7.2.9 Параметры и характеристики выпрямителя

Основные выходные параметры (I₀,U₀,K_n,) и входные (U₂, I₂) уже рассмотрели. Кроме этих параметров выпрямители оцениваются коэффициентом использования трансформатора по мощности:

К_тр = Р₀/Р_тр , (7.35)

где Р₀ – мощность нагрузки;

Р_тр – мощность трансформатора.

Из характеристик наиболее важной является зависимость U₀ = f(I₀) (нагрузочная характеристика). График этой зависимости приведен на рисунке 7.10а.

Анализ характеристики удобно вести на основании эквивалентной схемы (рисунок 7.10б). Для напряжения на нагрузке можно записать соотношение

U₀ = U₂ – I₀(r_тр + r_в) , (7.36)

где r_в – внутреннее сопротивление выпрямителя (сопротивление диодов в открытом состоянии);

r_тр – приведенное ко вторичной обмотке сопротивление трансформатора.

а б

Рисунок 7.10 – Нагрузочная характеристика тока выпрямителя

С ростом тока нагрузки напряжение на нагрузке будет уменьшаться. Степень уменьшения определяется величиной внутренних сопротивлений выпрямителя и трансформатора.

Контрольные вопросы к разделам 7.1, 7.2

1. Назначение и функциональные схемы источников питания.

2. Назначение и параметры выпрямителей.

3. Схемы и принцип работы выпрямителей различного типа.

4. Вывод основных соотношений для однотактной однополупериодной схемы выпрямления.

5. Основные расчетные соотношения для выпрямителей различного типа при работе на активную нагрузку.

6. Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.

7. Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку. Методика расчета таких выпрямителей.

8. Характеристики и параметры выпрямителей.

7.3 Упрощенный расчет трансформатора

В задачу расчета входит выбор типоразмера магнитопровода и определение числа витков и диаметра обмоточного провода для первичной и вторичных обмоток.

Порядок расчета следующий.

По известной мощности трансформатора определяют параметр магнитопровода – произведение сечения стали на сечение окна из соотношения

S_ст ^. S_ок = 1,6 P_тр . (7.37)

Выражение (7.37) справедливо для сталей Э41, Э42 на частоте 50 Гц, индукции магнитного поля 10000 ГС, толщине листа магнитопровода 0,5 мм и при использовании обмоточных проводов типа ПЭЛ и ПЭВ.

По величине S_ст* S_ок выбирается типоразмер магнитопровода и определяется S_ст (приводится в справочных данных на магнитопроводы).

Число витков первичной и вторичных обмоток определяется из выражений:

W₁ = 48 ^. (U₁/S_ст) , W₂ = 52 ^. (U₂/S_ст), (7.38)

где U_с – напряжение первичной обмотки трансформатора.

Плотность тока в обмотках принимается равной 2,5 А/мм. Тогда диаметры обмоточных проводов можно определить из соотношения

d = 1,13 [мм] , (7.39)

где j – плотность тока (для маломощных трансформаторов j = 2,5  5,0).

Необходимо отметить, что данная методика расчета справедлива для маломощных трансформаторов.

7.4 Сглаживающие фильтры

В соответствии с выражением (7.15) в выходном напряжении выпрямителя присутствует постоянная составляющая (U₀) и гармонические составляющие начиная с первой. С ростом номера гармоники ее амплитуда убывает в соответствии со следующим соотношением:

, (7.40)

где к – номер гармоники;

m – число фаз выпрямителя.

В таблице 7.1 приведены значения допустимых коэффициентов пульсации для наиболее распространенных типов нагрузок. Значение коэффициентов пульсации на выходе различных схем выпрямления приведены в таблице 7.2.

Из анализа этих данных следует, что после выпрямителя необходимо устройство, подавляющее гармонические составляющие. Эту функцию выполняют сглаживающие фильтры. Основной параметр фильтра – коэффициент сглаживания, он определяется следующим образом:

К_сгл = К_n/К_nн ,

где К_n – коэффициент пульсации на входе фильтра;

К_n.н. – допустимый коэффициент пульсации на нагрузке.

Обычно коэффициент пульсации определяется по первой гармонике, так как, если удовлетворено требование к К_n.н. по первой гармонике, то по высшим гармоникам – тем более (см.7.40). Сглаживающие фильтры являются НЧ-фильтрами, так как должны пропускать постоянную и подавлять гармонические составляющие.

Кроме получения необходимого уровня пульсации на входе, к фильтрам предъявляются следующие требования:

- фильтр не должен вызывать режимов работы, опасных для выпрямителя (диодов);

- в фильтре не должно быть резко выраженных переходных процессов, чтобы не нарушать работу следующих за ним узлов (стабилизаторов);

- падение постоянного напряжения на фильтре должно быть минимальным (КПД, теплоотвод и т.д).

В качестве элементов пассивных сглаживающих фильтров чаще всего используют индуктивности и емкости.