Методика расчета однофазных выпрямителей переменного тока

 

Выпрямители являются вторичными источниками питания радиоэлектронной аппаратуры, для которых первичным источником электропитания является сеть переменного тока или выходная обмотка трансформатора. Выпрямители используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямители располагаются между трансформатором переменного напряжения и сглаживающим фильтром или стабилизатором напряжения и в основном работают на емкостную нагрузку.

Для выпрямления в настоящее время используются в основном полупроводниковые вентили (диоды). Существует три основных схемы однофазных выпрямителей: однополупериодная, двухполупериодная и мостовая (рис.6). Однополупериодную схему выпрямления применяют в основном при небольших мощностях нагрузки, когда не требуется малая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы равна частоте питающей сети переменного тока. Двухполупериодную схему используют при выходных мощностях до 100 Вт и напряжениях до 500 В. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока. Недостатком такой схемы является необходимость иметь две одинаковые обмотки трансформатора, а достоинством – наличие только двух выпрямляющих вентилей. Мостовая схема выпрямления характеризуется хорошим использованием энергии трансформатора и используется при выпрямлении больших мощностей (до 1000 Вт). Обратное напряжение на выпрямляющих вентилях в этой схеме в 2 раза ниже, чем в предыдущих схемах выпрямления. Кроме того, для такой схемы необходима только одна обмотка трансформатор Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока.

Входными данными для расчета выпрямителя на полупроводниковых вентилях, работающего на емкостную нагрузку являются:

- напряжение на выходе выпрямителя ;

- ток на выходе выпрямителя ;

- напряжение пульсаций на выходе выпрямителя .

Эти данные были получены при расчете сглаживающего фильтра или стабилизатора напряжения.

После расчета элементов выпрямителя получим данные для расчета трансформатора:

- напряжение на входе выпрямителя (напряжение вторичной обмотки трансформатора) ;

- ток на входе выпрямителя (ток вторичной обмотки трансформатора) .

Методика расчета однофазного выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку следующая.

1. Находим приблизительные значения обратного напряжения на вентиле , среднего тока, протекающего через вентиль и амплитудного значения тока , протекающего через вентиль, из приблизительных соотношений, которые зависят от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной или двухполупериодной схемы,

- для мостовой схемы выпрямления. (5.1)

- для однополупериодной,

- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.2)

- для однополупериодной,

- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.3)

 

По рассчитанным значениям , и с помощью приложения 6 выбирают выпрямительные диоды, так чтобы максимально допустимые значения обратного напряжения, среднего и амплитудного тока выпрямительного диода превышали рассчитанные значения.

2. Находим сопротивление нагрузки выпрямителя :

. (5.4)

3. Находим сопротивление обмотки трансформатора

. (5.5)

При этом большие значения относятся к менее мощным выпрямителям.

4. Находим приблизительное значение прямого сопротивления выпрямительного диода :

, (5.6)

где - постоянное прямое падение напряжения на диоде, которое выбирается из приложения 6.

5. Определяем активное сопротивление фазы выпрямителя в зависимости от заданной схемы выпрямления из соответствующих выражений:

- для мостовой схемы выпрямления,

- для одно- и двухполупериодной схем выпрямления. (5.7)

6. Определяем значение вспомогательного коэффициента в зависимости от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной схемы выпрямления,

- для двухполупериодной или мостовой схемы выпрямления. (5.8)

 

7. По графику рис.7а находим значения коэффициентов .

8.
Находим значение напряжения на входе выпрямителя (напряжение вторичной обмотки трансформатора) и ток вторичной обмотки трансформатора в зависимости от заданной схемы выпрямления:

, - для однополупериодной схемы выпрямления,

, - для двухполупериодной схемы выпрямления,

, - для мостовой схемы выпрямления. (5.9)

9. Уточняем значение обратного напряжения и амплитудного значения тока вентильного диода в зависимости от заданной схемы выпрямления:

, - для однополупериодной схемы выпрямления,

, - для двухполупериодной схемы выпрямления,

, - для мостовой схемы выпрямления. (5.10)

Полученные значения обратного напряжения и амплитудного значения тока через выпрямительный диод не должны превышать соответствующих табличных параметров для выбранного диода, т.е.

и , (5.11)

иначе необходимо выбрать более мощные диоды и провести расчет сначала.

10. Находим требуемый коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя :

. (5.12)

Полученное значение коэффициента пульсаций не должно превышать (0.1…0.15), в противном случае его принимают равным 0.15.

11. По графику рис.7б находим вспомогательный коэффициент .

12. Определяем необходимое значение емкости конденсатора выпрямителя в мкФ:

, (5.13)

и согласно приложению 2 выбираем номинальное значение емкости конденсатора фильтра.

13. Находим рабочее напряжение конденсатора фильтра :

, (5.14)

и выбираем требуемый тип конденсатора фильтра.

6. Для последующего расчета трансформатора используют следующие рассчитанные данные:

- напряжение вторичной обмотки трансформатора ;

- ток вторичной обмотки трансформатора .

7. Далее переходят к расчету трансформатора согласно методике раздела 6.