Неуправляемые выпрямити(Гл.4). Решение Температура перегрева полупроводника определяется выражением Пример 2

• Название: Решение Температура перегрева полупроводника определяется выражением Пример 2
• Дата: 28.09.2022
• Размер: 1.18 Mb.
• Имя файла: Неуправляемые выпрямити(Гл.4).doc
• Тип: Документы; #702542

Пример 4.1 Исходные данные: Потери в полупроводниковом приборе (например, вентиле) составляют P_а = 12 Вт. Учитывая трёхэлементную тепловую модель (полупроводник – корпус – радиатор – среда), тепловые сопротивления переходов составляют: полупроводник – корпус R_п-к= 0,1 ⁰С/Вт, корпус – радиатор R_к-р= 2⁰С/Вт, радиатор – среда R_р-с= 3,5⁰С/Вт и температура окружающей среды t_ок.ср.=20 ⁰С.

Определите температуру полупроводника в приборе (t_П).

Решение: Температура перегрева полупроводника определяется выражением:

Пример 4.2 Исходные данные: для трёхэлементной тепловой модели полупроводникового прибора (полупроводник – корпус – радиатор – среда ), тепловые сопротивления переходов составляют: R_п-к= 0,15 ⁰С/Вт, R_к-р= 1,8⁰С/Вт, R_р-с= 2,5⁰С/Вт, температура окружающей среды t_ок.ср.=20 ⁰С, ток имеет синусоидальную форму в однополупериодной схеме выпрямления, амплитуда тока I_{a m} = 45А, U_пор.= 0,8 В, R_дин.=1,5 ∙10^-3 Ом.

Определите температуру кремниевой пластины полупроводникового прибора (t_П).

Решение: Потери мощности в диоде P_а равны:



Температура перегрева полупроводника:



Пример 4.3 Исходные данные: Нарисунке 4.1 представлены временные зависимости напряжения Ud на выходах различных неуправляемых выпрямителей.

Рисунок 4.1– Временные зависимости выпрямленного напряжения

Определите среднее значение напряжения (постоянную составляющую) U0.

Решение: Среднеезначение напряжения для формы рисунка 4.1а равно: для формы рисунка 4.1б

, для формы рисунка 4.1в
Пример 4.4 Исходные данные: Параметры схемы замещения трёхфазного мостового выпрямителя следующие: U_0xx = 74 В; R_внут.=0,62 Ом; U _пор. =1,3 В. Нестабильность напряжения сети N₁= 0,1.
Определитесреднее значение напряжения на выходе с учётом нестабильности входного напряжения для граничных значений тока нагрузки I_0min= =5А; I_0max= 20А. Постройте семейство внешних характеристик.

Решение: Из уравнения для внешней характеристики рассчитаем значения напряжений в крайних точках а…е (рис.4.2), если число вентилей одновременно проводящих ток N_Д =2.

Рисунок 4.2– Семейство внешних характеристик

Пример 4.5 Исходные данные: Выпрямитель трёхфазного напряжения построен по мостовой схеме. Выходные параметры выпрямителя: U₀ = 24В, I₀ = 16А. Определите величины U₂ , U_m(1) , I₂ , I_а , U_обр , P_Т для идеализированного выпрямителя а также U_0ХХ и U_2ХХ , если учесть внутреннее сопротивление R_ВН =1,2 Ом и пороговое напряжение вентиля U_П =0,9 В.
Решение: Используя соотношения таблицы 4.1, найдём параметры выпрямительного устройства.

Таблица 4.1 – Основные соотношения в схеме выпрямления

Название схемы	p	U2/U0	UОБР/U0	I2/I0	Iа/I0	Um(1)/U0	PТ/P0
Трёхфазная двухтактная, (звезда – звезда)	6	0,43	1,05	0,82	0,58	0,057	1,05

Получаем ,

,

,

,

,

,

.

Из линейности внешней характеристики выпрямителя следует, что

Используя коэффициент выпрямления по напряжению из таблицы 4.1, получим

.

