Методичні вказівки до розрахунків Задача № 1.

Розв’язування задачі № 1 полягає в розрахунку випрямного пристрою, який живиться від однофазної мережі змінного струму напругою 220 В з частотою 50 Гц. Вихідними даними для розрахунків є напруга та струмнавантаження, а також коефіцієнт пульсації по першій гармоніці на навантажені.

Виконання задачі передбачає:

1. Вибір схеми випрямлення та типу вентилів.

2. Вибір типу магнітопроводу трансформатора.

3. Розрахунок параметрів трансформатора.

4. Розрахунок згладжувального фільтру.

Методичні вказівки до розв’язування задачі №1.

Випрямний пристрій будується за структурною схемою, яка наведена на рис.1.1.

Рис.1.1. Структурна схема випрямного пристрою.

Розрахунок випрямного пристрою починається з вибору схеми випрямлення. Від цього вибору залежить розрахунок трансформатора та згладжувального фільтра.

Вибір схеми випрямлення та типу вентилів.

Схеми випрямлення для однофазних мереж змінного струму наведені на рис.1.2. Вибір конкретної схеми базується на аналізі вихідних даних та максимально припустимих параметрів вентилів, які випускаються промисловістю. При потужності у навантажені менш ніж 1 кВт можуть бути використані обидві схеми. Схема Греца (рис.1.2,б) недоцільно застосовувати при , так як в цьому випадку падіння напруги на двох послідовно з’єднаних діодах порівняно з напругою на навантажені. При необхідності отримання на навантажені великих напруг схема Греца може бути переважною ніж однотактна двопівперіодна схема випрямлення (рис.1.2,а) тому, що в ній потрібні вентилі з меншою максимально припустимою зворотною напругою. Крім цього для схеми Греца потрібен трансформатор з меншою габаритною потужністю.

Рис.1.2. Схеми випрямлення.

В якості вентилів обираються випрямні діоди або збірки діодів, у яких припустимий середній прямий струм не менш ніж 0,5 :

.

Якщо у довіднику не вказано значення , то замість його можна використовувати середній випрямлений струм. Крім цього, максимальна припустима постійна зворотна напруга на діодахповинна перевищувати зворотну напругу, під якою діоди знаходяться у схемі випрямлення

для схеми рис.1.2,б,

для схеми рис.1.2,а.

Розрахунок трансформатора.

По приведеній методиці може бути виконаний приблизний розрахунок трансформатора випрямляючого пристрою при індуктивному характері навантаження.

Розрахунок починається з визначення потужності у навантаженні

, Вт. (1.2)

Далі визначається типова потужність трансформатора за формулою у таблиці 1.1, з обліком вибраної схеми випрямлення. По розрахованому значенню обирають конструкцію та тип магнітопровода з додатку 1. При виборі треба керуватися наступними обміркуваннями.

На потужностях до декількох десятків вольт-ампер рекомендується віддавати перевагу броньованим магнітопроводам тому, що вони поступаються стрижневим по ваговим та габаритним показникам, але більш технологічні у виробництві та мають менші значення паразитних параметрів.

На потужностях від декількох десятків до декількох сотень вольт-ампер рекомендується використовувати стрижневі магнітопроводи.

У таблиці 1.2 вибирають амплітуду магнітної індукції , щільність струму первинної обмоткита падіння напруги на обмотках трансформатораі.

Далі за формулами з таблиці 1.1 розраховують середньоквадратичне значення напруги та середньоквадратичне значення струму вторинної обмотки. Далі визначають коефіцієнт трансформації та середньоквадратичне значення струму первинної обмотки.

, (1.2)

, А. (1.3)

Таблиця 1.1

Параметри трансформатора	Схема випрямлення
	Однотактна 2-полуперіодна	Мостова Греца
Діюче значення напруги вторинної обмотки,
Діюче значення струму вторинної обмотки,
Типова потужність трансформатора,
Число фаз вторинної обмотки,	2	1
Відношення активної потуж-ності вторинної обмотки до повної потужності первинної обмотки,	1,41	1

Коефіцієнти тавраховують опори фази випрямляча.

