Расчёт однофазного однополупериодного выпрямителя.. ргр 4 эл.тех.. Задача Расчёт однофазного однополупериодного выпрямителя

• Название: Задача Расчёт однофазного однополупериодного выпрямителя
• Анкор: Расчёт однофазного однополупериодного выпрямителя
• Дата: 20.01.2023
• Размер: 1 Mb.
• Имя файла: ргр 4 эл.тех..docx
• Тип: Задача; #896336

Задача № 1. Расчёт однофазного однополупериодного выпрямителя.
Требуется: рассчитать параметры однофазного однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку. В состав выпрямителя входят идеальный трансформатор и диоды. Частота питающего напряжения f_с равна 50 Гц.

При решении задачи требуется:

1. Изобразить схему выпрямления и графики временных диаграмм вторичного напряжения трансформатора U₂(t), напряжения нагрузки u_н(t), тока нагрузки i_н(t) выпрямителя.

2. Определить расчётные параметры трансформатора: действующие значения токов I₁, I₂ и напряжения в первичной U₁ и вторичной U₂ обмотках трансформатора, коэффициент трансформации n, типовую мощность трансформатора S_тр.

3. Определить расчётные параметры диодов выпрямителя: величины действующего I_пр и среднего I_пр.ср значений выпрямленного тока, проходящего через каждый вентиль в прямом направлении; амплитуду обратного напряжения U_oбр.max, приложенного к вентилю в непроводящий период.

4. Подобрать наиболее подходящий к расчётным параметрам тип полупроводниковых диодов.


Решение:

1. 
   Схемы выпрямления и графиков временных диаграмм.
   

Рис. 1 — Структурная схема однофазного выпрямительного устройства.



Рис. 2 — Схема, временные диаграммы U₂(t) трансформатора, u_н(t) и i_н(t) однополупериодного выпрямителя.

Таблица 1.



2. Расчёт параметров трансформатора для однополупериодного выпрямителя:

Исходные данные представлены в таблице 1.



Тогда по определению коэффициента трансформации его значение:



Ток i_нt является током вторичной обмотки трансформатора:



Поэтому действующее значение этого тока:



В идеальном трансформаторе токи связаны через коэффициент трансформации , тогда

А.

Типовая мощность трансформатора:

Вт.

Таким образом, расчётные параметры для выбора трансформатора:

В; В; ;

А; Вт.

3. Определение параметров диода.

А;

В.

Учитывая необходимый запас в 30%:

А;

В.

4. Оптимальным вариантом является диод КД202Г:

.

.
Задача №2. Расчёт однофазного двухполупериодного выпрямителя мостовой схемы.
Исходные данные к расчёту приведены в таблице 2.

Требуется: Рассчитать параметры однофазного двухполупериодного выпрямителя мостовой схемы, содержащего идеальные трансформатор и диоды и работающего на активную нагрузку. Частота питающего напряжения равна 50 Гц.

При решении задачи требуется:

1. Изобразить принципиальную электрическую схему выпрямителя, временные диаграммы вторичного напряжения трансформатора U₂(t), напряжения нагрузки U_н(t), тока нагрузки i_н(t). Описать порядок работы схемы выпрямления.

2. Определить расчётные параметры трансформатора: действующие значения токов I₁, I₂ и напряжения в первичной U₁ и вторичной U₂ обмотках трансформатора, коэффициент трансформации n, типовую мощность трансформатора S_тр.

3. Определить расчётные параметры диодов выпрямителя: величины действующего I_пр и среднего I_пр.ср значений выпрямленного тока, проходящего через каждый вентиль в прямом направлении; амплитуду обратного напряжения U_oбр.max, приложенного к вентилю в непроводящий период.

4. Подобрать наиболее подходящий к расчётным параметрам тип полупроводниковых диодов.

Решение:

1. Схемы выпрямления и графиков временных диаграмм.

Рис. 3 – Последовательное включение полупроводниковых диодов

Рис. 4 – Схема, временные диаграммы U2(t) трансформатора, uн(t) и iн(t) мостового выпрямителя.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузочный резистор R_н. Каждая пара диодов (Д₁, Д₃ и Д₂, Д₄) работает поочередно. Диоды Д₁, Д₃ открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора u₂ (интервал времени 0 – T/2), когда потенциал точки a выше потенциала точки b. При этом в нагрузочном резисторе R_н появляются токи i_н. В этом интервале диоды Д₂, Д₄ закрыты.

