Методические указания к выполнению контрольной работы № 2 Методические указания к решению задачи 1

Задача относится к расчёту выпрямителей переменного тока, собранных на полупро­водниковых диодах. При решении задачи следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_ДОП, на который рассчитан диод, и обратное напряжение U_ОБР , которое выдерживает диод без пробоя в непроводящий полупе­риод.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значение мощности потребителя Р_d (Вт), получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленное напряжение U_d (В), при котором работает потребитель постоянного тока.

Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода I_ДОП выбирают диоды для схем выпрямителя.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод U_B, также зависит от схемы выпрямления.

Таким образом, условия выбора диодов для конкретных схем выпрямления имеют вид:

1. Для однополупериодной схемы

I_ДОП I_d; U_ОБР π · U · d (U_B = π · U · d)

2. Для двухполупериодной схемы со средней точкой трансформатора

I_ДОП I_d; U_ОБР (π / 2) · U · d

3. Для мостовой однофазной схемы

I_ДОП I_d / 2; U_ОБР (π / 2) · U · d

4. Для трёхфазного выпрямителя

I_ДОП I_d / 3; U_ОБР 2,1 · U · d

Таблица 4. Технические данные полупроводниковых диодов

Тип диода	IДОП, А	UОБР, В	Тип диода	IДОП, А	UОБР, В
Д7Г	0,3	200	Д231	10	300
Д205	0,4	400	Д231Б	5	300
Д207	0,1	200	Д232	10	400
Д209	0,1	400	Д232Б	5	400
Д210	0,1	500	Д233	10	500
Д211	0,1	600	Д233Б	5	500
Д214	5	100	Д234Б	5	600
Д214А	10	100	Д242	5	100
Д214Б	2	100	Д242А	10	100
Д215	5	200	Д242Б	2	100
Д215А	10	200	Д243	5	200
Д215Б	2	200	Д243А	10	200
Д217	0,1	800	Д243Б	2	200
Д218	0,1	1000	Д244	5	50
Д221	0,4	400	Д244А	10	50
Д222	0,4	600	Д244Б	2	50
Д224	5	50	Д302	1	200
Д224А	1	50	Д303	3	150
Д224Б	2	50	Д304	3	100
Д226	0,3	400	Д305	6	50
Д226А	0,3	300	КД202А	3	50
			КД202Н	1	500

Пример 1. Для питания постоянным током потребителя мощностью Р_d = 300 Вт при напряжении U_d = 20 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д242А.

Решение

1. Выписываем из таблицы параметры диода Д242А:

I_ДОП = 10 А, U_ОБР = 100 В.

2. Определяем ток потребителя

I_d = Р_d / U_d = 300 / 20 = 15 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод

U_В = 3,14 · U_d = 3,14 · 20 = 63 В.

4. Проверяем диод параметрам I_ДОП и U_ОБР. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям

U_ОБР U_В; I_ДОП > I_d.

В данном случае второе условие не выполняется , т.к. 10 < 15 А, т.е. I_ДОП < I_d. Первое условие выполняется, так как 100 > 63 В.

5. Составляем схему выпрямителя . Чтобы выполнялось условие 1_ДОП > I_d , надо два диода соединить параллельно, тогда 1_ДОП = 2 · 10 = 20 А; 20 А > 15А.

Полная схема выпрямителя имеет вид

Рис. 4

Пример 2. Для питания постоянным током потребителя мощностью Р_d = 250 Вт при напряжении U_d = 100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.

Решение

1. Выписываем из таблицы параметры диода Д234Б:

I_ДОП = 2 А, U_ОБР = 200 В.

2. Определяем ток потребителя:

I_d = Р_d / U_d = 250 / 100 = 2,5 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод

U_В = 3,14 · U_d = 3,14 · 100 = 314 В.

4. Проверяем диод по параметрам I_ДОП и U_ОБР. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям

U_ОБР > U_В; I_ДОП > I_d/2

В данном случае первое условие не выполняется, т.к. 200 < 314, т.е. U_ОБР < U_В Второе условие выполняется, так как I_d / 2 = 2,5 / 2 = 1,25 А ; 1,25 А < 2А.

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие U_ОБР > U_B, необходимо два диода соединить последовательно, тогда U_ОБР = 200 ·2 = 400 В; 400 А > 314 В.

Полная схема выпрямителя представлена на рис.5.

Рис. 5.

Пример 3. Составить схему мостового выпрямителя использовав один из трёх диодов: Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя P_d = 300 Вт, напряжение потребителя U_d - 200 В.

Решение

1. Выписываем из таблицы параметры указанных диодов:

Д222: I_ДОП = 0,4 А, U_ОБР = 600 В

КД202Н: I_ДОП = 1 А, U_ОБР = 500 В

Д215Б: I_ДОП = 2 А, U_ОБР = 200 В.

2. Определяем ток потребителя:

I_d = Р_d / U_d = 300 / 200 = 1,5 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод для мостовой схемы выпрямителя:

U_В = 1,57 · U_d = 1,57 · 200 = 314 В.

4. Выбираем диод из условий:

I _ДОП > I_d / 2 = 1,5 / 2 = 0,75 А; U_ОБР > U_В = 314 В.

Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н:

I _ДОП = 1,0 А > 0,75 А; U_ОБР = 500 B > 314 B.

Диод Д222 подходит по напряжению (600 В > 314 В), но не подходит по току (0,4 А < 0,75 А).

Диод Д215Б подходит по току (2 А > 0,75 А), но не подходит по напряжению (200 В < 314 В).

Составляем схему мостового выпрямителя (рис. 6). В этой схеие каждый из диодов имеет параметры диодов. КД202Р: I _ДОП = 1 А, U_ОБР = 500 B.

Пример 4. Для составления схемы трёхфазного выпрямителя на трёх диодах заданы диоды Д243. Выпрямитель должен питать выпрямитель с U_d =150 В Определить до­пустимую мощность потребителя и пояснить порядок составления схемы выпрямителя.

Решение

1. Выписываем из таблицы параметры диода Д243:

Д243: I_ДОП = 5 А, U_ОБР = 200 В.

2. Определяем допустимую мощность потребителя для трехфазного выпрямителя:

I _ДОП > 1/3 I_d, т.е. Р_d = 3 · U_d · I _ДОП = 3 · 150 · 5 = 2250 Вт.

Следовательно, для данного выпрямителя Р_d ≤ 2250 Вт.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод:

U_В = 2,1 · U_d = 2,1 · 150 = 315 В.

4. Составляем схему выпрямителя:

Проверяем диод по условию U_ОБР > U_В. В данном случае это условие не выполняется, так как 200 < 315 В. Чтобы условие выполнялось, необходимо в каждом плече два диода соединить последовательно, тогда U_ОБР = 200 · 2 = 400 В; 400 > 315 В

Полная схема приведена на рис. 7.

Рис. 7