РГР4. Отчет по расчётнографической работе 4 по дисциплине Электротехника и электроника
 Скачать 338.71 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт математики и информационных систем Факультет автоматики и вычислительной техники Кафедра систем автоматизации управления Расчет выпрямителя Отчет по расчётно-графической работе № 4 по дисциплине «Электротехника и электроника» Вариант – 11 Выполнил: студент гр. ИТб-2301-01-00 Саакян С. С. Проверил: Вахрушев В. Ю. Киров 2021 Исходные данные: Исходные данные представлены в таблице 1 Таблица 1 –Исходные данные Задание: Рассчитать элементы схемы однофазного выпрямителя с фильтром, работающего от питающей сети с напряжением c U и частотой c f , обеспечивающего выпрямленное напряжение 0 U , выпрямленный ток 0 I , коэффициент пульсаций на выходе схемы 0 п k Решение: Схема Греца решаемой задачи представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Схема Греца Определение потребляемой нагрузкой мощности Для нахождения мощности воспользуемся формулой и получим: 𝑃 0 = 𝑈 0 ∙ 𝐼 0 = 4,5 ∗ 2,5 = 11,5 Вт. Определение сопротивления нагрузки Сопротивление находим по закону Ома, разделив напряжение нагрузки на ток нагрузки. Таким образом получаем: 𝑅 н = 𝑈 0 𝐼 0 = 4,5 2,5 = 1,8 Ом. Коэффициент пульсации сравнительно низок, поэтому в качестве фильтра используем один конденсатор, количество фаз выпрямления для схемы m = 1. Преобразуем схему как показано на рисунке 2. Рисунок 2 – Преобразованная схема Определение максимального выпрямленного напряжения 𝑈 𝐵 𝑚𝑎𝑥 = 𝑈 0 ∙ (1 + 𝛼) = 4,5 ∙ (1 + 1,4) = 10,8 В. В качестве фильтра используется один конденсатор, так как коэффициент пульсаций k n0 сравнительно мал. Расчёт среднего значения тока и амплитуды обратного напряжения вентиля Определяем ориентировочно постоянную составляющую тока 𝐼 ср = 0,5 ∙ 𝐼 0 = 1,25 А Определение вида диода По справочнику выбираем полупроводниковый диод КД201Б, у которого U обр = 100 В, допустимый выпрямленный ток I пр ср мах = 10 А, частота 1,1 кГц и прямое падение напряжения U пр = 1 В. Параметры выбранного диода с запасом удовлетворяют требованиям. Определение дифференциального сопротивления вентиля 𝑟 𝑉𝐷 = 1,2 ∙ 𝑈 пр 𝐼 0 доп = 1,2 ∙ 1 10 = 0,12 Ом. Коэффициент 1,2 учитывает, что значение 𝑈 пр измерено на переменном токе и меньше падения напряжения на вентиле при постоянном токе. Расчет сопротивления трансформатора и индуктивности рассеяния Для ориентировочного определения сопротивления трансформатора 𝑟 тр и индуктивности рассеяния 𝐿 𝑠 необходимо знать тип трансформатора. Выбираем броневой трансформатор. У него коэффициент S = 1. Считаем, что максимальная индукция в сердечнике трансформатора 𝐵 𝑚 = 1,2 Тл. Коэффициенты для мостовой схемы выберем 𝑘 𝑟 = 3,5; 𝑘 𝑙 = 5 и вычисляем: 𝑟 тр = 𝑘 𝑟 𝑈 0 𝐼 0 ∙ 𝑓 𝑐 ∙ 𝐵 𝑚 √ 𝑆 ∙ 𝑓 𝑐 ∙ 𝐵 𝑚 𝑈 0 ∙ 𝐼 0 4 = 3,5 ∙ 15 3 ∙ 50 ∙ 1,2 √ 1 ∙ 50 ∙ 1,2 15 ∙ 3 4 = 0,313 Ом, 𝐿 𝑆 = 𝑘 𝑙 𝑈 0 ∙ 10 −3 𝐼 0 ∙ 𝑓 𝑐 ∙ 𝐵 𝑚 √ 𝑆 3 ∙ 𝑈 0 ∙ 𝐼 0 𝑓 𝑐 ∙ 𝐵 𝑚 4 = 5 ∙ 15 ∙ 10 −3 3 ∙ 500 ∙ 1,2 √ 1 ∙ 15 ∙ 3 50 ∙ 1,2 4 = 0,39 мГн. Реактивное сопротивление индуктивности рассеяния: 𝑥 𝑆 = 2𝜋 ∙ 𝑓 𝑐 ∙ 𝐿 𝑆 = 2 ∙ 3,14 ∙ 400 ∙ 0.39 ∗ 10 −3 = 0,97968 Ом. Сопротивление фазы выпрямления: 𝑟 ф = 𝑟 тр + 𝑟 𝑉𝐷 = 0,313 + 0,12 = 0,433 Ом. Определяем расчетные параметры трансформатора и вентиля 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑥 𝑆 𝑟 ф = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 0,97968 0,433 = 1,155, 𝐴 = 𝜋 ∙ 𝑟 ф ∙ 𝐼 0 𝑚 ∙ 𝑈 0 = 3,14 ∙ 0,433 ∙ 2,5 1 ∙ 4,5 = 0,755. Пользуясь найденными величинами 𝜑 и 𝐴, определяем по графикам рисунка 3 коэффициенты для расчета параметров трансформатора и вентиля: 𝐵 ≈ 1,05; 𝐷 ≈ 2,15; 𝐹 ≈ 6; 𝐻 ≈ 500. Рисунок 3 – Графики для расчета параметров трансформатора и вентиля Определяем параметры трансформатора и вентиля Действующее значение напряжения вторичной обмотки: 𝑈 2 = 𝐵 ∙ 𝑈 0 = 1,05 ∙ 4,5 = 4,725 В. Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора и вентиля: 𝐼 𝐵 = 𝐼 2 = 𝐷 ∙ 𝐼 0 2 = 2,15 ∗ 2,5 2 = 2,6875 𝐴. Действующее значение тока первичной обмотки транcформатора: 𝐼 1 = 0.707 ∗ 𝐷 ∗ 𝐼 0 ∗ 𝑈 2 𝑈 𝑐 = 0,163 𝐴. Габаритные мощности вторичных, первичных обмоток и трансформатора: 𝑃 2 = 2 ∙ 𝐼 𝐵 ∙ 𝑈 2 = 2 ∙ 2,6875 ∙ 4,725 = 25,39 Вт, 𝑃 1 = 𝐼 1 ∙ 𝑈 1 = 0,163 ∙ 110 = 17,93 Вт, 𝑃 тр = 𝑃 1 + 𝑃 2 2 = 21,66 Вт. Наибольшее приложенное к вентилю обратное напряжение: 𝑈 обр 𝑚𝑎𝑥 = 1,41 ∙ 𝐵 ∙ 𝑈 𝑏𝑚𝑎𝑥 = 1,41 ∙ 1.05 ∙ 4,5 = 6,662 В. Среднее значение тока вентиля: 𝐼 ср = 0,5 ∙ 𝐼 0 = 1,25 𝐴. Амплитуда тока через вентиль или максимальное значение тока: 𝐼 𝐵 𝑚𝑎𝑥 = 0,5 ∙ 𝐹 ∙ 𝐼 0 = 0,5 ∙ 6 ∙ 2,5 = 7,5 𝐴. Вывод: предварительно выбранный диод КД201Б пригоден для работы в проектируемом выпрямителе, так как все его параметры выше требуемых. Определяем емкость конденсатора Исходя из коэффициента пульсации на выходе схемы 𝑘 𝑛 = 2,8%, ёмкость конденсатора следующая: 𝐶 0 = 𝐻 𝑘 𝑛 𝑟 ф = 500 1,4 ∙ 0,433 = 824 мкФ. При выборе рабочего напряжения конденсатора обязательно нужно учитывать значение выпрямленного напряжения на холостом ходу. В режиме холостого хода выпрямителя конденсатор зарядится до амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке, а оно с учетом возможного повышения напряжения питающей сети на 10% составляет: 𝑈 0 𝑥𝑥 𝑚 = √2 ∙ 𝑈 2 ∙ (1 + 𝛼) = √2 ∙ 4,725 ∙ (1 + 0,1) = 7,350 В. Выбираем конденсатор на ближайшее напряжение 𝑈 раб = 25 В. По справочнику выбираем конденсатор типа К50-18 на напряжение 𝑈 раб = 25 В с емкостью 33000 мкФ. При ёмкости конденсатора выпрямителя 33000 мкФ коэффициент пульсаций схемы: 𝑘 𝑛 = 𝐻 𝐶 ∗ 𝑟 ф = 250 33000 ∙ 0,433 = 0,035%, что меньше допустимого значения для конденсатора и требуемого для схемы. Таким образом, выбранный конденсатор подходит. Выбор трансформатора Выберем трансформатор ТПП 318-127/220-50, воспользовавшись справочником. Данные из справочника о напряжениях на выводах этого трансформатора приведены в таблице 2. Таблица 2 – Данные вторичной обмотки трансформатора Выводы обмоток U, B I, A 11-12 2,48 12,9 13-14 5 12,9 15-16 0,62 12,9 17-18 2,48 12,9 19-20 5 12,9 21-22 0,62 12,9 Таким образом, параметры трансформатора таковы: P = 200 Вт, I 1 = 1,15 A; I 2 = 12,9 A. Электрическая принципиальная схема выбранного трансформатора представлена на рисунке 4. Рисунок 4 – Принципиальная схема трансформатора ТПП 318-127/220- 50 Составим эквивалентную схему для построенной схемы выпрямителя. Для этого поменяем диоды на их эквиваленты. Полученная эквивалентная схема приведена на рисунке 5. Рисунок 5 – Эквивалентная схема выпрямителя Временные характеристики Построим характеристику «вход-выход» для входного и выходного напряжения (рисунок 6) Рисунок 6 – Характеристика вход-выход Построим временные диаграммы работы схемы. Входной гармонический сигнал показан рисунке 7, выпрямленное напряжение на рисунке 8, а выпрямленный ток – на рисунке 9. Рисунок 7 – Входной сигнал Рисунок 8 – Выходное напряжение Рисунок 9 – Выходной ток Вывод: Были определены параметры схемы однофазного выпрямителя с фильтром, работающего от питающей сети. На основании полученных данных были подобраны требуемые диоды, конденсатор и трансформатор. Получены характеристика «вход-выход». По характеристике был составлен график зависимости выходного напряжения от времени. |