РОЗРАХУНОК ОДНОФАЗНОГО ВИПРЯМПЯЧА МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ
Мета розрахунку
Метою данної роботи є набуття навиків розрахунку однофазних випрямлячів малої потужності.
Теоретичні відомості, необхідні для виконання розрахунку
Для виконання розрахунку необхідно знати основні параметри випрямлячів, їх схеми та принцип дії, методи озрахунку .
Вихідні дані
Вихідними даними для розрахунку є:
Ud, В - середнє значення випрямленої напруги за номинального навантаження,
Кп % - коєфіціент пульсації випрямленої напруги,
Id, А - середнє значення випрямленого струму (струм навантаження)
Uм, В - напруга мережи живлення
fм , Гц - частота мережи живлення
Варіанти вихідних даних наведені у табл.. 1.
|
Цифри номера залікової книжки | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Ud, B | 10 | 15 | 20 | 24 | 48 | 100 | 150 | 250 | 300 | |
| Id, A | 1,2 | 1,0 | 0,6 | 0,5 | 0,35 | 0,2 | 0,15 | 0,12 | 0,1 | |
| Kn% | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 0,8 | 1,2 | 1,7 | 2,2 | 2,5 | |
| Um, B | 127 | 220 | 127 | 127 | 220 | 220 | 127 | 220 | 127 | |
| fm, Гц | 50 | 400 | 50 | 50 | 400 | 400 | 50 | 400 | 50 | |
Теоретичні пояснення
Для живлення сучасних електронних пристроїв малої потужності застосовують однофазні випрямлячі змінного струму, двопівперіодні.
|
|
|
Вихідну пульсацію формують за допомогою ємнісних фільтрів.
У якості вентилів найчастіше застосовують кремнієві, випрямлені діоди.
Схема мостового випрямляча з ємкісним фільтром наведена на рис.1.
Рис.1.
Приклад розрахунку однофазного мостового випрямляча з ємкісним фільтром
Вихідні дані для розрахунку візьмемо наступні:
- середнє значення випрямленої напруги за номінального опору навантаження
Ud=48В,
- струм навантаження Id=0,3А,
- коефіцієнт пульсації випрямленої напруги К=2,5%,
- напруга мережі живлення Uм=127В,
- частота мережі живлення fм=4ооГц
Необхідно визначити:
- тип і параметри вентилів,
- режими роботи схеми (значення струмів в елементах та напруг на них),
- к.к.д. випрямляча, ємкість та тип конденсатора фільтра.
Порядок розрахунку
Поперше необхідно задати допоміжні коефіцієнти які для мостової схеми мають значення:
- В – коефіцієнт фазної е.р.с.,(0,95-1,1),
- D – коефіцієнт форми струм, (2,1-2,2),
- F – коефіцієнт максимального струму, (6,8-7,2)
Нехай В=1,06, D=2,15, F=7,0.
Тоді амплітуда зворотної напруги на вентилях становитиме:
Uвм = 1,5Ud = 1,5·48 = 72В
Середнє та амплітудне значення струму через вентиль відповідно:
|
|
|
Iа = Id/2
Iам = Id·0,5F, отже Iа = 0,3/2=0,15А, Iам=0,3·0,5·7=1,05А
Габаритну потужність трансформатора визначимо як:
SТ=Ud·Id·0,707BD
| SТ= 48·0,3·0,707·1,06·2,15=23,2ВА |
За визначеним значенням габаритної потужності з табл.. 1 знаходимо максимальне значення індукції Вм для сталі марки Э360, забезпечуючи виконання умови
Sт>23,2ВА.
Табл.. 1.
| Габаритна потужність Sт ВА | Індукція Вм, Тл | К.к.д η | ||
| fм=50 Гц | fм=400Гц | fм=50Гц | fм=400Гц | |
| 10 | 1,2 | 1,15 | 0,85 | 0,78 |
| 20 | 1,4 | 1,33 | 0,89 | 0,83 |
| 40 | 1,55 | 1,47 | 0,92 | 0,86 |
| 70 | 1,6 | 1,51 | 0,94 | 0,88 |
| 100 | 1,6 | 1,5 | 0,95 | 0,9 |
| 200 | 1,43 | 1,4 | 0,96 | 0,92 |
| 400 | 1,43 | 1,3 | 0,97 | 0,94 |
Вибираємо тип вентилів за табл..2.
|
Тип діода | Гранічні електричні параметри при температурі оточуючого середовища 250С | |||
| Допустима зворотна напруга Uм мах, В | Середнє значення випрямленого струму Iа мах А | Пряме падіння напруги Uпр.В | ||
| КД105Б | 400 |
0,3 |
1,0 | |
| КД105В | 600 | |||
| КД105Г | 800 | |||
| КД205А | 500 |
0,5 | ||
| КД205Б | 400 | |||
| КД205В | 300 | |||
| КД205Г | 200 | |||
| КД205Д | 100 | |||
| КД205Л | 200 | 0,7 | ||
| КД208 | 100 | |||
| КД209А | 400 | 1,0 | ||
| КД209Б | 600 | 0,7 | ||
| КД202А |
50 | 3,5 | ||
| КД202Б | 1,0 | |||
| КД202В |
100 | 3,5 | ||
| КД202Г | 1,0 | |||
| КД202Д |
200 | 3,5 | ||
| КД202Е | 1,0 | |||
При цьому необхідно забезпечити виконання умов
Uзв.мах>Uвm, Iа.мах>Iа, Iам=πIа>Iам.
