MU_k_KP_po_SE

КАФЕДРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

• выполнению курсового проекта "Расчёт мостового выпрямителя с фильтром"

по дисциплине

"Силовая электроника"

(для студентов специальности "Электрические машины и аппараты" уровня

подготовки 6.050702)

РЕКОМЕНДОВАНО

на заседании кафедры

"Электрические машины и аппараты"

Протокол №12 от 03.07.2013

УТВЕРЖДЕНО

на заседании методического

совета ДонГТУ

Протокол № от __________

Алчевск

ДонГТУ

2013

2

РАСЧЕТ МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ФИЛЬТРОМ

Исходные данные для расчета выпрямителя:

U_но – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке;

I_о – среднее значение выпрямленного тока;

U₁ – напряжение сети;

К_п.вых – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке.

				LФ	LФ	RH
U1	U	2	U0			UH0
			C0	CФ		CФ

Рис. 1 - Схема мостового выпрямителя с фильтром

• приводимых ниже расчетах напряжение выражается в вольтах, ток – в миллиамперах, сопротивление – в Омах, емкость – в микрофарадах, коэффици-

ент пульсаций в процентах.

Пример расчета.

Дано: U_но = 4 В; I_о = 2 А; U₁ = 220 В; К_п.вых = 2 %.

2.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

1. Для выбора типа диодов, определяется обратное напряжение на вентиле

U_обр =1,5·U_о = 1,5 · 1,2 · 4 = 7,2 В,

где U_о = 1,2 · U_но – напряжение на входе сглаживающего фильтра - должно быть больше напряжения на нагрузке, т.к. учитывает потери напряжения на

3

фильтре.

Средний ток через вентиль

I_{а ср} = 0,5·I_о = 0,5 · 2 = 1 А.

Выбираются диоды КД130АС с I_ср = 3 А; U_обр.М = 50 В.

Выбор диода производится по двум параметрам I_а.ср и U_обр. Из справочника определяются максимальное обратное напряжение, средний ток и внутреннее сопротивление вентиля R_i. Если величины R_i в справочнике нет, то его легко рассчитать. При падении напряжения на кремниевом диоде U_Д = 0,7 В величи-на R_i = U_Д / I_{а ср} = 0,7 / 1 = 0,7 Ом.

2. Расчет трансформатора при U_о = 1,2 · U_но = 1,2 · 4 = 4,8 В:

Определяют сопротивление трансформатора

R



830  U

0



830  4,8



 U

тр

I

 I

1/4

2  (4,8  2)

1/ 4

0

0

0



Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

1132 Ом.

U

 0,75  U



I

0 2R i  R

тр



 0,75

 4,8



2(2  0,7 

1132)



2

0

530

530

11,5 В.

Токи обмоток

I

 1,41 I



16,6  U

0

2

0

2

 R

 R

i

тр

 1,41 2 	16,6  4,8
	 0,7 1132
2



2,9 A,

I



1,2  U

2

 I

2



1,2 11,5  2,9



1

U

220

1

0,18 A.

Вычисляется габаритная мощность трансформатора, которая для двухпо-лупериодной схемы определяется выражением

Pг

• 1,7U 2 I 2

• 1,7 11.5  2.9



57. В∙А.

Далее находится произведение площади сечения сердечника трансформа-тора Qc на площадь окна сердечника Q₀, которое в зависимости от марки про-вода обмотки равно, см⁴:

4

Q_С Q₀ = 1,6·Pг для провода марки ПЭЛ;

Q_С Q₀ = 2,0·Pг для провода марки ПЭШО;

Q_С Q₀ = 2,4·Pг для провода марки ПШД.

