методичка - РГР Выпрямитель

При параллельной работе диодов из-за несовпадения их ВАХ, токи в них распределяются неравномерно (в одном из них будет преобладать

средневыпрямленный ток I пр2 I пр1 ). Это может привести к выходу из строя

одного из диодов.

Для выравнивания токов используются дополнительные элементы: для средней и малой мощности (выпрямленного тока) – резисторы; для большой

мощности (выпрямленного тока) – уравнительные реакторы.

Величина резисторов RВ должна быть больше дифференциального сопротивления любого из диодов, чтобы ток в ветви определял именно резистор, а

не диод.

Однако применение дополнительных резисторов в цепи выпрямленного тока приводит к дополнительным потерям и снижению КПД выпрямительного устройства в целом. Поэтому при параллельном включении диодов допускается не использовать выравнивающие элементы [3]. Для определения минимального числа

диодов , которое можно включить параллельно без выравнивающих элементов,

следует воспользоваться вольт-амперными характеристиками выбранного диода,

показывающими область возможного изменения прямой ветви ВАХ при заданной температуре (рис. 4а). Такие характеристики приводятся в справочниках и технических условиях на диоды. Пример реальной характеристики выпрямительного диода малой мощности 1N4150 приведен на рисунке 4б.

Минимальное число параллельно включаемых диодов определяют по

формуле:
						,		(2в)
	где:			– коэффициент нагрузки по току (обычно				);
		– определяется графически по вольт-амперным характеристикам
выбранного диода (пример см. рис. 4а).
	Полученное по формуле (2в) дробное значение						следует округлить до

ближайшего большего целого числа.

11

Рисунок 4а – Область изменения прямой ветви вольт-амперной характеристики диода.

Рисунок 4б – Область изменения прямой ветви вольт-амперной характеристики диода 1N4150.

Для увеличения Uобр диоды включают последовательно с выравнивающими элементами (рис. 5).

12

Рисунок 5 – Последовательное включение диодов.

Для выравнивания напряжений (Uобр), в маломощных выпрямителях,

последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, сопротивления которых равны и в несколько раз меньше обратного сопротивления диода (ток

резистивного делителя Iдел должен быть больше тока Iобр).

При последовательном соединении диодов они шунтируются резисторами Rш (для устранения разброса по обратному напряжению диодов), значение которых зависит от мощности диода: для маломощных диодов (Iпр.ср.мах ≤ 0,3 А) Rш = 80–

100 кОм на каждые 100 В обратного напряжения; для мощных диодов (Iпр.ср.мах ≥

5 А) Rш =10–15 кОм на каждые 100 В обратного напряжения; для диодов средней

мощности Rш = 15–80 кОм.

Выбор шунтирующих резисторов можно производить по обратному току диода. Диоды с обратным током до 100 мкА рекомендуется шунтировать резисторами из расчета 70 кОм на каждые 100 В амплитуды фактического обратного напряжения, приходящегося на один диод, а диоды с обратным током свыше 100

мкА – из расчета 10 – 15 кОм на каждые 100 В обратного напряжения.

Сопротивление шунтирующего резистора rш, кОм, определяется по формуле:

,

(3)

где: R = 70 или 10 – 15 кОм.

Падение напряжения на диоде Uпр., измеренное на постоянном (не пульсирующем) токе, составляет 0,9 – 1 В для кремниевых диодов и около 0,5 – 0,6

В для диодов с барьером Шотки. При последовательном включении диодов падение напряжения на них и дифференциальное сопротивление пропорционально увеличиваются.

13

Электрический расчет выпрямителя (с целью получения основных данных для расчета трансформатора и сглаживающего фильтра).

1. Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки:

(3)

где Krc – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления и определяемый из табл. 3;

В – магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора, Тл (для трансформаторов с мощностью до 1000 Вт при частоте сети fc = 50 Гц индукция

В= 1,2 – 1,6 Тл, а при fc = 400 Гц индукция В = 1,0 – 1,3 Тл);

σ– число стержней магнитопровода трансформатора (для магнитопроводов типа ШЛ и ОЛ (магнитопровод броневого типа) σ = 1; типа ПЛ (стрежневого П-

образного) с обмотками на обоих стержнях σ = 2; для трехфазных трансформаторов

σ = 3).

Для двухполупериодной схемы фазой выпрямителя является половина

вторичной обмотки.

Если трансформатор имеет дополнительные обмотки, то сопротивление

					,	(3а)
где:	– сопротивление, рассчитанное по формуле (3);
	– полная мощность вторичной обмотки для					рассчитываемого

выпрямителя, ВᵒА (табл. 3).

Если для рассчитываемой схемы выпрямителя используется стандартный трансформатор, то сопротивление, приведенное ко вторичной обмотке,

определяется по формуле:
				,	(3б)
куда подставляют известные для выбранного трансформатора значения:
r2	– сопротивление фазы вторичной обмотки;
r1	– сопротивление первичной обмотки;
U2		– напряжение фазы вторичной обмотки;
U1		– напряжение первичной обмотки.

