1.8 Определение мощности потерь вентильных обмоток и коэффициентов использования. Выбор трансформатора.

Расчёт производят по формуле:

P = 4(U_пр I_{ср. VD} + (к I_ср.VD)² ),

где U_пр. – прямое значение падения напряжения на выбранном диоде (тиристоре); I_ср.VD – среднее значение тока диода; к – коэффициент, зависящий от формы графика тока выпрямителя.

Для активной нагрузки необходимо принять к = 1,57; для активно-емкостной нагрузки к = 2,45; для активно-индуктивной нагрузки к = 1,41.

Коэффициенты использования вентильной обмотки трансформатора:

K^l = ,

где U₀ – среднее значение напряжения на нагрузке; I₀ – среднее значения тока через нагрузку; m₂ – число фаз вторичной обмотке трансформатора; U₂ – напряжение на вторичной обмотке трансформатора, действующее значение; I₂ – ток вторичной обмотки трансформатора.

Значение тока на вторичной обмотке необходимо рассчитать с учетом формы графика тока выпрямителя:

I₂ = 1,11кI₀.

Выбор трансформатора производится по значению напряжения сети U_сети = 220 В, напряжению вторичной обмотки U₂ и типовой мощности P.

Типовая мощность трансформатора в общем случае определяется как

P = 0,5·(P₁ + P₂)/к_з,

где P₁, P₂ – мощности сетевой и вентильной обмоток соответственно, Вт; к_з = 0,7 – коэффициент запаса по мощности, учитывает возможность увеличения мощности на нагрузке.

Мощности сетевой P₁ и вентильной P₂ обмоток, Вт:

P₁ = m₁·U₁·I₁,

P₂ = m₂·U₂·I₂.

В данном случае типовую мощность трансформатора можно определить по формуле

.

Ток I₁ можно определить из соотношения:

.

2 Пример расчета

Исходные данные к расчету представлены в табл. 2.

Табл. 2.

Напряже-ние сети Uсети , В	Частота входного напряже-ния f, Гц	Коэффициент пульсации выпрямителя с фильтром qф	Средняя мощность, выделяемая на нагрузке Р0, Вт	Среднее значение напряжения на нагрузке U0, В	k1	k2	k3
220	50	0,2	100	34	0,7	0,77	1,1

2.1 Расчет схемы полупроводникового выпрямителя без емкостного фильтра

Схема выпрямителя изображена на рис. 13.

Рис. 13. Схема неуправляемого выпрямителя без фильтра

Расчет среднего значения тока через нагрузку I₀, А:

2.94 (А).

Расчёт сопротивления нагрузки R₀, Ом:

11,56 (Ом).

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке связано с напряжением на вторичной обмотке трансформатора соотношением:

.

Тогда действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, U₂ ,В определяется (с учетом падений напряжения на диодах):

= 1,11·(34 + 2·0,9) = 39,7 (В).

где U_пр. – прямое значение напряжения на диоде.

Среднее значение тока, протекающего через открытый диод (ток через диод протекает в течение одного полупериода), А :

I_ср.VD = = 1,47 (А).

Среднее значение мощности, выделяемой на диоде:

= 0,9 · 1,47= 1,32 (Вт).

Максимальное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, U_{2 max}, В:

U_{2 max} = U₂ = · 39,7 = 56,14 (В).

Максимальное обратное напряжение на диодах:

U _max.VD = 56,14 (В).

Согласно расчетным данным выбираем диод из справочной литературы (табл.3).

Табл. 3.

Марка диода	Прямое падение напряжения на диоде Uпр., В	Среднее значение тока диода, Iср. VD, А	Среднее значение мощности, выделяемой на диоде РД, Вт	Максимальное обратное напряжение диода UОБР max	Диапазон рабочих температур 0С
КД202Г	0,9	3,5	3,15	70	-60...+130

Характер изменения напряжения на нагрузочном устройстве выпрямителя без фильтра можно отобразить графически (рис. 14).

График строим в программе Mathcad.

Рис. 14. График изменения напряжения на нагрузочном устройстве

Кривую выпрямленного напряжения можно разложить в гармонический ряд Фурье:

u_Н = .

Полезной частью этого пульсирующего напряжения является постоянная составляющая (не зависит от времени), или среднее значение

U₀ = .

Переменная составляющая состоит из бесконечного количества гармоник и является «вредной» составляющей выходного сигнала. Для ее уменьшения, то есть для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, используют сглаживающие фильтры. Гармоника низшего порядка имеет самую наибольшую амплитуду по сравнению с другими гармониками и является наиболее трудной для сглаживания.

Основной характеристикой выпрямителя является коэффициент пульсаций q, равный отношению амплитуды основной гармоники к постоянной составляющей выпрямленного напряжения:

q = .

Таким образом, коэффициент пульсаций выпрямителя без фильтра составит 0,67.