В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени T/2 -T) потенциал точки bвыше потенциала точки a, диоды Д₂, Д₄ открыты, а диоды Д₁, Д₃ закрыты. В оба полупериода, ток через нагрузочный резистор R_н имеет одно и то же направление.
Таблица 2.


2. Расчёт параметров трансформатора для двухполупериодного выпрямителя:

Исходные данные представлены в таблице 2.

В.

Тогда по определению коэффициента трансформации его значение:



Ток i_нt является током вторичной обмотки трансформатора:



Поэтому действующее значение этого тока:

А.

В идеальном трансформаторе токи связаны через коэффициент трансформации , тогда

А.

Типовая мощность трансформатора:

Вт.

Таким образом, расчётные параметры для выбора трансформатора:

В; В; ;

А; Вт.

3. Определение параметров диода.

А;

В.

Учитывая необходимый запас в 30%:

А;

В.

4. Оптимальным вариантом является диод КД202Г:

.

A.

Задача № 3. Расчёт параметров двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки трансформатора.
Исходные данные к расчёту приведены в таблице 3.

Требуется: Рассчитать параметры однофазного двухполупериодного выпрямителя мостовой схемы, содержащего идеальные трансформатор и диоды и работающего на активную нагрузку. Частота питающего напряжения равна 50 Гц.

При решении задачи требуется:

1. Выполнить пункты 1-4 из Задачи № 2.

Решение:

1.

Рис. 5 – Схема, временные диаграммы U₂(t) трансформатора, u_н(t) и i_н(t) выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.
Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на один и тот же нагрузочный резистор R_н. В каждый из полупериодов напряжения u_ab работает либо верхняя, либо нижняя часть выпрямителя. Когда потенциал точки a выше потенциала средней точки О (интервал времени 0 – T/2), диод Д₁ открыт, диод Д₂ закрыт, так как потенциал точки b ниже потенциала точки О. В этот период времени в нагрузочном резисторе R_н появляется ток i_н. В следующий полупериод напряжения u_ab (интервал времени T/2 – T) потенциал точки b выше, а потенциал точки a ниже потенциала точки О. Диод Д₂ открыт, а диод Д₁ закрыт. При этом ток в нагрузочном резисторе R_н имеет то же направление, что и в предыдущий полупериод. При одинаковых значениях напряжений U_2a и U_2b эти токи будут равны.


Таблица 3.


2. Расчёт параметров трансформатора для двухполупериодного выпрямителя:

Исходные данные представлены в таблице 3.

В.

Тогда по определению коэффициента трансформации его значение:



Ток i_нt является током вторичной обмотки трансформатора:



Поэтому действующее значение этого тока:

А.

В идеальном трансформаторе токи связаны через коэффициент трансформации , тогда

А.

Типовая мощность трансформатора:

Вт.

Таким образом, расчётные параметры для выбора трансформатора:

В; В; ;

А; Вт.

3. Определение параметров диода.

А;

В.

Учитывая необходимый запас в 30%:

А;

В.

4. Оптимальным вариантом является диод КД202Г:

.

A.

Задача № 4. Расчёт параметров двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки трансформатора.
Требуется: рассчитать параметры трёхфазного выпрямителя с нейтральным выводом, работающего на активную нагрузку. Трёхфазный трансформатор и диоды считаются идеальными. Частота питающего напряжения Гц. Исходные данные приведены в табл. 2.

При решении задачи требуется:

1. Изобразить принципиальную электрическую схему выпрямителя, графики вторичных фазных напряжений трансформатора U_2a(t), U_2b(t), U_2c(t); напряжения U_н(t) и тока I_н(t) нагрузки выпрямителя. Кратко описать принцип работы схемы выпрямителя.

2. Выполнить пункты 2-4 из Задачи № 2.

Решение:

1. Схемы выпрямления и графиков временных диаграмм.



Рис. 6 – Схема, временные диаграммы напряжений и токов трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом.

В трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом входят: трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каждую из фаз трансформатора, и нагрузочный резистор R_н.

Диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток более положителен, чем двух других. Выпрямленный ток в нагрузочном резисторе R_н создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз: i_н=i_a+i_b+i_c.
Таблица 4.


1. Расчёт параметров трансформатора для двухполупериодного выпрямителя:

Исходные данные к расчёту приведены в таблице 4.

