Построим проверяемую схему в среде MATLAB:

Рисунок 2 – Однофазная мостовая схема с LC фильтром

Рисунок 2 - Осциллограмма напряжения на обмотке трансформатора

Рисунок 3 - Осциллограмма напряжения на диоде

Рисунок 4 - Осциллограмма напряжения на нагрузке

Вывод: в данной работе я провел анализ технического задания, научился выбирать принципиальную схему выпрямительных диодов, рассчитывать сглаживающий фильтр и параметры питающего трансформатора, а также строить временные диаграммы для рассчитанного выпрямителя.

Список литературы

1. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. -М.: Альянс, 2015.-424 с.: ил.