Задача 7.4 Розрахунок напівпровідникового випрямляча.

Обсяг завдання:

1. Розрахувати напівпровідниковий випрямляч, що складається із трансформатора, напівпровідникових діодів та фільтру, при його роботі на ємнісне навантаження.

2. Розрахунок виконати за умови, що розрахункові коефіцієнти В, К, D і F для визначення електричних параметрів випрямляча є функцією кута відсічки q, а коефіцієнти a, b та m - в залежності від схеми випрямляча.

3. За розрахованим значенням амплітуди зворотної напруги та середньою величиною струму діода вибрати з каталогу відповідний тип діода.

4. Врахувавши характер вихідної напруги та те, що номінальна напруга конденсатора U_Cн повинна відповідати умові , вибирати з каталогу відповідний тип конденсатора.

Розрахувати напівпровідниковий випрямляч та підібрати тип діодів і конденсатора. Дані взяти з табл.5.6 і табл.5.7 за останніми цифрами шифру.

Примітка.

Розрахункову схему випрямляча (рис. 5.13) та середні значення випрямленої напруги U₀ і струму I₀ вибрати з таблиці у відповідності з числом десятків шифру.

Інші дані вибирають з таблиці у відповідності з числом одиниць шифру.

Методичні рекомендації до розрахунків. Випрямлячі являють собою електронні пристрої, що перетворюють електричну енергію змінного струму в енергію постійного струму. Вони знаходять широке застосування як джерела постійної напруги для живлення електронних пристроїв, схем керування електроприводів, пристроїв автоматичного керування.

Основні елементи випрямляча: трансформатор, напівпровідниковий діод, згладжуючий фільтр. Трансформатор перетворює напруга U₁ мережі змінного струму у напругу U ₂, яку необхідно одержати на виході. Крім того трансформатор електрично відокремлює приймачі від мережі, тим самим підвищуює електробезпеку. Напівпровідниковий діод перетворює енергію змінного струму в енергію постійного струму. Використання, напівпровідниковий діод визначається їхньою різною провідністю в прямому й зворотному напрямках. У прямому напрямку діоди мають малий опір, а зворотному - великий.

Згладжуючий фільтр зменшує пульсації вихідної напруги. Залежно від вимог, на практиці застосовують наступні схеми випрямлячів.

однополуперіодні випрямлячі (рис.5.13 а);

двухполуперіодні однофазні випрямлячі (рис.5.13 б);

двухполуперіодні однофазні випрямлячі за мостовою схемою (рис.5.13в.).

Напівпровідникові діоди, випускаються промисловістю на малу (середнє значення струму до 0,3 А), середню (до 10 А) та велику (більше 10 А) потужность.

До паспортних даних діодів відносять:

I_ср.доп – максимальне середнє значення випрямленого струму діода;

U_доп – найбільш припустима зворотня напруга, що може бути прикладена до діода;

U_пр - прямий спад напруги на діоді;

I_зв - зворотний струм, що обумовлений дією максимальної зворотньої напруги;

P_доп - максимальна потужність, що може бути розсіяна діодом.

I_cр – середнє значення струму діода;

U_зв - амплітуда зворотньої напруги;

I - діюче значення струму діода;

Значення I_ср, U_зв не повинні перевищувати гранично допустимих величин, зазначених у паспорті.

До вихідних параметрів випрямляча відносять:

U₀ - середнє значення випрямленої напруги;

I₀ - середні значення випрямленого струму;

K - коефіцієнт пульсації випрямленої напруги, під яким розуміють відношення амплітуди напруги гармоніки до постійної складової випрямленої напруги.

Для трансформаторів, які працюють у випрямлячах, визначаються:

U_2, I₂ – діючі значення напруги та струму у вторинній обмотці трансформатора.

S₂ – повна потужність вторинної обмотки трансформатора.

Р_0, =I₀ ·U ₀ – вихідна потужність випрямляча.

В залежності від навантаження розрізняють наступні режими роботи випрямлячів. Ідеальне активне навантаження зустрічається відносно рідко. Ємнісне навантаження характерне для випрямлячів малої потужності, на індуктивне навантаження, в основному, працюють випрямлячі середньої і великої потужності.

