Практическая работа № 2 – 3 “Расчёт выпрямителя, работающего на нагрузку емкостного характера”

Практическая работа № 2 – 3

“Расчёт выпрямителя, работающего на нагрузку емкостного характера”

Цель работы: Приобретение навыков расчёта мостового выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Исходные данные для расчета выпрямителя:

- номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке Ud = 23 В;

- ток нагрузки Id = 0,9 А;

- допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения на нагрузке kп. н. = 0,011;

- частота питающей сети f = 50 Гц;

- количество фаз сети n = 1;

- номинальное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора U1 = 220 В.

В процессе расчёта выпрямительного устройство нужно выполнить следующие этапы:

1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя.

2. Расчет параметров сглаживающего фильтра.

3. Расчет параметров вентильного узла и выбор типа выпрямительных диодов.

4. Расчет параметров трансформатора.

5. Построение временных диаграмм рассчитанного выпрямителя.

1. Выбор принципиальной схемы выпрямителя

Выбор схемы выпрямителя производят в зависимости от значения требуемой выходной мощности, выходного напряжения, коэффициента пульсаций, числа фаз. Критериями для выбора конкретного вида выпрямителя служат достоинства и недостатки.

Но при отсутствии особых требований основным критерием выбора схемы выпрямления является мощность нагрузки постоянного тока.

Определим мощность нагрузки постоянного тока.

.

По этому критерию соответствует однофазная мостовая схема выпрямления (рис. 1).

Рис. 1. Однофазная мостовая схема выпрямления.

 

Сопротивление нагрузки постоянного тока

.

Эта схема способна работать со всеми типами фильтров - емкостными, Г- или П- образными LC- и RC- фильтрами.

Достоинства мостовых выпрямителей:

- эффективное использование трансформатора;

- небольшое обратное напряжение на выпрямительных диодах;

- повышенная частота пульсаций.

Недостатки этой схемы для заданных условий несущественны.

2. Основные виды сглаживающих фильтров

и особенности их применения

Режим работы выпрямителя в значительной степени определяется типом сглаживающего фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, питающихся от однофазной сети переменного тока, применяются простейшие ёмкостные фильтры, в выпрямителях средней и большой мощности – Г - образные LC - и RC - фильтры и П - образные СLC - и СRC - фильтры.

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания

, (1)

где kп. сх. – коэффициент пульсаций напряжения на входе фильтра;

kп. н. – коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке, по заданию kп. н. = 0,07.

Для схем двухполупериодного выпрямления коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения равен kп. н. = 0,07.

Определим минимально-допустимый коэффициент сглаживания

.

При q > 25 необходимо применять П - образные СLC - и СRC – фильтры, но так как выпрямленный ток , то применять надо CLC – фильтр (рис. 2).

Рис. 2. Индуктивно-ёмкостный сглаживающий фильтр

Определим минимально-допустимую величину индуктивности дросселя

,

где m – номер основной гармоники в составе выпрямленного напряжения, для двухполупериодного выпрямления m = 2,

.

Исходя из требуемого коэффициента сглаживания, определим минимально-допустимую величину ёмкости конденсатора C1

;

.

Вычислим произведение L·C1 требуемого фильтра

.

Исходя из возможности физической реализации величин индуктивности и ёмкости, и цели иметь минимальные вес и габариты, примем ёмкость конденсатора С1 = 0,010 Ф = 10000 мкФ.

Тогда величина индуктивности дросселя будет равна

Наибольший коэффициент сглаживания в П-образном фильтре достигается при условии С0 = С1, таким образом С0 = 0,010 Ф = 10000 мкФ.

3. Выбор выпрямительных диодов

Для того чтобы выбрать тип полупроводниковых диодов выпрямителя необходимо рассчитать с учетом характера нагрузки основные характеристики выпрямителя. Характер нагрузки выпрямителя считается активно-индуктивным (RL), если выпрямитель имеет сглаживающий фильтр содержащий индуктивности.

В этом случае:

- значение максимального обратного напряжения Uобр max, на силовых диодах при работе, для выпрямителя мостового типа

;

- максимальное значение прямого тока Iпр. ср. max диодов, для выпрямителя мостового типа

По этим параметрам выбираем выпрямительный мост GBJ1001 в корпусе RS6M (производство ООО “Астра Электро”).

Характеристики моста:

;

.

4. Расчет параметров трансформатора

После выбора схемы выпрямителя, сглаживающего фильтра и типа выпрямительных диодов рассчитаем параметры требуемого трансформатора, нагруженного на однофазный мостовой выпрямитель:

- действующее значение напряжения вторичной обмотки

;

- действующее значение тока вторичной обмотки

;

- минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора

.

По этим данным из справочника выбираем однофазный понижающий трансформатор ОСМ-0,63 220/56/56 УХЛ3

Обмотка	Напряжение, В	Мощность, кВА
первичная	220	0,630
вторичная – 1	56	0,315
вторичная - 2	56	0,315

При работе с выпрямителем вторичные обмотки трансформатора необходимо соединить параллельно.

Проверим трансформатор по мощности:

- активная мощность первичной обмотки,

;

- суммарная активная мощность вторичных обмоток с учётом КПД трансформатора

.

Выбранный трансформатор обеспечивает питание выпрямителя по активной мощности.

5. Построение временных диаграмм выпрямителя

Построим временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром (рис. 3 и рис. 4).

Рис. 3. Графики напряжения вторичной обмотки и напряжений на диодах

Амплитуда первой гармоники (f1 = 100 Гц) выпрямленного напряжения для двухполупериодного выпрямления

.

Амплитуда первой гармоники (f1 = 100 Гц) выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего фильтра

.

Рис. 4. Графики напряжения вторичной обмотки и выпрямленных напряжений