02 Электроника. Методические указания к самостоятельным занятиям по курсу электроники омск 2007 Министерство транспорта Российской Федерации
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
1.2. Методические указания 1.2.1. Выбор схемы выпрямителя Для мощностей Pd < 1 кВт следует использовать схемы выпрямления однофазного тока. Среди двухполупериодных однофазных схем более высокие технико-экономические показатели имеет мостовая схема. Она обеспечивает лучшее использование трансформатора и вентилей, применяется даже при больших мощностях, допустимых для однофазной нагрузки сети. Если выпрямитель должен отдавать потребителю мощность более 1 кВт, то оптимальным будет использование выпрямителей трехфазного тока. Трехфазная схема выпрямителя с нулевым выводом применяется на средних мощностях (1 10 кВт), а также в случаях, когда допустима большая амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения. При больших мощностях (Pd > 10 кВт), а также при допустимых пульсациях менее 5 % целесообразно использовать мостовую схему выпрямления (схему Ларионова). При выборе схемы выпрямителя следует учесть, что нередко приходится просчитывать несколько вариантов схем, чтобы выбрать наиболее оптимальное техническое решение. 1.2.2. Выбор типа вентилей (диодов) Выбор типа вентиля осуществляется на основании предварительной оценки следующих параметров выпрямителя: среднего значения тока через вентиль при полной нагрузке Ia, которое выбирается из табл.1; максимального значения обратного напряжения на вентиле Uобр m (определяется из табл. 1), при этом параметр Ud оценивается по выражению:  , (18)где U – потери напряжения из-за протекания тока Id > 0, имеющие порядок от 0,05Ud (при выпрямленной мощности Pd > 100 кВт) до 0,15Ud (при мощности Pd< 1 кВт). Величины Ia и Uобр m не должны превышать значений соответствующих паспортных параметров выбранного вентиля – номинального прямого тока Ia и обратного допустимого напряжения Uобр доп, т. е.  (19)Коэффициент использования по току  при выборе вентиля должен находиться на интервале (0,5 0,8). Для уменьшения прямого тока Ia применяется параллельное включение однотипных вентилей (рис. 12, а). Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда максимальное обратное напряжение Uобр m превышает допустимое обратное напряжение Uобр доп отдельных вентилей (рис. 12, б). Прямое ra и обратное Rобр сопротивления отдельных вентилей отличаются от номинальных значений из-за наличия технологических погрешностей. С целью выравнивания токов параллельно включенных вентилей или обратных напряжений на последовательно включенных вентилях применяются выравнивающие сопротивления Rдоб и Rш (см. рис. 12).
Рис.12. Использование выравнивающих сопротивлений: а – Rдоб = (2 5) ra; б – Rш = (0,1 0,2) Rобр После уточнения значения напряжения холостого хода Ud х.х и определения параметра Ia m(см. табл. 1), окончательно проверяется нагрузочная способность выбранного типа вентиля по обратному напряжению и прямому току. 1.2.3. Выбор схемы фильтра и ее расчет В трехфазных выпрямителях средней и большой мощности применяются фильтры с индуктивной реакцией. В маломощных двухфазных выпрямителях для выбора типа фильтра целесообразно воспользоваться соотношением, определяющим минимальную емкость конденсатора. Если она окажется непрактично большой, то следует использовать индуктивный фильтр, в другом случае следует использовать емкостный фильтр, поскольку он обеспечивает лучшее сглаживание пульсаций. В тех случаях, когда требуется получить коэффициент сглаживания S > 20, применяют Г-образные LC-фильтры. Коэффициент сглаживания такого фильтра S = 40 fо.г2 LфCф. (20) При заданном значении S определяем произведение LфCф =  и рассчитываем минимальное значение индуктивности дросселя, Гн: , (21)где а1 – коэффициент (для схем, приведенных на рис. 2, 4 и 6, коэффициент а1 составляет 0,332; 0,083 и 0,01 соответственно); fc – частота сети. Определяем значение емкости конденсатора, мкФ:  . (22)Необходимый коэффициент сглаживания S определяется как отношение коэффициента пульсаций на входе и выходе фильтра. Значение первого находится из таблиц для выбранной схемы выпрямителя, второго – из исходных данных на проектирование схемы. При невысоких значениях коэффициентов сглаживания используются простейшие фильтры: индуктивность и емкость. При значениях коэффициентов сглаживания, превышающих несколько десятков, целесообразно использовать Г- или П-образный фильтр, содержащий два звена. 1.2.4. Расчет параметров выпрямителя Если нагрузка выпрямителя носит индуктивный характер (например, Г-образный фильтр с индуктивностью), то вначале вычисляется значение напряжения холостого хода Ud х.х. Омические сопротивления дросселя rдр и трансформатора Rт находятся из зависимостей, представленных на рис. 13. В маломощных выпрямителях можно пренебречь сопротивлением индуктивности рассеивания xs, а в выпрямителях большой и средней мощности – активным сопротивлением Rт обмотки трансформатора. После определения напряжения Ud находятся прочие параметры выпрямителя.