Пример 4.6 Исходные данные: имеется диодная сборка, схема которой приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3– Диодная сборка

Определите к каким зажимам диодной сборки необходимо присоединить источник, а к каким нагрузку для получения схемы однофазного мостового выпрямителя.

Решение: источник переменного тока необходимо подключить к точке соединения разноименных выводов диодов (А и К), к нагрузке же подключаются две различные группы (анодная и катодная). Можно использовать только часть диодов из сборки, как показано на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4– Реализация однофазного двухтактного выпрямителя на диодной сборке

Пример 4.7 Исходные данные: Все диоды схемы выпрямления рисунка 4.5 имеют одинаковые вольтамперные характеристики.



Рисунок 4.5– Схема однофазного двухтактного выпрямителя

Определите частоту первой гармоники пульсации на нагрузке выпрямителя, если частота сети равна .

Решение: При подаче положительной полуволны сетевого напряжения Uс диоды VD1 и VD5 находятся в открытом состоянии, положительная полуволна фазного напряжения проходит в нагрузку. В момент смены полярности сетевого напряжения происходит коммутация диодов VD3, VD4 и VD2. Из–за разного числа работающих диодов в форме выпрямленного напряжения меняется амплитуда напряжения на выходе, что приводит к пульсации напряжения с частотой сети (огибающая на рисунке 4.6).



Рисунок 4.6– Выпрямленное напряжение
Следовательно, частота первой гармоники пульсации напряжения на выходе выпрямителя равна .

Пример 4.8 Исходные данные: на рисунке 4.7 приведены схемы замещения неуправляемых выпрямителей, где VD – идеальный вентиль.



Рисунок 4.7– Схемы замещения выпрямителя
Задание: Расположите схемы в порядке возрастания выходного напряжения.

Решение: Рассчитаем уровни выходного напряжения для каждой схемы.

а) .

б) .

в) .

Таким образом, схемы следует расположить в порядке а , в , б.

Пример 4.9 Исходные данные: Однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель с выходными параметрами: Uo=30 В, Io=10А работает на активную нагрузку.

Определите минимально допустимые параметры вентиля (Uобр, Iпр) и выберите типовой вентиль из таблицы 4.2.

Таблица 4.2 – Основные характеристики некоторых силовых диодов [5]

Тип диода	Uобр макс, В	Iпр ср макс, А
1	3	5
1N5408	1000	30
40EPS12	1200	40
2Д213А	200	10
2Д213Б	200	10
2Д206А	400	5
2Д203А	420	10
2Д206Б	500	5
2Д203Б	560	10

Решение: Максимальная величина напряжения, прикладываемая к диодам в закрытом состояние равна амплитудному значению питающего напряжения: . Средний ток диода равен: . Выбираем полупроводниковый диод 2Д213Б из условия и .

Пример 4.10 Исходные данные: напряжение на входе мостового трёхфазного неуправляемого выпрямителя показано на рисунке 4.8.


Рисунок 4.8– Входное напряжение

Определите мгновенное напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя в момент времени t=t₁.
Решение: В схеме трёхфазного мостового неуправляемого выпрямителя в любой момент времени работает один диод из анодной группы, другой диод из катодной . К нагрузке, при этом, прикладывается линейное напряжение, которое в момент времени t=t₁ равно 150 В (рисунок 4.9).



Рисунок 4.9– Уровень выпрямленного напряжения U_d в момент t₁
Пример 4.11 Исходные данные: На вход идеального однофазного, мостового, неуправляемого выпрямителя подаётся напряжение U₂ (рисунок 4.10).



Рисунок 4.10 – Временная зависимость входного напряжения
Определите постоянную составляющую(U₀) напряжения на выходе.

Решение: При подаче на вход выпрямителя пилообразного двухполярного напряжения U₂, происходит его преобразование в однополярное (рисунок 4.11).



Рисунок 4.11– Временная зависимость выходного напряжения U_d

Его среднее значение равно: .