В.

Тогда по определению коэффициента трансформации его значение:



Ток i_нt является током вторичной обмотки трансформатора:



Поэтому действующее значение этого тока:

А.

В идеальном трансформаторе токи связаны через коэффициент трансформации , тогда

А.

Типовая мощность трансформатора:

Вт.

Таким образом, расчётные параметры для выбора трансформатора:

В; В; ;

А; Вт.

2. Определение параметров диода.

А;

А;

В.

Учитывая необходимый запас в 30%:

А;

В.

9,68 А.

Оптимальным вариантом являются диод Д212 или Д242А:

А;

В.

Задача № 5. Выбор сглаживающего фильтра.

Для заданной схемы выпрямления, работающей от сети с частотой питающего напряжения Гц на нагрузку R_н и заданного коэффициента пульсации напряжения на выходе сглаживающего фильтра p_вых определить:

1. Возможно ли обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации p_вых ёмкостным фильтром, который будем считать приемлемым для реализации по габаритам, массе, стоимости, если ёмкость его конденсаторов не превышает величины 1000 мкФ.

2. Возможно ли обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации p_вых индуктивным фильтром, который будем считать реализуемым, если величина его индуктивности не превышает 5 Гн.

3. Возможно ли обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации p_вых LC-фильтром при указанных предельных значениях ёмкости и индуктивности, приемлемых для реализации.

4. Описать принцип действия и порядок работы реализуемого фильтра.
Таблица 5.

№ личного варианта	Схема выпрямителя	, Ом			, Гц	q
1	Однофазная, однополупериодная	5	0,314	1,57	50	5

1. Расчёт параметров трансформатора сглаживающих фильтров.

1. Ёмкостной фильтр:

Исходные данные приведены в табл. 5.

;

мкФ;

< 1000, следовательно, данный фильтр позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации .

2. Индуктивный фильтр:

;

Гн;

< 5, следовательно, данный фильтр позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации .

3. Индуктивно-ёмкостной фильтр:

;

мкГн Ф;

< 5 1000, следовательно, данный фильтр позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента пульсации .

4. Описание принципа действия и порядка работы реализуемого фильтра.
Выбор следует остановить на индуктивно-ёмкостном фильтре, так как ёмкостный и индуктивный работают на высокоомные нагрузочные устройства, что в текущем случае не соответсвует действительности (R_н=5 Ом).


Рис. 7 – Схема Г-образного LC-фильтра.
Г-образные фильтры являются простейшими многозвенными фильтрами. Этот фильтр может быть LC-типа (рис. 7). Их применяют тогда, когда с помощью однозвенных фильтров не выполняется предъявляемое к ним

требование с точки зрения получения необходимых коэффициентов

сглаживания. Эти фильтры, являясь более сложными по сравнению

с однозвенными, обеспечивают значительно большее уменьшение

коэффициента пульсаций.

Снижение пульсаций LC-фильтром объясняется совместными

действиями индуктивной катушки и конденсатора. Снижение переменных составляющих выпрямленного напряжения обусловлено как сглаживающим действием конденсатора С_ф, так и значительным падением переменных составляющих напряжения на дросселе L_Ф. В то же время постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует сколько-нибудь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя. С учетом рекомендаций по выбору значений С_ф и L_Ф изложенных ранее, выражение для коэффициента сглаживания LC-фильтра можно записать в виде.

(1)

Оно позволяет рассчитать параметры этого фильтра по заданному значению коэффициента сглаживания:


В расчетах по формулам (1) одним из параметров (индуктивностью или емкостью) элементов фильтра задаются исходя из габаритов, массы и стоимости элементов.

В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузочного

резистора составляет несколько килоом, вместо дросселя L_Ф включают R_Ф, что существенно уменьшает массу, габариты и стоимость фильтра. При выборе на резисторе R_Ф создается значительно большее падение напряжения от переменных составляющих выпрямленного тока, чем на резисторе R_H. Если выбрать значение R_Ф из соотношения , то падение постоянной составляющей напряжения на резисторе R_Ф будет минимальным. В итоге доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении по отношению к постоянной составляющей на нагрузочном резисторе R_Ф значительно уменьшается. Коэффициент сглаживания для Г-образного фильтра определяется из выражения

.

120301-ПБ


Полевой В.Е.

Барсуков Д.П.

РГР-4