методичка - РГР Выпрямитель

Рисунок 9а – Зависимость коэффициента H от коэффициента A при различных

значениях угла φ (m = 1).

21

Рисунок 9б – Зависимость коэффициента H от коэффициента A при различных

значениях угла φ (m = 2).

22

2.2 Расчет выпрямителя, работающего на индуктивную нагрузку.

Выпрямители для работы на индуктивную нагрузку (в этих выпрямителях сглаживающий фильтр начинается с индуктивности) применяются во вторичных источниках электропитания (ВИЭП) средней и большой мощности (с токами нагрузки свыше 1 А).

Исходные данные для расчета должны содержать: напряжение питающей сети

Uс, число фаз питающей сети m, частоту питающей сети fс, выпрямленное напряжение U0, выпрямленный ток I0.

Коэффициент пульсаций на входе фильтра КП01 является постоянной величиной для выбранной схемы выпрямителя (см. табл. 5).

Выбор схемы.

Для работы на индуктивный фильтр чаще всего используются схемы выпрямителей, приведенные на рис. 10.

Рисунок 10 – Схемы выпрямителей с индуктивным фильтром.

При выборе схемы выпрямителя следует руководствоваться соображениями,

приведенными в п. 2.1 для схем с емкостным фильтром.

Выбор вентилей.

Для выбора вентилей определяют значения IПР.СР., UОБР.И и IПР.И по формулам таблицы 5. При этом в формулу для UОБР.И подставляют значение 1,2U0 вместо пока еще неизвестного значения U0Х. В остальном следует использовать указания по выбору типа и числа вентилей, приведенные в п. 2.1.

23

Таблица 5 Формулы для расчета выпрямителя с индуктивной нагрузкой.

	Схема	m	IПР.СР.	UОБР.И	IПР.И	КП01, %
	выпрямителя
	Двухполупериодная
	со средним	2	I0/2	3,14U0Х	I0	67
	выводом (рис. 10,а)
	Однофазная
	мостовая (Греца)	2	I0/2	1,57U0Х	I0	67
	(рис. 10,б)

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

1. Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке рассчитывается по формуле 2, где Krc – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяется из табл. 6.

При использовании готового (стандартного) трансформатора нужно измерить r1, r2 и вычислить значение rТ по формуле 3.

2. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора LS, приведенная к его вторичной обмотке, определяется по формуле 5. Значение KL находят из таблицы 6.

При использовании готового (стандартного) трансформатора нужно измерить r1, r2 и LS и вычислить значение rТ по формуле 3.

Определяют падения напряжения на активном Ur и реактивном UХ

сопротивлениях трансформатора по формулам таблицы 6.

Определяют падение напряжения на диодах в выбранной схеме выпрямителя UПР.СХ. по формулам таблицы 6.

Определяют ориентировочное значение падения напряжения на дросселе фильтра UL в зависимости от выпрямленной мощности на нагрузке Р0 по таблице

7.

24

Таблица 6 Формулы для электрического расчета выпрямителя с индуктивной

нагрузкой.

Схема	Krc		KL×		Ur		UХ		UПР.СХ.	U2	I2
выпрямителя			×10-3
Двухполупериодная
со средним	7		5,5		I0rТ		2I0fС LS		UПР	1,11U0Х	0,71I0
выводом (рис. 10,а)
Однофазная
мостовая (Греца)	5,2		6,4		I0rТ		2I0fС LS		2UПР	1,11U0Х	I0
(рис. 10,б)
Таблица 6 Окончание
Схема	IПР.Д		I1		РГ		Р2		Форма тока в фазе
выпрямителя									вторичной обмотки
Двухполупериодная
со средним	0,71I0		пI0	1,34Р0		1,57Р0
выводом (рис. 10,а)
Однофазная
мостовая (Греца)	0,71I0		пI0	1,11Р0		1,11Р0
(рис. 10,б)

Таблица 7 Ориентировочные значения падения напряжения на дросселе фильтра.

Определяют выпрямленное напряжение при холостом ходе

по формуле:

25

Уточняют амплитуду обратного напряжения на диоде по формулам табл. 5 и

проверяют условние	.
Определяют амплитуду напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора
U2 по формулам табл. 6.
Определяют действующее	значение тока вторичной обмотки I2 и, если

требуется, действующее значение тока через диод IПР.Д по формулам табл. 6.

Минимально допустимое значение индуктивности дросселя фильтра Lmin

определяют согласно методике определения индуктивности Lкритич LC-фильтра.