Рис. 13. Аппроксимированные графики зависимостей сопротивлений rдр и Rт 1.3. Пример расчета Рассчитать выпрямитель по следующим исходным данным: номинальное выпрямленное напряжение Ud н= 1000 В, номинальный выпрямленный ток Id н = 10 А, коэффициент пульсаций на выходе kп вых = 0,03, напряжение сети Uс= 220 В с частотой fс= 50 Гц. 1.3.1. Выбор схемы выпрямителя Определим сопротивление нагрузки: Rн= Ud н/ Id н; Rн= 1000 / 10 = 100 Ом. Выпрямленная мощность Pd= Ud н·Id н; Pd = 1000 · 10 = 10 000 Вт. При мощностях, превышающих 1 кВт, рекомендуется применять выпрямители трехфазного тока. Для уменьшения размеров трансформатора и фильтра выбираем схему Ларионова, имеющую высокие технико-экономические показатели. 1.3.2. Выбор вентилей Для выбранной схемы определим средний ток через диод:  Ориентировочное значение обратного напряжения на вентиле Uобр m> 1,045 Ud н. Принимаем Uобр m = 1,1·1,045Ud н; Uобр m = 1,1·1,045·1000 = = 1150 В. По справочным данным выбираем тип вентиля из таблицы прил. 2. В данном случае подходит диод типа Д234Б (12 вентилей, по два последовательно соединенных вентиля в каждом плече моста), который имеет следующие параметры: номинальный прямой ток Iа н = 5 А; прямое падение напряжения Uа = 1,5 В; допустимое обратное напряжение Uобр доп= 600 В; среднее значение обратного тока Iобр = 3 мА. Рассчитаем значение выравнивающих сопротивлений Rш= (0,1,...,0,2) Rобр, где   Ом = 200 кОм. Выбираем Rш=0,15Rобр; Rш = 0,15 · 200 = 30 кОм.1.3.3. Выбор и расчет схемы фильтра В трехфазных схемах выпрямления средней и большой мощности наиболее целесообразно использовать сглаживающий фильтр с индуктивной реакцией, т. е. начинающийся с дросселя. Необходимый коэффициент сглаживания фильтра с учетом явления коммутации  где k п вх – коэффициент пульсаций на выходе вентильной группы. Для трехфазной мостовой схемы выпрямления Ларионова kп = 0,057. Тогда коэффициент сглаживания S = (1,5,...,2,0)  = 4.Поскольку значение коэффициента сглаживания несущественно, выбираем простейший однозвенный L-фильтр. Для схемы Ларионова fо.г = 300 Гц. Тогда индуктивность дросселя  1.3.4. Расчет параметров выпрямителя Прямое сопротивление вентиля  Ом.Коэффициенты для значений сопротивлений дросселя и трансформатора определяются по графикам рис.13 в зависимости от мощности выпрямителя: Rт = 0,037Rн, Rт = 0,037·100 = 3,7 Ом; rдр = 0,034Rн, rдр = 0,034·100 = 3,4 Ом. Индуктивное сопротивление рассеивания обмотки трансформатора  Напряжение холостого хода для схемы Ларионова Ud х.х= 1000 + 10(2 · 2 0,3 + 3,7 + 3,4 +  ) = 1095 В.Параметры трансформатора (с учетом выбранной схемы Ларионова): – напряжение на вторичной обмотке U2= 0,43Ud х.х; U2= 0,43 · 1095 = 471 В; – коэффициент трансформации  – ток вторичной обмотки I2= 0,82 Idн; I2= 0,82·10 = 8,2 А; – ток первичной обмотки  A;– типовая (габаритная) мощность трансформатора Sтр = 1,045 Ud н· Id н; Sтр = 1,045·1000 ·10 = 10 450 Вт. Проверим нагрузочную способность выбранных вентилей, определив максимальное значение обратного напряжения: Uобр m= 1,045 Ud х.х; Uобр m= 1,045·1095 = 1144 В. В данном примере для двух последовательно включенных диодов Д234Б Uобр m < 2Uобр доп ; 2Uобр доп = 2·600 = 1200 В. Следовательно, тип вентилей и схема их включения выбраны правильно. Внешнюю характеристику выпрямителя (рис. 14) Ud= f (Id), которая представляет собой прямую линию, строим по двум точкам: точке холостого хода (Ud= Ud х.х , Id= 0) и точке номинальной нагрузки (Ud= Ud н, Id = Id н).  Рис. 14. Внешняя характеристика выпрямителя 2. РАСЧЕТ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА Цель работы: провести графоаналитическое исследование режима работы транзистора в классе А и определить основные параметры транзисторного усилительного каскада в схеме с общим эмиттером при одном источнике питания Eк с автоматическим смещением и эмиттерной стабилизацией рабочего режима, т. е. с последовательной отрицательной обратной связью по постоянной составляющей тока. В процессе выполнения задания необходимо определить: – положение рабочей точки покоя и соответствующие ей значения токов Iб0,Iк0, Iэ0 и напряжений Uбэ0,Uкэ0; – диапазон изменения входного ±Um вх и выходного ±Um вых напряжения; – значения сопротивлений резисторов R1, R2, Rэ, Rк и емкости конденсаторов Cэ, Cр1и Cр2; – параметры усилительного транзисторного каскада: входное Rкаск вх и выходное Rкаск вых сопротивления, коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности KP. Тип биполярного транзистора для усилительного каскада необходимо выбрать по номеру своего варианта из табл. 3. Там же приведены предельно допустимые и hб-параметры транзисторов. Семейство статических выходных вольт-амперных характеристик, а также входные характеристики транзисторов приведены в прил. 3. Напряжение источника питания Eк выбирается из табл. 4. Таблица 3 Выбор типа биполярного транзистора
Таблица 4 Выбор напряжения источника питания
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
