Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» |
Институт: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Подразделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Электроника 1.1
ИДЗ №1 " Полупроводниковые диоды и их применение в выпрямительных устройствах"
Вариант 54
Выполнил студент гр. 5А36 Кондрашов Максим Анатольевич (Дата, подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: к.т.н., доцент Воронина Наталья Алексеевна
(Степень, звание, должность) (Дата, подпись) (Ф.И.О.)
Томск 2025 г.
Исходные данные для расчета выпрямителя по варианту приведены в таблице 1
Таблица 1
Исходные данные для расчета выпрямителя
№ варианта |
|
|
|
|
|
|
54 |
30 |
0,5 |
0,05 |
220 |
50 |
1 |
Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы
Определяем выходную мощность и сопротивление нагрузки
Однополупериодные выпрямители применяются в основном с выходной мощностью до 10 Вт и в тех случаях, когда допускается сравнительно высокий коэффициент пульсаций. В нашем случае не подходит.
Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяются при напряжениях нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт. В нашем случае не подходит.
Мостовые выпрямители применяется наиболее часто. Их можно использовать при любом характере нагрузки (емкостная, индуктивная). Из-за повышенного падение напряжения на диодах, в результате чего ее не рекомендуют применять при напряжениях нагрузки менее 5 В. Выбираем данную схему.
Расчет параметров сглаживающего фильтра
Т.к. ток нагрузки составляет единицы ампер, применяем Г-образный LC-фильтр
Минимальное значение индуктивности фильтра
где
пульсность схемы, в нашем случае
т.к.
схема мостовая;
круговая частота напряжения сети (
,
рад/с
Величину емкости находим из выражения
где
коэффициент сглаживания
При полученных значениях L и C фильтра условия эффективной работы выполняются, однако при моделировании получается «плохая» осциллограмма (рис.1-3). Поэтому увеличиваем L в 2...10 раз. В нашем случае увеличиваем L в 4 раза (до 256 мГн) и заново вычисляем С фильтра.
Рисунки 1-3. Осциллограмма LC-фильтра при разных значениях L.
Проводим проверку условий эффективной работы фильтра
Условия выполняются
Выбор выпрямительных диодов
Для того чтобы выбрать тип полупроводниковых диодов выпрямителя необходимо рассчитать с учетом характера нагрузки основные характеристики выпрямителя по формулам табл. 2:
- значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа;
- максимальное значение прямого тока диодов.
В нашем случае нагрузка активно – индуктивная (взяли Г-образный LC фильтр)
Таблица 2
Параметры выпрямителя при работе на различную нагрузку
Максимальное обратное напряжение
Максимальный прямой ток
По справочнику выбираем диод, имеющий ближайшие большие значения предельных параметров.
Выбираем
диод 1N4001
Рисунок 4. Параметры и конструкция диода 1N4001.
Расчет параметров трансформатора
Для расчета используем табл. 3, в которой приведены соотношения для расчета параметров трансформаторов, работающих при различной нагрузке. Расчет проводим для активно-индуктивной нагрузки.
Таблица 3.
Параметры трансформаторов выпрямителей, работающих при различной нагрузке
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
Минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора
Моделирование работы выпрямителя в программе Multisim.
Рисунок 5.Осциллограмма напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Рисунок
6. Осциллограмма напряжения после
вентильной группы
Рисунок 7. Осциллограмма напряжения на нагрузке
Вывод:
В ходе работы были проведены расчеты параметров для сглаживающего фильтра по значениям, заданных по варианту; расчеты, направленные на выбор выпрямляющих диодов вентильной группы; расчеты параметров трансформатора для схемы. Сняты осциллограммы напряжения на вторичной обмотке трансформатора, напряжения после вентильной группы и выпрямленного напряжения на нагрузке. По последней осциллограмме видно, что расчеты проведены верно и напряжение на нагрузке сохраняется в пределах 30В, что и требовалось по варианту.
Список использованной литературы:
Глазачев А.В., Петрович В.П. Физические основы электроники: Учебное пособие / -Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012. - 212 с.
Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: справочник. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 325 с.
Ровдо А.А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами. – М.: Лайт Лтд., 2000. – 288 с.
Аксенов А. И. Отечественные полупроводниковые приборы: Справочное пособие: Кн.1. Аналоги отечественных и зарубежных приборов / А. И. Аксенов, А. В. Нефедов . – 4-е изд., перераб. и доп . – М. : Солон-Пресс, 2003 . – 544 с.
Диоды. Варикапы. Стабилитроны и стабисторы. Тиристоры. Оптоэлектронные приборы. – М.: Солон–Р, 2003. – 497 с