Таблица 1

		Размеры
Тип	ширина	ширина	высота	площадь	Пределы
	среднего			окна
пластины		окна	окна		Qc Q0, см4
	стержня	b, см	h, см	Q0 = b h,
	а, см			см2
Ш-10	1,0	0,5	1,5	0,75	0,75-1,5
Ш-10	1,0	0,65	1,8	1,17	1,17-2,34
Ш-10	1,0	1,2	3,6	4,32	4,32-8,64
Ш-12	1,2	0,6	1,8	1,08	1,56-3,12
УШ-12	1,2	0,8	2,2	1,76	2,53-5,06
Ш-12	1,2	1,6	4,8	7,68	11,1-22,2
Ш-14	1,4	0,7	2,1	1,47	2,88-5,76
Ш-14	1,4	0,9	2,5	2,25	4,41-8,82
Ш-15	1,5	1,35	2,7	3,65	8,21-16,4
Ш-16	1,6	0,8	2,4	1,92	4,91-9,82
УШ-16	1,6	1,0	2,8	2,8	7,17-14,3
Ш-18	1,8	0,9	2,7	2,43	7,87-15,7
Ш-19	1,9	1,2	3,35	4,02	14,5-29
Ш-20	2,0	1,0	3,0	3,0	12-24
Ш-20	2,0	1,7	4,7	7,99	32-64
УШ-22	2,2	1,4	3,9	5,46	26,4-52,8
Ш-25	2,5	2,5	6,0	15	93,7-180,7
Ш-25	2,5	3,15	5,8	18,3	114-228
Ш-28	2,8	1,4	4,2	5,88	46,5-93
УШ-30	3,0	1,9	5,3	10,1	91-182
Ш-32	3,2	3,6	7,2	25,9	265-530
УШ-35	3,5	2,2	6,15	13,5	165-330
УШ-40	4,0	2,6	7,2	18,7	300-600

Для провода ПЭЛ

Q_С Q₀ = 1,6 · Pг = 1,6 · 57 = 91 см⁴.

Из таблицы 1, в которой приведены основные данные типовых Ш-образных пластин, по значению Q_С Q₀ выбирается тип пластины и определяют-ся все ее параметры.

5

Например, для пластины УШ-30 с а = 3 см; b = 1,9 см; h = 5,3 см; Q₀ = b h =

10,1 см².

При этом получается

Q_С = (Q_С Q₀) / Q₀ = 91 / 10,1 = 9 см².

Необходимая толщина пакета пластин c = Q_С / a = 9 / 3 = 3 см.

Отношение с/а рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.

Определяется число витков w и толщина провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора при плотности тока в обмотках j = 3 А/мм²:

d = 1,13 (I/j)^1/2 = 1,13(I/3)^1/2 = 0,65·I^1/2,

w₁ = 48 U₁/ Q_С = 48 · 220 / 9 = 1173 вит.

d₁ =0,65·I₁^1/2 = 0,65 · 0,18^½ = 0,28 мм,

w₂ = 54 U₂/ Q_С = 54 · 11,5 / 9 = 69 вит.,

d₂ =0,65·I₂^1/2 = 0,65· 2,9^1/2 = 1,1 мм.

3. Расчет фильтра. Емкость конденсатор на входе фильтра

С_о =30·I_о / U_o = 30 · 2· 4,8 = 288 мкФ.

Выбираются электролитические конденсаторы по величине емкости и но-минальному напряжению, причем U_с ≥ 1,2 U_o B.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на выходе фильтра К_п.вх =300·I_о / (U_o· C_o) = 300 · 2/(4,8 · 288) = 0,43 %.

Необходимый коэффициент сглаживания фильтра

q = К_п.вх / К_п.вых = 0,43 / 2 = 0,215.

В данной схеме выбран двухзвенный LC-фильтр. Коэффициент сглажива-ния одного звена

q_зв =(q)^1/2 = 0,215^1/2 = 0,46.

6

Определяется произведение L_фC_ф по формуле

L_ф С_ф=2,5(q_зв +1) = 2,5(0,45+1) = 3,63 Гн∙мкФ.