14

2. Дифференциальное сопротивление диодов (одного плеча схемы):

(4)

3. Активное сопротивление фазы выпрямителя r0 определяется из табл. 3 в

зависимости от выбранной схемы выпрямления и полученных значений rтр и rдиф.

Таблица 3 Формулы для электрического расчета выпрямителя с емкостной

нагрузкой.

Схема

Krc

KL×

r0

U2

I2

I1

выпрямителя

×10-3

Однофазная

2,3

4,1

ВU0

DI0

однополупериодная

Однофазная

двухполупериодная

4,7

4,3

ВU0

со средним

выводом

Однофазная

мостовая

3,5

5

ВU0

Схема удвоения

0,9

1,25

напряжения

* –

Таблица 3 Окончание

Схема	IПР.Д			РГ	Р2		РШ		Форма тока в фазе
выпрямителя									вторичной обмотки
Однофазная	DI0			2P0	2,15P0
однополупериодная
Однофазная
двухполупериодная				1,8P0	2,15P0
со средним
выводом
									15

Схема

IПР.Д

РГ

Р2

РШ

Форма тока в фазе

выпрямителя

вторичной обмотки

Однофазная

мостовая

1,5P0

1,5P0

Схема удвоения

DI0

напряжения

1,5P0

1,5P0

Формулы для расчета РГ

и Р2 приближенные.

4. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора, приведенная к его вторичной обмотке. При этом коэффициент 0,5 соответствует σ=2 (если σ = 1, то в этой формуле коэффициент равен 1, а не 0,5).

					(5)
Если трансформатор имеет дополнительные обмотки, то приближенно
индуктивность рассеяния
				,	(5а)

где: – индуктивность рассеяния, рассчитанная по формуле (5).

Значение индуктивности рассеяния для стандартных трансформаторов в

справочных данных не приводится. В этом случае индуктивность рассеяния желательно измерить на мосте, позволяющем разделить индуктивную и активную составляющие. Для определения LS измеряют индуктивную составляющую со стороны фазу вторичной обмотки (фазы выпрямителя) при закороченной первичной обмотке.

5. Соотношение между активным и реактивным сопротивлениями фазы

выпрямителя определяется по формуле
tgφ = 2πfcLs/r0,	(6)

из которой находится соответствующий угол φ. Некоторые значения угла φ приведены в таблице 4.

16

6. Расчет выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку, основывается на методе номограмм. Определяется сначала вспомогательный коэффициент А по формуле:

	А = I0r0/(mU0)	(7)
где: m – коэффициент пульсации выпрямляемого напряжения, берется из табл.
2), а затем коэффициенты	В, D, F и Н из графиков рис.	6 – 9 по найденному
значению коэффициента А.

Таблица 4 Некоторые значения угла φ и tg(φ).

7.Определяется уточненное значение Iпр.и.п. из табл. 2. Если оно окажется больше Iпр.и.мах выбранного диода, необходимо взять диод с большим значением тока Iпр.и.мах.

8.Определяются электрические параметры трансформатора (габаритная мощность (РГ), напряжение (U2) и токи в обмотках (I1и I2)), необходимые для расчета трансформатора (или выбора готового), по формулам из табл. 3.

9.Емкость входного конденсатора фильтра:

(8)

где КП% – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на входе фильтра; обычно КП% выбирается в пределах 2 – 10 % [2].

Значение КП%, задаваемое при расчете, не должно превышать 10 %, так как при КП% > 10 % возрастает ошибка при определении параметров выпрямителя.

17

Одновременно значение напряжения пульсаций U01~ = КП%U0/100 не должно превышать максимально допустимого, указанного в ТУ на выбранные конденсаторы для данной частоты пульсаций f~. Во избежание необходимости применения конденсаторов очень большой емкости рекомендуется выбирать КП% не менее 2 – 3 % [2].

Для схемы удвоения напряжения в формулу для расчета С0 следует подставлять значение Н01. Тогда она дает значение емкости одного из двух конденсаторов схемы (С01 или С02,мкФ).

Для схем умножения при С1 = 2С и С2 = С3 = … = Сп = С, мкФ формула емкости С определяется по формуле:

(8а)

Полученное значение С0 округляют до ближайшего (большего) стандартного значения из номинального ряда и уточняют значение КП% по формуле:

(9)

Нагрузочная характеристика.

Внешнюю (нагрузочную) характеристику выпрямителя, то есть зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки рассчитывают по формуле

(10)

Задаваясь различными значениями I0, определяют коэффициент

(10а)

18

Рисунок 6 – Зависимость коэффициента B от коэффициента A при различных значениях угла φ.

Рисунок 7 – Зависимость коэффициента D от коэффициента A при различных значениях угла φ.

19

Рисунок 8 – Зависимость коэффициента F от коэффициента A при различных

значениях угла φ.

20