Введение

В данной курсовой работе рассматривается мостовой выпрямитель, его технические характеристики, габаритные размеры. Был проведён расчет трансформатора, фильтра, обмотки дросселя и др.

Задачей курсового проекта является расчет всех элементов, входящих в конструкцию мостового выпрямителя и дальнейшей постановки его на производство.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И ЕГО КОМПЛЕКТУЮЩИХ

1.1 Трансформатор

Трансформатор – электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной величины переменного напряжения в другую, с постоянной частотой 50Гц. Работа трансформатора основана на взаимодействии полей первичной и вторичной обмотки, иначе говоря, - явления взаимоиндукции. Все необходимые Конструктивные параметры трансформаторов при расчете выбирают из условия обеспечения допустимого падения напряжения на обмотках и их перегрева. При выборе магнитопровода определяющими являются трансформируемая мощность и частота тока.

При расчете трансформатора применяют следующие исходные данные:

• электрическая схема (количество обмоток) трансформатора;

• схема подключаемой нагрузки (напряжение, сопротивление и т.п.);

• напряжение и частота питающей сети;

• масса, габариты, стоимость;

• условия эксплуатации

Расчет трансформатора обуславливается видом питаемой нагрузки активная, активно-индуктивная, активно-емкостная, а также нагрузки с наличием противо-ЭДС. Нагрузка с противо-ЭДС возникает, например, в том случае, когда от выпрямителя питается двигатель постоянного тока.

1.2 Выпрямитель

Как правило, для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют следующие схемы выпрямления: однополупериодную, двухполупериодную, и мостовую.

1.2.1 Однополупериодный выпрямитель

При подаче напряжения со вторичной обмотки трансформатора на диод, поступает напряжение положительной полярности ("+" приложен к аноду диода), диод открывается, и через нагрузку протекает ток, определяемый падением напряжения на вторичной обмотке и сопротивлением нагрузки. Падение напряжения на кремниевом диоде (примерно 1 В), как правило меньше, по сравнению с питающим. Напряжение на выходе выпрямителя имеет вид однополярных импульсов, форма которых практически повторяет форму положительной полуволны переменного напряжения.

Недостатками данного выпрямителя являются:

• большой коэффициент пульсаций;

• малые значения выпрямленного тока и напряжения;

• низкий КПД, т.к. ток нагрузки имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора и уменьшение его магнитной проницаемости

Рисунок 1.1 – Схема однополупериодного выпрямителя

1.2.2 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

• данной схеме, вторичная обмотка трансформатора состоит из двух половин и имеет отвод от середины, так называемой средней точки. В данной схеме можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на одну нагрузку. Коэффициент пульсаций р=0,67.

Достоинства двухполупериодного выпрямителя:

• отсутствие подмагничивания трансформатора;

• более высокий КПД;

• меньший коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем;

• вдвое большая частота пульсаций выпрямленного напряжения, чем в однополупериодной схеме, что облегчает их сглаживание. Основной недостаток

— необходимость второй обмотки, причем обе обмотки работают поочередно и используются примерно на 50%.

Рисунок 1.2 - Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

1.2.3 Однофазный мостовой выпрямитель

Сехема однофазного мостового выпрямителя состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора. В каждый полупериод открыта пара диодов, расположенных в противоположных плечах моста.

Рисунок 1.3 - Схема однофазного мостового выпрямителя

1.3 Фильтры

Сглаживающие фильтры предназначены для снижения переменной составляющей (пульсаций), выпрямленного тока. Данные фильтры подразделяются на индуктивные, и емкостные. Простейшая конструкция сглаживающего фильтра, состоит либо из одного дросселя, либо из одного конденсатора.

1.3.1 Индуктивный сглаживающий фильтр

Индуктивный фильтр состоит из дросселя, включенного последовательно с нагрузкой. Под дросселем подразумевается обычная катушка, характеризующаяся определённой индуктивностью. Сглаживающее действие такого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению выпрямленного тока. Индуктивный фильтр прост, дешев, имеет малые потери мощности; коэффициент сглаживания фильтра растёт с увеличением индуктивности дросселя, числа фаз питающего напряжения и с уменьшением сопротивления нагрузки. Поэтому индуктивные фильтры обычно применяются совместно с многофазными мощными выпрямителями. При отключении нагрузки или скачкообразном изменении ее сопротивления возможно возникновение перенапряжений; в этом случае параллельно обмотке дросселя необходимо включать защитные устройства, например разрядники. В маломощных однофазных выпрямителях индуктивный фильтр может являться звеном более сложного фильтра.

Риунок 1.4 – Схема индуктивного сглаживающего фильтра

1.3.2 Eмкостной сглаживающий фильтр

Емкостной сглаживающий фильтр состоит из конденсатора С_ф, подключённого параллельно сопротивлению нагрузки R_н. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку. Заряд и разряд конденсатора фильтра происходит с частотой пульсаций f_п выпрямленного напряжения.

Рисунок 1.5 – Схема емкостного сглаживающего фильтра

1.3.3 Сглаживающий LC фильтр

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения будет более эффективным, если в совместить два предыдущих фильтра: индуктивный и емкостной фильтры. Данные типы сглаживающих фильтров называют LC фильтрами

Риунок 1.6 – Схема LC сглаживающего фильтра

1.3.4 Сглаживающий RC фильтр

• схемах выпрямления малой мощности дроссель фильтра может быть заменён резистором R_Ф. Такие типы фильтров называют RC фильтрами

Риунок 1.7 – Схема RC сглаживающего фильтра

Сопротивление резистора R_Ф обычно задаются в пределах R_Ф = (0,15…0,5)R_H; КПД резистивно-емкостного фильтра сравнительно мал и обычно составляет 0,6…0,8, причем при η_ф = 0,8 R_Ф = 0,25RH. Емкость C_ф (в микрофарадах), обеспечивает требуемый коэффициент сглаживания q при частоте сети f_C = 50 Гц,

Преимущества резистивно-емкостных фильтров:

• малые габариты,

• масса и стоимость;

Недостаток

– низкий КПД.