Таким чином, у якості вентилів обираємо кремнієві діоди типу КД205Д, що мають такі параметри:
Uзв.мах=100В>72В, Iам=0,5А>0,15А, Iам мах=π 0,5=1,57А>1,05А, Uп=1В
Знайдемо опір діода у провідному стані:
Знайдемо величину активного опору обмоток трансформатора:
де Кr – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення.
Для мостових схем Кr=3,5
Вм – амплітуда магнітної індукції у магнітопроводі трансформатора, Тл,
S - число стержнем трансформатора, на яких розміщено обмотки, для броньового трансформатора із Ш-подібними пластинами магнітопроводу
S=1
Знаходимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:
|
|
|
де КL – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямління. Для мостових схем
КL=5*10-3
Визначимо кут φ, що характеризує співвідношення між індуктивним і активним опорами випрямляча:
r –активний опір випрямляча. У загальному випадку : r=rт + nqrпр, де nq – кількість послідовно увімкнених і одночасно працюючих вентилів, для мостової схеми воно дорівнює 2.
r=2,41+2*2=6,61Ом
φ 
Знайдемо величину основного розрахункового коєфіціента:
За знайденими значеннями А0 і кута φ за графіками, наведеними на рис,2,3,4,5. знаходимо величини допоміжних коєфіціентів,
В=0,825, D=2,57, F=7,25, H=5,5*103,
Знаючи величини коєфіціентів В, D, F, H , можно знайти уточнені параметри трансформатора і вентиля, за якими перевіримо правильність їх вибору.
Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора становить:
U2 = BUd = 0,825*48=39,6B
Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:
I2 = 0,707DId= 0,707*2,57*0,3 = 0,55А
Повна потужність вторинної обмотки трансформатора:
S2 = 0,707*BDIdUd = 0,707*0,825*2,57*0,3*48=21,6ВА
Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора:
I1=I2n, де n=U2/U1 – коєфіціент трансформації трансформатора
n=U2/U1=39,6/127=0,31
I1=0,55*0,31=0,17А
Повна потужність первинної обмотки трансформатора:
S1 = 0,707*BDIdUd = U1I1 = 127*017=21,6ВА
Уточнимо повну (габаритну) потужність трансформатора:
Sт =(S1+S2)/2=21,6Вт<40Вт
Знаходимо величину ємкості конденсатора фільтра:
C>100Н/rКnƒΜ= (100*5,5 *103)/6,41*2,5*400=85,8мкф
Із табл..3 додаток вибираємо конденсатор типу К50-7 емністью 100мкф
на напругу U=160В > 
= 1,41*39,6=55,8В
Будуємо зовнішню характеристику випрямляча U=ƒ(Id). За допомогою цієї характеристики можно визначити відхилення випрямленої напруги Ud від заданого значення при різних величинах струму навантаження Id у тому числі напругу холостого ходу Udхх, струму короткого замикання Iкз та величину внутрішнього опору випрямляча r0.
Для розрахунку зовнішньої характеристики будемо задавати значення Id від 0 до номінального значення та знаходимо відповідні їм значення допоміжного коєфіціента:
Рис. 6. Залежність величини 
, від коефіцієнта γ0 для різних значень кута φ
За графіком (рис.6) знаходимо відповідні значення величини 
(декілько значень) залежно від γ0 та φ, де θ - кут відтинання. Тоді відповідні їм значення вихідної напруги випрямляча можно розрахувати за формулою :
Ud= U2 
=39,6 
,
Результати розрахунку зведені у табл..3 та відображені у вигляді графіка на рис.2.
Табл.3
| Id, A | γ0 для φ=120 | 
| Ud |
| 0 | 0 | 1,41 | 55,8 |
| 0,1 | 0,008 | 1,3 | 51,5 |
| 0,2 | 0,016 | 1,22 | 48,3 |
| 0,3 | 0,024 | 1,18 | 46,7 |
Рис.7. Навантажувальна характеристика випрямляча
Отримані результати свідчать, що параметри розрахованого випрямляча відповідають завданню, при Id=0,3А маємо Ud=46,75В, що відрізняється від заданого значення Ud=48В на 2,7%. Це відповідає допустимій точності при інженерних розрахунках (5%).
Знаходимо значення напруги холостого ходу випрямляча:
Величина струму короткого замикання становить:
Величина внутрішнього опору випрямляча становить:
Знайдемо величину к.к.д. випрямляча:
у трансформаторі з к.к.д
η=0,86,
РВ – втрати потужності у одночасно працюючих діодів (2). 0,3 B
Втрати потужності .
Електричну принципову схему розрахункового випрямляча приведено на рис.8
Рис.8 Однофазний мостовий випрямляч з ємнісним фільтром
Контрольні запитання
Вкажіть, які параметри випрямляча є вихідними, а які одержують у результаті розрахунку.
Поясніть переваги мостового випрямляча порівняно з іншими однофазними випрямлячами при живлені навантаження малої потужності.
Яку роль виконує конденсатор
Завдання № 6
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 781; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!