Задаётсямкость С_ф так, чтобы индуктивность дросселя фильтра не превы-шала 5 – 10 Гн и определяется индуктивность дросселя. Принимается L_ф = 7 Гн.

С_ф = 3,63 / 7 = 0,5 мкФ.

Определяется сечение сердечника Q_С, число витков w и диаметр провода d обмотки дросселя:

Q_с = L_ф I_o²/2 = 7· 2² / 2 = 14 см²;

w = 4·10²/ I_o =4·10²/ 2 = 200 витков;

d = 0,65·I_о^1/2 = 0,65·2^1/2 = 0,92 мм.

Сечение обмотки

Q_w =w·d²/1000 = 200 · 0,92²/100 = 1,92 см².

Q_С Q_W = 14·1,92 = 27 см⁴.

По произведению Q_С Q_W из таблицы 1 выбирается тип сердечника и все его параметры. С учетом объема, занимаемого стенками каркаса и изоляцион-ными прокладками, сечение окна должно быть несколько больше сечения об-мотки.

Выбираются пластины Ш-19 с а = 1,9 см; b = 1,2 см; h = 3,35 см; Q₀ = b h = 4,02 см².

4. Проверяется значение выпрямленного напряжения на нагрузке, для чего определяется средняя длина витка обмотки l_w и сопротивление провода обмот-ки R_w:

l_w =π·(a + b) = π·(1,9 + 1,2) = 9,73 см;

R_w =2·w·l_w/(10⁴ d²) = 2·200·9,73 / (10⁴ ·0,92²) = 0,46 Ом.

При этом падение напряжения на двухзвенном фильтре

U_ф =R_w · I₀ = 0,46 · 2 = 0,92 B.

7

Напряжение на нагрузке

U_но = U_o – U_ф = 4,8 – 0,92 = 3,88 B.

Если напряжение на нагрузке получается меньше заданного, то необходи-мо провести корректировочный расчет. Простейшим является увеличение, до необходимого значения, диаметра провода обмотки дросселя. Увеличение диа-метра провода приведет к уменьшению сопротивления обмотки R_w, что в свою очередь вызовет уменьшение падения напряжения на фильтре U_ф. При этом необходимо проверить, может ли новый провод разместиться в окне выбранно-го сердечника дросселя фильтра.

Приложение 1

	Таблица П.1
	Магнитопроводы типа ПЛ (П-образный, ленточный)
	Типоразмер		а,		y1,		b,		h,		SC,		SОК ,		SC			lCP,
															SОК ,
											2
	магнитопровода		мм		мм		мм		мм		см		см		см4			см
	ПЛ6,5х12г5x8								8				0,64		0,5203			5,2
	ПЛ6,5х12,5х10		6,5		12,5		8		10		0,813		0,8		0,6504			5,6
	ПЛ6,5х12,5х12,5								12,5				1		0,813			6,1
	ПЛ6,5х12,5х16								16				1,28		1,0406			6,8
	ПЛ8х12,5х12,5								12,5				1,25		1;25			7
	ПЛ8х12,5х16		8		12,5		10		16		1		1,6		1,6			7,7
	ПЛ8х12,5х20								20				2		2			8,5
	ПЛ8х12,5х25								25				2,5		2,5			9,5
	ПЛ10х12,5x20								20				2,5		3,125			9,6
	ПЛ10х12,5х25		10		12,5		12,5				1,25
									25				3,12		3,9			10,6
	ПЛ10х12,5х32								32				4		5			12
	ПЛ10х12,5х40								40				6,25		7,812			13,6
	ПЛ12,5х16х25								25				4		8			12,1
	ПЛ12,5х1бх32		12,5		16		16		32		2		5,12		10,24			13,5
	ПЛ12,5х16х40								40				6,4		12,8			15,1
	ПЛ12,5х16х50								50				8 [		16			17,1
	ПЛ12,5х25х32		12,5		25		20		32		3,125		6,4		20			14,3