2. Расчет силовых цепей выпрямителя и фильтра.
Потребляемая мощность устройства:
КПД
устройства, принимаем КПД всего устройства
равным 0,85
Как правило, коэффициент пульсации выпрямителя получается выше требуемого для нормальной работы высокочастотного инвертора, который в зависимости от глубины регулирования выходного напряжения инвертора лежит в пределах от 0,1-0,4. Поэтому на выходе выпрямителя требуется установка сглаживающего фильтра для получения требуемого коэффициента пульсации, который можно принять равным
При
любом типе фильтра в номинальном режиме
напряжение на выходе фильтра изменяется
с частотой пульсаций
в пределах от
до
:
Если пренебречь падением напряжения на открытых диодах и элементах фильтра, то можно считать, что Umax = Uст (амплитудному значению напряжения питающей сети). При минимально возможном входном напряжении уровень напряжения на выходе выпрямителя будет минимальным, а ток – максимальным, и наоборот, при максимально возможном входном напряжении напряжение на выходе будет максимальным, а ток – минимальным, что следует из условия постоянства мощности на выходе выпрямителя.
Io, Uo – номинальное среднее значение выпрямленного тока и напряжения.
Таблица 1.
Формула
|
|
|
|
|
259,64 |
305,47 |
351,29 |
|
225,77 |
265,62 |
305,47 |
|
191,90 |
225,77 |
259,64 |
Максимальный ток на выходе сетевого выпрямителя при минимальном заданном сетевом напряжении:
Выбор диодов производится по среднему и импульсному току, максимально допустимому обратному напряжению и максимальной рабочей частоте.
Предельные электрические режимы работы диодов характеризуют следующие параметры:
Максимальное обратное напряжение:
Uобр max = 390,32 В
Прямой максимальный ток
Iпр max = Io max = 32,03 A
Прямой максимальный импульсный ток, соответствующий амплитудному значению
Iи
пр max
=
Iпр
max
=
Максимальная рабочая частота диодов
f max = 100 Гц
Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется выполнение условий:
Iпр ср > I ср и Uобр > Uc примерно с превышением в 30% .
I ср = io/2 = 45,30/2 = 22,65 A
Для выпрямителя выбираем 4 диода типа Д 122 – 40 с параметрами
Iпр ср = 40 А; Uобр = 600 В; f max = 1кГц.
Д 122 – 40 – диод кремниевый диффузионный, предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Сглаживающий фильтр источника питания характеризуется коэффициентом сглаживания, характеризующим подавление первой
( низшей ) гармоники выпрямленного напряжения:
Рис.3
Выбираем С – фильтр. Напряжение на входе выпрямителя с фильтром изменяется в пределах от Umin = 225,77 B до Umax = 305,47 В.
Выходное напряжение выпрямителя с фильтром зависит от тока нагрузки и сопротивления фильтра. При фильтре импульсный ток диода может в десятки раз превышать средний ток. Поскольку мы этим пренебрегаем, то вводим коэффициент запаса по обратному напряжению и току для диодов выпрямителя, равные 1,2.
Для С – фильтра емкость конденсатора равна:
,
Ом
Выбираем 2 штуки конденсаторов К50 – 7 алюминиевых оксидноэлектролитических Сном = 300 мкФ, Uном = 500 В.
Сэкв = 2*300 = 600 мкФ.
Рис.4
Для предотвращения выхода из строя выпрямителя при аварийных ситуациях и перегрузках при включенном выпрямителе с емкостным фильтром применяются специальные схемы плавного заряда конденсатора фильтра.
Схема ограничения тока заряда конденсатора.
Рис.5
С помощью реле времени U1 и сопротивления Rогр. Ограничивается начальный бросок тока заряда конденсаторов фильтра. При исчезновении питания реле К1 отключается, контакты К1.1 размыкаются, а при включении питания реле срабатывает с задержкой, определяемой схемой реле времени U1. Ток заряда конденсаторов фильтра ограничивается сопротивлением Rогр. на уровне, допустимом для диода VD1. Затем контакты К1.1 замыкаются и выпрямитель работает в обычном режиме.
Ом.
3. Особенности выбора схемы и элементов силовых цепей высокочастотного инвертора.
По рисунку 5.1 методического указания, зная выходную мощность Рвых = 5882,35 Вт и минимальное напряжение питания Uс min = 183,6 В выбираем ДПН ( двухтактный преобразователь напряжения ) мостовую схему. Принимаем частоту преобразования fпр = 20 кГц.
Мостовая схема ДПН.
Рис.6
В ДПН мощность потерь при равных условиях выше, чем в однотактовых преобразователях, больше схемных элементов, выше массогабаритные и экономические показатели. Мостовая схема ДПН характеризуется минимальным напряжением на запертом транзисторе (Uкм не превышает Еп).