Внешняя характеристика выпрямителя, то есть зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки, представляет собой прямую линию и строится по

двум точкам: 1)	,	; 2) , .
Если выпрямитель имеет сглаживающий фильтр типа LC, то при уменьшении
тока нагрузки	внешняя характеристика отклоняется от прямой линии в сторону

увеличения напряжения в точке, соответствующей критическому току нагрузки,

который равен	при условии, что			.
При дальнейшем уменьшении тока				выпрямленное напряжение растет,
достигая при	значения	.

Мощность , рассеиваемую на резисторах, шунтирующих последовательно включенные диоды, можно определить по формулам табл. 3. Справедливость использования формул табл. 3 обусловлена тем, что при холостом ходе режим работы выпрямителя с индуктивным фильтром не отличается от режима работы выпрямителя с емкостным фильтром (так как ток в схеме не протекает). Значения

, рассчитанные по формулам табл. 3, дают максимальную рассеваемую мощность,

соответствующую режиму холостого хода выпрямителя.

При необходимости, мощность, выделяемую на диоде, определяют по

26

2.3 Расчет сглаживающих фильтров.

Пассивные LC-фильтры.

Для уменьшения переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения, то есть для ослабления пульсаций, между выпрямителем и нагрузкой устанавливают специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром.

Основным его параметром является коэффициент сглаживания q, представляющий собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра КПвх к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра КПвых:

Сглаживающие фильтры, построенные только на одной индуктивности, не нашли практического применения, а построенные только на одной емкости применяются в выпрямителях малой мощности.

Наиболее широко в практике используются Г-образные LC-фильтры (рис. 9,

а). Для сглаживания пульсаций таким фильтром необходимо, чтобы емкостное сопротивление конденсатора для низшей частоты пульсаций было намного меньше сопротивления нагрузки (ХС<< Rн ), а также намного меньше индуктивного сопротивления дросселя L (ХС<<ХL). Тогда, пренебрегая активным сопротивлением дросселя, коэффициент сглаживания такого фильтра равен:

где ω = 2πf.

27

Рисунок 9 – Электрические схемы LC-фильтров.

Если L выражается в генри, а С – в микрофарадах, то

проверить частоту (круговая?)

Для обеспечения индуктивной реакции фильтра необходимо найти Lкритич и выбрать L > Lкритич (ток в дросселе будет непрерывным):

Выбрав L > Lкритич, по произведению LC можно найти значение С.

При проектировании фильтра необходимо обеспечить, чтобы не возникали резонансные явления на частоте пульсаций выпрямленного напряжения и на частоте изменения тока нагрузки.

Условие отсутствия резонанса:

28

Данное условие всегда выполняется при q > 3.

Если ток нагрузки изменяется с частотой ωн, то условие отсутствия резонанса

ω0 ≤ ωн/2 = к ωн / 2 где k = ωн / ω.

Условие отсутствия резонанса выполняется, если q ≥ (2m / k)2– 1.

Если при расчете фильтра окажется, что значение q меньше значения

((2m / k)2– 1), то необходимо увеличить произведение LC.

По найденному значению С можно выбрать конденсатор из приложения 5, а

зная L, можно рассчитать дроссель фильтра или выбрать стандартный дроссель по приложения 2.

При необходимости обеспечения большого коэффициента сглаживания применяют многозвенные фильтры (рис. 9, в). Если все звенья такого фильтра состоят из одинаковых элементов, что наиболее целесообразно, то коэффициент сглаживания фильтра:

где qзв – коэффициент сглаживания каждого звена; n – число звеньев;

Lзв, Сзв – индуктивность и емкость каждого звена, соответственно.

Из этого следует:

Выбор числа звеньев	n фильтра производится либо из условия наименьшей
стоимости, либо из	условия минимума суммарной индуктивности

и суммарной емкости

По первому условию двухзвенный фильтр целесообразен при q ≥ 40,

трехзвенный – при q > 1500.

Второе условие реализуется при

В этом случае двухзвенный фильтр целесообразен при q ≥ 20, а трехзвенный – при q ≥ 160.

29

П-образный CLC-фильтр (рис. 9, б) можно представить в виде двухзвенного,

состоящего из емкостного фильтра с емкостью С1и Г-образного LC2-фильтра. При расчете П-образного фильтра емкость С1 = С0 (рис. 1) и коэффициент пульсаций напряжения на емкости kпСо известны из расчета выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку. Коэффициент сглаживания Г-образного звена равен отношению kпСо фильтра kпвых (на нагрузке).

Зная коэффициент сглаживания Г-образного звена, из выражения

можно определить произведение LC2.

В П-образном фильтре наибольший коэффициент сглаживания достигается при С0 = С2. Принимая С2= С0, определяем индуктивность дросселя L. Проверять условие L > Lкритич в П-образном фильтре нет необходимости.

Активные транзисторные фильтры.

30