9. Примеры расчёта выпрямителей.

Пример 1. Рассчитать выпрямитель для системы автоматического управления по следующим данным: номинальное выпрямленное напряжение U_dн=300 В; в выпрямленный ток I_dн=0,16 А; коэффициент пульсации на выходе не более 0,05; напряжение сети 220 В, частота сети f_c= 50 Гц.

Выбор схемы выпрямителя.

1. Сопротивление нагрузки (потребителя):

R_d= = = 1870 Ом.

2. Выпрямленная мощность:

P_dн= U_dн^. I_dн = 300 ^. 0,16 = 48 Вт.

3. Так как мощность на выходе выпрямителя мала, а требования к пульсации высоки, то целесообразно выбрать двухполупериодную схему выпрямления. Выбираем мостовую схему.

Выбор типа вентиля.

4. Среднее значение тока через один вентиль:

I_a= I_d/2 = 80 мА .

5. Максимальное обратное напряжение

U_о.м.= 1,57 ^. U_d = 1,57 ^. 300 = 470 В.

По справочным данным (стр.30 ) выбираем кремниевый диод Д210. Его номинальный прямой ток I_а.н.= 100 мА; допустимое обратное напряжение U_о.д = 500 В; прямое падение напряжения при номинальном токе U_a=1,0 В.

Выбор схемы фильтра.

6. Выбираем вид нагрузки выпрямителя, для чего рассчитываем минимальную ёмкость на выходе выпрямителя, обеспечивающую К_п.вых=0,1.

Согласно (6.14):

С_мин. = 10,7 мкФ.

Так как полученное значение ёмкости невелико, то рационален простейший ёмкостной однозвенный фильтр.

Расчёт выпрямителя.

7. Прямое сопротивление вентиля у выпрямителя с ёмкостной нагрузкой:

r_a Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора (по таблице 4):

R_т=(0,08..0,05) ^. R_н 100 Ом.

Сопротивление фазы выпрямителя:

2r_a+R_т=108 Ом.

8. Величина коэффициента А (6.1.):

А= .

9.Значения коэффициентов B,D,F,H (по графикам на рис.10):

B=0,9; D=2,4; F=7,5; H=150.

10. Проверяем нагрузочную способность выбранного типа вентиля:

U_ом.=1,33^. U_d= 1,33^. 300= 395 В < 500 B ,

I_ом.=F^. I_d = 7,5 ^. 160 = 1200 мА.

Вентиль выбран правильно.

11. Параметры трансформатора.

напряжение вторичной обмотки U₂= B^. U_d= 0,9^.300= 270 B ;

коэффициент трансформации К= 220/270 =0,81 ;

ток вторичной обмотки I₂= ^. I_d = ^. 0,16 = 0,282 A;

ток первичной обмотки I₁= = 0,282/0,81=0,345 A;

габаритная (типовая) мощность P_т=1,66 ^. 48 80 Вт.

12. Ёмкость конденсатора фильтра на выходе выпрямителя:

C_ф= = = 28 мкФ.

принимаем С_ф=30 мкФ.

13. Внешняя характеристика выпрямителя. Для её построения ординаты графика на рис.10е умножаются на U_2м= U₂ =270^. =380 B , а абциссы – на = 7А.

Пример 2. Рассчитать выпрямитель для питания исполнительного механизма следящей системы по следующим исходным данным: номинальное выпрямленное U_dн=1000 В; выпрямленный ток I_dн=10 А; коэффициент пульсаций К_п не более 0,03; напряжение сети 220/380 В; частота сети f_c=50 Гц.

Выбор схемы выпрямителя.

1. Сопротивление нагрузки (потребителя):

R_d= = = 100 Ом.

2. Выпрямленная мощность:

P_d= U_dн^. I_dн =1000 ^. 10 = 10 кВт.

При мощностях, превышающих 1 кВт, рекомендуются выпрямители трёхфазного тока. Для уменьшения размеров трансформатора и фильтра выбираем схему Ларионова, имеющую высокие технико-экономические показатели.

Выбор вентилей.

1. Среднее ток через вентиль:

I_a= I_d/3 = 10/3=3,33 А .

2. Ориентировочное значение обратного напряжения:

U_ом.=1,1^. 1,045 ^. Ud= 1,1^. 1,045^.1000= 1150 В.

По справочным данным (стр.30) выбираем вентиль типа Д234 Б (12 вентилей, по два в плечо моста), который имеет следующие параметры: номинальный прямой ток I_a.н.=5 А; допустимое обратное напряжение U_од=600 В; среднее значение обратного тока не более 3 мА.

3. Рассчитываем величину выравнивающих сопротивлений (8.6):

R_ш=(0,1..0,2)^. R_обр.= (0,1..0,2)^. =30 кОм.

Выбор и расчёт схемы фильтра.

В трёхфазных схемах выпрямления средней и большой мощности наиболее целесообразен фильтр с индуктивной реакцией, т.е. начинающийся с дросселя.

4. Необходимый коэффициент сглаживания фильтра с учётом явления коммутации:

S=(1,5..2,0)^. =(1,5..2,0)^. 4.

5. Число звеньев фильтра берём равным 1, т.к. коэффициент сглаживания небольшой по величине. Окончательно выбираем простейший, однозвенный L-фильтр.

6. Минимальное (критическое) значение индуктивности дросселя (7.4.):

L_Фкр.= = = 0,0033 Гн .

7. Индуктивность дросселя, обеспечивающая получения заданных пульсаций (7.2.):

L_Ф.= = =0,21 Гн.

Расчёт выпрямителя.

8. Прямое сопротивление вентиля:

r_a= =1,5/5=0,3 Ом.

9. Сопротивление дросселя и трансформатора по данным таблицы 4.

r_др.=R_т= (0,05..0,25)^.R_н= (0,05..0,25)^.100 3 Ом.

10. Индуктивное сопротивление рассеивания (5.5):

X_s= ,

где а=U_d/U₂; b=I₂/I_d – коэффициенты, зависящие от выбранной схемы выпрямления, определяются по данным таблицы 1; а=1/0,43; b=0,82.

X_s= 2,5 Ом.

11. Напряжение холостого хода:

U_d= U_dн+I_dн(4r_a+r_др.+R_т+ )= 1000 + 10(4^. 0,3+3+3+ )= 1097 В.

12. Параметры трансформатора.

напряжение вторичной обмотки U₂= 0,43^. U_d= 0,43^.1097= 472 B ;

коэффициент трансформации К= 220/472 =0,466 ;

ток вторичной обмотки I₂= 0,82^. Id =0,82^. 10 = 8,2 A;

ток первичной обмотки I₁= = 8,2/0,466=17,6 A;

габаритная (типовая) мощность P_т=1,045U_d ^. I_d=1,045 ^. 1000 ^. 10 10,5 кВт.

13. Проверяется нагрузочная способность выбранных вентилей:

U_ом.=1,05 ^. Ud= 1,05^.1097=1160 В,

т.е. меньше, чем U_о.доп.=2^.600=1200 В.

14. Внешняя характеристика выпрямителя представляет собой прямую линию. Она строится по двум точкам: I_d=0; U_d(холостой ход) и I_dн; U_dн(нормальная нагрузка).