Таблиця 1.2

Конструкція магнітопровода, марка сталі та товщина стрічки	Параметри трансформатора	, ВА
		5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броньова стрічкова 3411, = 0,35 мм	, Тл	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
	, А/мм2	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
	, %	20-18	18-10	10-8	8-6	3-1
	, %	25-18	18-10	10-8	8-6	6-2
Стрижнева стрічкова 3411, = 0,35	, Тл	1,55	1,6	1,7	1,7	1,7
	, А/мм2	5,2	5,2-3,8	3,8-3	3-2,4	2,4-1,7
	, %	18-12	12-5,5	5,5-4	4-3	3-1
	, %	33-17	17-9	9-6	6-4	4-2

На наступному етапі розрахунку визначаються втрати у сталі магнітопровода за формулою:

, Вт, (1.4)

де - маса обраного магнітопровода;

- питомі втрати у сталі.

Величина питомих втрат залежить від амплітуди магнітної індукції, сорту та товщини стального листа. Значення може бути приблизно визначене за формулою:

, Вт/кг. (1.5)

Коефіцієнти ізалежать від матеріалу магнітопровода та частоти живлющої напруги. Для сталі 3411 з товщиною стрічки=0,35 мм на частоті 50 Гц = 1,8,= 2. Одиниці вимірювання у формулі (1.5) – Тесла.

Після цього визначається реактивна намагнічуюча потужність за формулою:

, ВА, (1.6)

де - питома намагнічуюча потужність.

Питома намагнічуюча потужність залежить від матеріалу магнітопровода, частоти живлющої напруги і амплітуди магнітної індукції. Для сталі 3411 з товщиною стрічки =0,35 мм на частоті 50 Гц може бути приблизно визначене за формулою:

, ВА/кг. (1.7)

По знайденим величинам іможна визначити активну та реактивну складові струму холостого ходу трансформатора:

, А, (1.8)

, А. (1.9)

Повний струм холостого ходу дорівнює:

, А. (1.10)

Відносна величина струму холостого ходу дорівнює:

, %.

На наступному етапі розраховується число витків обмоток трансформатора. Для цього на початку визначаються ЕРС первинної та вторинної обмоток і:

, В, (1.11)

, В. (1.12)

Зверніть увагу на те, що у формули підставляються абсолютні значення падіння напруги на обмотках трансформатора, значення, приведені у табл. 1.2, виражені у відсотках.

Число витків i-й обмотки (i = 1 або 2) дорівнює:

, (1.13)

де - ЕРС відповідної обмотки;

=50 Гц – частота живлющої мережі;

- площа поперечного перетину стрижня магнітопроводу,см²;

=0,93 – коефіцієнт заповнення перетину магнітопроводу сталлю (значення приведене для магнітопроводів з товщиною стрічки 0,35 мм).

Проводиться вибір обмоточних проводів. З цією ціллю розраховується поперечний перетин проводів первинної і вторинної обмоток і:

, мм², (1.14)

, мм², (1.15)

де - рекомендована щільність струму первинної обмотки (табл. 1.2);

=0,7 ÷ 0,8.

По знайденим значенням із додатку 2 знаходять марку та діаметр проводів для кожної обмотки.

Далі визначають припустимі значення активного та реактивного опору обмоток трансформатора та його індуктивність розсіювання:

Ом, (1.16)

де Ом·см – для броньових магнітопроводів;

Ом·см – для стрижневих магнітопроводів;

– для броньових магнітопроводів;

– для стрижневих магнітопроводів;

а – базовий лінійний розмір магнітопровода (у сантиметрах) з додатку 1.

Індуктивність розсіювання трансформатора можна оцінити за формулами:

, Гн; ,Ом, (1.17)

де - опір фази випрямляча з урахуванням опорів обмоток трансформатора та вентилів схеми випрямлення,

, Ом, (1.18)

де - =0,25 для германієвих вентилів і =0,5 для кремнієвих вентилів;

. (1.18)

Значення коефіцієнта приведені у табл. 1.3 у функції від розміру магнітопроводаа.

Таблиця 1.3

Магнітопровід	Значення а, см
	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0
Броньовий Стрижневий	0,682 1,04-2,16	0,160 0,235-0,454	0,034 0,056-0,104	0,013 0,024-0,046	0,007 0,013-0,025