Пример 4.12 Исходные данные: На вход неуправляемого выпрямителя подается синусоидальное напряжение U₁ = 60 В .

Определите предельно возможное значение выпрямленного напряжения, если пульсность схемы выпрямления устремить в бесконечность ( ) .

Решение: .

Пример 4.13 Исходные данные: Внешняя характеристика выпрямителя имеет вид, представленный на рисунке 4.12.



Рисунок 4.12– Внешняя характеристика выпрямителя

Определите внутреннее сопротивление выпрямителя.

Решение: .

Пример 4.14 Исходные данные: имеется трёхфазный мостовой выпрямитель с выходным напряжением U₀=48 В.

Определить: Как изменится выходное напряжение U₀ если:

а) напряжение сети возрастёт в 1,2 раза;

б) частота сети возрастёт в 1,2 раза;

в) оборвётся одна из фаз на входе.

Решение: а) Выпрямленное напряжение прямо пропорционально входному напряжению: поэтому среднее значение выходного напряжения также увеличится в 1,2 раза (U₀=57,6 В).

б) Выпрямленное напряжение прямо пропорционально пульсности, которая не зависит от частоты входного напряжения, поэтому напряжение U₀=48 В не изменится.

в) При обрыве одной фазы (например, фазы b) из работы выйдут по одному элементу анодной и катодной групп, тогда получится однофазная мостовая схема выпрямления. Временные зависимости напряжения представлены на рисунке 4.13.



Рисунок 4.13– Временные зависимости входного и выходного напряжения выпрямителя

Таким образом, выходное напряжение U₀ находим через действующее линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора U₂ :

и далее .

Пример 4.15 Исходные данные: Имеется диодная сборка, схема которой приведена на рисунке 3.14.



Рисунок 4.14– Диодная сборка

Определите к каким зажимам следует подключить нагрузку для выпрямления трёхфазного напряжения с помощью этой диодной сборки.

Решение: Из рисунка видно, что VD2, VD3 и VD6 образуют катодную группу вентилей, VD1, VD4 и VD5 образуют анодную группу. Поэтому нагрузку следует подключить к 1(либо 3) и 2 (либо 4) выводам.

Пример 4.16 Исходные данные: имеется двухфазный однотактный выпрямитель (схема со средней точкой трансформатора). Число витков первичной обмотки W₁ , а число витков половины вторичной обмотки W₂ , при этом W₁=2W₂. Напряжение сети гармоническое, ток нагрузки I₀=10А.

Определите эффективное значение тока первичной обмотки трансформатора.

Решение: Величина тока во вторичной обмотке трансформатора определяется соотношением откуда находим



2.4 Тестовые задачи

2.4.1Схемы выпрямления расположите в порядке возрастания среднего значения выходного напряжения U₀ , если напряжение U₂



Г,б,а,в

2.4.2 Установите соответствие аномального режима форме выходного напряжения в трёхфазном однотактном выпрямителе с активной нагрузкой:

1) Обрыв одного диода Д 2) Асимметрия фазных напряжений А

3) Нарушение фазовых соотношений Б 4) Обрыв двух фаз Г

А) Б)



В) Г)



Д)



2.4.3Установите соответствиеформ токов и напряжений для однофазной мостовой схемы выпрямления с трансформатором на входе и активной нагрузкой.

1) Выходное напряжение Б 2) Обратное напряжение на вентиле А

3) Ток через вторичную обмотку трансформатора Д

4) Ток холостого хода трансформатора Г

А) Б)



В) Г)


Д)


2.4.4Эквивалентные схемы неуправляемых выпрямителей расположите в порядке возрастания выходного напряжения U0 (VD - идеальный вентиль)


1) Uo = 90- 90/(1+8)*1 = 80 B

2) Uo = 110- 110/(1+9)*1 = 99 В

3) Uo = 100 – 1 – (100-1)/(1+10)*1 = 90 D

4) Uo = 100 V А,В,Б,Г

а) .

б) .

в) .
2.4.5Схемы выпрямления расположите в порядке возрастания частоты первой гармоники пульсации



а) б)



в) г)
б,а,г,в

2.4.6 Соответствие схемы выпрямления форме тока через вентиль:

1) Трёхфазная двухтактная схема с активной нагрузкой; - В

2) Двухфазная однотактная схема с емкостной нагрузкой; - Д

3) Однофазная однотактная схема с активной нагрузкой; - Г

4) Трёхфазная однотактная схема с активной нагрузкой. -А
А) Б)


В) Г)



Д)


2.4.7Установите соответствие основных показателей выпрямителя (U₀, P₀ - напряжение и мощность в нагрузке, U₁, U₂ - напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора) аналитическим выражениям:
1) Среднее значение выпрямленного напряжения; - В

2) Коэффициент выпрямления;- Е

3) Число фаз выпрямления; - Б

4) Коэффициент использования трансформатора. - Г
А) Б) В) Г)

Д) Е)
2.4.8 Временные диаграммы расположите в порядке возрастания уровня среднего значения напряжения Г, Б, А,В

а	Uo = 0.5*(100-20)/1 = 40
б	Uo = 0.5*(100+(-10))/1 = 45
в	Uo = p/pi*Um*sinpi/p = 100*0.25*0.5141
г	Uo = (40-20)*0.5= 10

2.4.9 Соответствие диаграммы среднему значению напряжения, В



1) 2/3T*120/T =80 В

2) 80*0.3*0.5/0.5 = 24 А

3) 4/pi*120*sinpi/4 = 99.28 Д
2.4.10 Частота первой гармоники пульсаций при одинаковых диодах равна:

а	б	в	г	д

2.4.11Для повышения качества выпрямленного напряжения необходимо увеличивать …пульсность схемы выпрямления.

2.4.12 Среднее значение напряжения в вольтах равно



а) 45 б) 40 в) 35 г) 32 д) нет правильного ответа

2.4.13 В однофазном мостовом неуправляемом выпрямителе с активной нагрузкой и выходными параметрами: Uo=30 В, Io=10А минимально допустимые параметры вентиля (Uобр, Iа) должны быть:

а) 15В; 5А б) 22В; 5А в) 30В; 10А г) 30В; 5А

д) 48В; 10А е) 48В; 5А ж) 60В; 10А з) 60В; 5А.

30*1,57 = 47,1

0,5*10 = 5

2.4.14 Мгновенное значение напряжения на выходе трёхфазного мостового неуправляемого выпрямителя в момент времени t=t₁ равно



а) 0 б) 0,5 в) 1 г) 1,5 д) 2

2.4.15.При изменении характера нагрузки с активного на индуктивный, в однофазной мостовой схеме неуправляемого выпрямителя в форме выпрямленного напряжения (на входе фильтра):

а) ничего не изменится;

б) не будет провалов напряжения до нуля;

в) изменится частота первой гармоники пульсаций;

г) появятся отрицательные провалы напряжения;

д) появятся положительные всплески напряжения.
2.4.16Соответствие определения и характеристики выпрямителя:

1) коэффициент пульсаций; - В 2) коэффициент выпрямления по напряжению; - Е

3) пульсность; - Б 4) КПД. - Ж
А) число фаз выпрямления;

Б) отношение частоты питающего напряжения к частоте пульсации;

В) отношение амплитуды к- ой гармоники к средневыпрямленному значению напряжения;

Г) отношение полной мощности в нагрузке к потребляемой мощности;

Д) отношение реактивной мощности в нагрузке к потребляемой мощности;

Е) отношение средневыпрямленного значения напряжения к действующему; значению напряжения во вторичной цепи трансформатора;

Ж) отношение активной (полезной) мощности в нагрузке к потребляемой мощности.
2.4.17Уровень обратного напряжения на вентиле в схеме выпрямления с активной нагрузкой ( Um- амплитуда входного напряжения выпрямителя):



1) Б

2) Д 3) В

2.4.18 Соответствие коэффициента пульсаций напряжения схеме выпрямления:

1) Однофазная однотактная В pi/2 2) Двухфазная однотактная Д 2/2^2-1

3) Трехфазная однотактная Б 2/ 3^2-1 4) Трехфазная двухтактная Ж = 2/6^2-1
А) 1 Б) 0,25 В) 1,57 Г) 0,707 Д) 0,67 Е) 1,41 Ж) 0,057
2.4.19Соответствие частоты первой гармоники пульсаций (Гц) схеме выпрямления при частоте сети 50 Гц:

1) Однофазная однотактная В 2) Однофазная двухтактная Б

3) Трехфазная однотактная Г 4) Трехфазная двухтактная А
А) 300 Б) 100 В) 50 Г) 150 Д) 350
2.4.20 Внешняя характеристика выпрямителя имеет вид, представленный на рисунке. Внутреннее сопротивление выпрямителя равно:


а) 2 б) 0,2 в) 1 г) -2 д) -0,2 е) Нет верного ответа
24-22/5-15 = -0.2

2.4.21Под средневыпрямленным напряжением понимается высота прямоугольника, эквивалентного по площади кривой, описывающей выпрямленное напряжение за период повторения данной кривой.

2.4.22 На вход идеального неуправляемого однофазного мостового выпрямителя подаётся напряжение U₂. Величина постоянной составляющей на выходе (вольт), равна: 50*pi/2/pi г


а) 100 б) 75 в) 50 г) 25 д) 0
2.4.23Подключение обратного вентиля в однофазном, однотактном, неуправляемом выпрямителе с активно-индуктивной нагрузкой приведет к тому, что:

а) частота пульсаций увеличится в 2 раза;

б) ничего не изменится;

в) увеличится интервал времени отдачи энергии в первичную сеть;

г) исчезнет отрицательный (положительный) выброс;

д) появится положительный выброс напряжения.
2.4.24 Имеется трехфазный мостовой выпрямитель. При возрастании напряжения сети в 1,2 раза среднее значение выходного напряжения Uн:



А) уменьшится в 1,2 раза;

Б) не изменится;

В) увеличится в 1,2 раза;

Г) уменьшится в ·1,2 ;

Д) увеличится в ·1,2 .
2.4.25 Для выпрямления трёхфазного напряжения с помощью диодной сборки нагрузку следует подключить:


а) один конец только к 1, второй только к 3;

б) только к 3 и 4;

в) один конец только к 1, второй к 2 или 4;

г) один конец только к 2, второй только к 4;

д) только к 1 и 2;

е) один конец к 1 или 3, второй к 2 или 4;

ж) один конец только к 2, второй к 1 или 3.
2.4.26Максимально возможное обратное напряжение на вентиле равно:


а) Um/2 б) Um в) 3Um/2 г) 2Um д) 4Um
2.4.27Установите соответствие схемы выпрямления значению пульсности (числа фаз выпрямления):

А) Трехфазная двухтактная; 6 Б) Трехфазная однотактная; 3

В) Однофазная однотактная; 1 Г) Двухфазная однотактная. 2
1 2 3 4 5 6
2.4.28Установите соответствие схемы выпрямления и относительного ( к периоду сети) времени протекания тока во вторичной цепи трансформатора:

А) Однофазная однотактная; 1/2 Б) Трехфазная однотактная; 1/3

В) Однофазная двухтактная; 1 Г) Трехфазная двухтактная. 2/3
1/6 1/3 1/2 2/3 1 2
2.4.29 При неправильном подключении диода VD1 в схеме выпрямления возникает …короткозамкнутый контур, что приводит к выгоранию диодов катодной группы.



2.4.30 В момент времени t₃ происходит перекоммутация с VD₂ на VD 4…


2.4.31 Для выравнивания обратных напряжений в маломощных выпрямителях, последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, в выпрямителях большой мощности для этих целей применяют...конденсаторы