Все / - ПР / 02Пр-Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель

Задача 1. Рассчитать двухполупериодный однофазный выпрямитель, работающий на активную нагрузку.

Требуемые характеристики:

1. Напряжение питающей сети - U_~=220 В.

2. Постоянная составляющая выходного напряжения -

3. Постоянная составляющая тока нагрузки -

Расчетное задание для каждого студента индивидуальное. Вариант определяется номером в журнале учебной группы N.

Порядок расчета.

1. Определить сопротивление нагрузки согласно закону Ома для постоянного тока.

2. Рассчитать требуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора, токи постоянной и переменной составляющих вторичной обмотки.

3. Рассчитать коэффициент трансформации трансформатора.

4. Определить ток первичной обмотки трансформатора.

5. Рассчитать средний ток, максимальный ток и обратное напряжение выпрямительного диода.

6. Рассчитать коэффициент пульсаций на нагрузке.

Задача 2. Составить схемы выпрямителя и выполнить компьютерное моделирование работы выпрямителя в среде Multisim.

Задача 3. Снять осциллограммы напряжений и токов во всех цепях схемы.

Задача 4. По снятым осциллограммам определить экспериментальные параметры всех токов и напряжений, рассчитанных в задаче 1. Сравнить экспериментальные и расчетные результаты. Сравнить пульсации в однополупериодной и двухполупериодной схемах.

По полученным материалам подготовить отчет.

Краткие теоретические сведения

Схема

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя и его временные диаграммы представлены на рис. 1.

Рис. 1. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления

Если рассматривать идеализированную схему выпрямления без потерь в трансформаторе и вентиле (диоде), то в первом полупериоде все напряжение вторичной обмотки трансформатора и₂ оказывается приложенным к нагрузке R_н, и поэтому график выпрямленного напряжения u_Н повторяет положительную полусинусоиду графика напряжения и₂.

В рассматриваемой схеме постоянная составляющая выпрямленного тока I₀, протекая по вторичной обмотке трансформатора, не создает вынужденное подмагничивание его магнитопровода, так как ток вторичной обмотки трансформатора в обоих полупериодах имеет одинаковую амплитуду и форму, но противоположен по направлению.

Основные параметры схемы.

При расчете ИВЭП обычно задаются следующие параметры нагрузки: U₀, I₀ — средние значения выпрямленного напряжения и тока, а также К_п.н% —допустимый, т.е. нормируемый для данной нагрузки, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. С другой стороны, каждая схема выпрямления обеспечивает определенное значение коэффициента пульсации выпрямленного напряжения на выходе К_п%, так что при проектировании ИВЭП необходимо обеспечить, чтобы К_п% выбранной схемы ИВЭП не превышал указанной К_п.н%.

Все необходимые соотношения для расчетов можно взять из сравнительной таблцы для разных схем выпрямителей, приведенной ниже.

Параметр	Схема выпрямления
	однополу- периодная однофазная	двухфазная двух-полупериод- ная с выво­дами средней точки	однофазная двухполу-периодная	трехфазная однополу-периодная	трехфазная мостовая при объединении обмоток
					Y—Y Δ—Y	Y—Δ Δ—Δ
Действующее значение напряжения вторичной обмотки U2	2,22 U0	2 1,1U0	1,11 U0	0,85 U0	0,43 U0	0,74U0
Действующее значение тока вторичной обмотки h	1,57I0	0,73I0	1,11 I0	0,58 I0	0,82 I0	0,47 I0
Действующее значение тока первичной обмотки /i	1,21I0п21	1,11I0п21	1,11I0п21	0,48I0п21	0,82I0п21	0,47 I0п21
Габаритная мощность трансформатора Рг	3,1 Р0**	1,48Р0	1,23Р0	1,35Р0	1,05Ро	1,05Р0
Вынужденное подмагничивание трансформатора	Есть	Нет	Нет	Есть (нет***)	Нет	Нет
Повторяющееся импульсное обратное напряжение на вентиле Iобр.и.п	3,14 U0	3,14 U0	1,57 U0	2,09 U0	1,05 U0	1,05 U0
Средний выпрямленный ток диода Iпр.ср	I0	0,5 I0	0,5 I0	0,33 I0	0,33 I0	0,33 I0
Повторяющийся импульсный прямой ток через диод Iпр.и.п	3,14 I0	1,57 I0	1,57 I0	1,21 I0	1,05 I0	1,05 I0
Число диодов в схеме N	1	2	4	3	6	6
Частота пульсаций выпрямленного напряжения	fс	2fс	2fс	3fс	6fс	6fс
Коэффициент пульсации по наибдльшей гармонике Kn01 (Kn)	1,57	0,67	0,67	0,25	0,057	0,057

Особенности моделирования в среде Multisim

При моделировании любой схемы следует помнить, что программа рассчитывает переменные и постоянные составляющие процессов. Переменные составляющие могут рассчитываться относительно среднего значения равного нулю. Постоянные составляющие могут быть рассчитаны только относительно точки с нулевым потенциалом. По этой причине в схемах обязательно присутствие символа нулевого потенциала, в качестве которого в Multisim используется символ заземления (GROUND). Этот символ должен присутствовать во всех участках схемы, которые не связаны между собой по постоянному току. В схеме однополупериодного выпрямителя это участки до трансформатора и после него, поэтому должно быть два символа нулевого потенциала. Для первичной обмотки трансформатора зануляется средний вывод функционального генератора, к которому присоединяется один из выводов первичной обмотки. Для вторичной обмотки со средним выводом нулевой потенциал задается на среднем выводе. Для однополупериодного выпрямителя предпочтительно использовать силовой трансформатор со средним выводом, но использовать только одну половину вторичной обмотки.

В учебном моделировании удобно использовать виртуальные компоненты, особенно трансформатор. В данном курсе удобно использовать трансформатор TS_VIRTUAL из группы базовых виртуальных компонентов BASIC_VIRTUAL. Основные параметры базовых виртуальных компонентов могут легко изменяться в контекстном меню свойств (Properties). Чтобы легче было их находить, можно с помощью меню View/Toolbars установить инструментальную панель Virtual.