У зв'язку із цим параметри випрямляча варто розраховувати у функції кута відсічення q. У табл.7.2 наведені розрахункові коефіцієнти і співвідношення для визначення параметрів різних схем випрямлячів.

Таблиця 7.2

	Схеми випрямлячів
однопівперіодний	Двопівперіодний однофазний	Двопівперіодний однофазний по мостовій схемі
U2
	α U0	α U0	α U0
Uзв.т.	α = 2,82	α = 2,82	α = 1,41
Iср.
	m = 1	m = 2	m = 2
I2 = Iв
	= 1	= 1
Iвт
K2

Розрахункові коефіцієнти, які необхідні для обчислення параметрів випрямляча,обчислюють по формулах:

Отримані розрахунками параметри випрямляча є основою для вибору стандартних діодів, номінальні параметри яких повинні бути не меншими від робочих величин. Для надійної роботи діодів потрібно вибирати за умови

Розрахункова ємність конденсатора для обраного випрямляча і заданих величин і визначається:

Розраховане значення С_розр є основою для вибору до каталогу стандартного конденсатора згідно умов:

.

Методику розрахунку однофазного однопівперіодного випрямляча покажемо на прикладі числового розрахунку.

Приклад 7.3. Розрахувати однофазний однопівперіодний випрямляч (рис. 7.12), який забезпечує на виході напругу U₀ = 12 B при Io = 0,015 А, рад,

K = 0,05, .

Рис.7.12. Випрямляч із ємнісним фільтром (а); діаграми напруг і струмів (б).

Розраховуємо коефіцієнти для визначення електричних параметрів випрямляча:

1. Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора U₂:

В.

2. Максимально зворотна напруга діода U_зв.т.,:

U_зв.т. = α U₀ = 2,44*1,01*12 = 29,5 B.

3. Середнє значення струму діода I_ср.:

А.

4. Діюче значення стуму діода та вторинної обмотки трансформатора I₂:

А.

5. Амплітуда струму діода:

А.

6. Вихідна потужність випрямляча:

Вт.

7. Повна потужність вторинної обмотки трансформатора:

В*А.

8. Ємність конденсатора для фільтра:

.

9. Вибираємо тип діода з табл.7.3, враховуючи значення U_зв.т.= 29,5 В та I_ср. = 0,005 А.

Таблиця 7.3

Цим значенням відповідає діод типу Д102 з допустимими параметрами U_зв.т. = 75 В; I_ср = 0,005 А. = 5*10^-3 мА.

Тип конденсатора визначається характером прикладної напруги (постійна або змінна).

Конденсатори типу К50-6, що випускаються промисловістю, мають номінальні напруги 15, 25, 50, 100 В і ємність 20, 50, 100, 20, 500, 1000 .

10. Так як на виході випрямляча діє одно полярна напруга, вибираємо електролітичний конденсатор типу К50-6, ємністю C = 500

Номінальна напруга конденсатора визначається з умови

U_CH = 1,3 U_{см.розр.}, тобто U_CH = 1,3*12 = 15,6 В; U_CH = 15 В.

8.рекомендована література.

1. Малинівський С.М. Загальна електротехніка: Підручник. – Львів: Бескид Біт, 2003. – 640 с.

2. Трегуб А.П. Электротехника. - К.: Вища школа, 1987. - 600 с.

3. Монтік П.М. Електротехніка та електромеханіка. Навчальний посібник Львів Новий світ, 2007. 500с.

4. Шебес М. Р. Сборник упражнений и задач по теории електпических цепей. М.; Высшая школа,1980.

5. Забродин Ю. С. Промишленная электроника. - М.: Высшая школа.- 1997.

6. Електротехніка з основами промислової електроніки. Підр. для учнів проф.-техн. навч. закладів/ А.М. Гуржій, А.М. Сільвестров. Н.І. Поворознюк. - К.: Форум, 2002. - 382 с: іл.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: