однофазного и трехфазного тока

Тема практического занятия: «Расчет параметров выпрямительных устройств».

 

Трехфазный двухполупериодный выпрямитель, подключенный ко вторичной обмотке трехфазного трансформатора с характеристиками: 6,6 кВ/415 В, 50 Гц должен обеспечить ток нагрузки 200 А при напряжении питания 460 В.

Определить:

1) Угол включения тиристоров α;

2) Мощность в нагрузке;

3) Линейный переменный ток;

4) Среднеквадратическое значение тока тиристора.

Решение

1) Угол включения тиристоров V₀= 1,35V₁cosα$ 460=1,35×415cosα,

Cosα=0,82,

α=34,9˚

2) Мощность в нагрузке

P₀ = V ₀ I_d =460×200=92 кВт.

3) Линейный переменный ток

I = √2/3 I_d = √2/3×200 = 163,3 A.

4) Среднеквадратическое значение тока тиристора

I_sRMS = I_d /√3 = 200/√3 = 173,2 A.

 

 

Раздел 2. Особенности работы реальных выпрямителей

И ведомых сетью инверторов

 

Тема практического занятия: « Расчет выпрямителя со сглаживающим фильтром».

Определить коэффициент сглаживания LR -фильтра, подключенного к выходу двухполупериодного выпрямителя с частотой f `= 50 Гц, если ток в нагрузке сопротивления R_Н =15 Ом должен быть равен 1,5 А. обмотка дросселя фильтра с числом витков w = 300 выполнена из меди проволоки D = 0,6 мм и длиной 50 м и расположена на магнитопроводе из литой стали сечением 4 ∙10^-4 м² и длиной l = 0,1 м.

Решение

Коэффициент сглаживания к _СLR =

Активное сопротивление дросселя, включенного последовательно с нагрузкой R_Н =15 Ом, равно R = ρ_уд l / S =ρ_уд4 l /π d ²=0,0188∙50∙4/π∙0,36=3,3 Ом.

Следовательно, активное сопротивление цепи R= 15+3,3 = 18,3 Ом.

Индуктивность катушки определяется по формуле L =w²/R_µ=w²µS/l_ср.

Напряженность поля Н = Iw / l _ср=300/0,1=3000 A/м.

Индукция в данном случае В =1,45 Тл.

Следовательно µ_а=1,45/3000=4,5∙10^-4 Гн/м, а L=300²∙4,5∙10^-4 ∙4∙10^-4/0,1=0,16 Гн.

Подставляя полученные значения R_Н и L в исходную формулу, находим к _СLR=5,7

4. Блок контроля освоения дисциплины

Общие указания

 

Блок контроля освоения дисциплины включает:

 

Задание на курсовой проект и методические указания к его выполнению

Порядок выбора индивидуального задания указан в «Методических указаниях к выполнению курсового проекта» на с.74.

 

Блок тестов текущего контроля

Приводятся тесты текущего контроля по каждой из основных тем дисциплины. После работы с этими тестами можно проверить ответы – они приведены на с. 96.

Студенты, обучающиеся с элементами ДОТ, проходят контрольное тестирование на учебном сайте. Время ответа и число попыток ответа на контрольный тест ограничены.

 

Итоговый контроль

Семестр завершается сдачей зачета и экзамена.

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Выполнение курсового проекта предусматривает расчет выпрямителя малой или средней мощности. В ходе выполнения курсового проекта необходимо выполнить:

1.Выбор схемы выпрямления и типа вентиля.

2.Разработку конструкции трансформатора.

3.Вычисление электрических параметров выпрямителя.

4.Проведение расчета сглаживающего фильтра.

5.Определение исходных данных к расчету трансформатора.

 

Исходными данными для выполнения расчета выпрямительного устройства являются значения выпрямленного напряжения U_d, тока нагрузки I_d, коэффициента пульсации k_п.

 

Исходные данные к расчету следует брать из таблицы в соответствии с номерами студенческого билета.

 

Таблица

Исходные данные

 

Шестая цифра шифра
Ud, В	-24	+24	-48	+60	-60	+120	+160	-200	+220	-240
Пятая цифра шифра
Id, A
Четвертая цифра шифра
kп	0.05	0.025	0.04	0.08	0.01	0.015	0.06	0.035	0.03	0.02

 

При расчете выпрямителя значение напряжения питающей сети U_с берется, исходя из следующих соображений:

в том случае, если значение мощности в нагрузке Р_d = U_d×I_d превышает 1 кВт, то питание выпрямителя следует осуществлять от трехфазной сети переменного напряжения, т.е. U_с = 380/220 В с частотой f_с = 50 Гц, а во всех остальных случаях при Р_d < 1 кВт расчет ведется для однофазной сети U_c = 220 В с частотой f_c = 50 Гц.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

1. ВЫБОР СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЕЙ

 

Выпрямительные устройства, применяемые для электропитания оборудования, строятся по схеме, представленной на рис. 1.

 

 

Uc --------------------- U2 ---------------------------- Uох ------------------------------- Ud

---->¦ Трансформатор---> ¦ Схема выпрямления ---> ¦ Сглаживающий фильтр -->

--------------------- ---------------------------- -------------------------------

 

Рис. 1. Структурная схема выпрямительного устройства

 

Основным элементом этой схемы является схема выпрямления, поскольку от ее выбора зависит расчет параметров трансформатора и сглаживающего фильтра. На рис. 2 представлены основные схемы выпрямительных устройств. Выбор конкретной схемы выпрямления следует осуществлять на основе анализа исходных данных к расчету U_c, U_d, I_d и k_п и величины выходной мощности выпрямителя P_d = U_d×I_d, а также рекомендаций, приведенных в табл. 1.

 

Таблица 1

Технические характеристики схем выпрямления

при индуктивно-активном характере нагрузки

 

Схема выпрямления	Область предпочтительного использования
Однофазная со средней точкой (рис. 2, а)	Рd < 1 кВт; Ud < 500-600 В; Id =1-100 А
Однофазная мостовая (рис. 2, б)	Pd < 1 кВт; Ud =10-1000 В; Id =1-100 A
Трехфазная со средней точкой (рис. 2, в)	Pd ³1 кВт; Ud < 100 В; Id > 10 A
Трехфазная мостовая (рис. 2, г)	Pd ³1 кВт; Ud < 20 кВ; Id =0.1-10000 A

 

Для выбранной схемы выпрямления определение типа вентиля производится по приближенным формулам, приведенным в табл. 2.

 

Рис. 2. Основные схемы выпрямительных устройств

Таблица 2

Сводная таблица формул для выбора типа вентиля

 

Схема выпрямления	m ^*	Iср	U обр.max
Однофазная со средней точкой (рис. 2, а)		Id/2	p× Ud
Однофазная мостовая (рис. 2, б)		Id/2	p/2× Ud
Трехфазная со средней точкой (рис. 2, в)		Id/3	2.1× Ud
Трехфазная мостовая (рис. 2, г)		Id/3	1.05× Ud

 

^* m - отношение частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте сети.

 

В качестве вентиля выбирается такой, у которого допустимое обратное напряжение вентиля U_{о бр.доп} было бы больше обратного напряжения в выбранной схеме выпрямления U _обр.max, а допустимый прямой ток вентиля I _ср.доп. равен или больше среднего значения тока I _ср., протекающего через вентиль, т.е. I _ср. доп. ³ I _ср.

Выбор конкретного типа диода производится по справочникам.

В том случае, если по величине обратного напряжения, действующего в схеме, не удалось подобрать соответствующий диод, то в каждое плечо схемы выпрямления следует включать N последовательно соединенных диодов. Количество таких диодов в плече определяется соотношением

 

N ³ U _обр. _max / U _{обр.доп}, (1)

 

где U _{обр.доп} - максимально допустимое обратное напряжение диода выбранного типа.

Для равномерного распределения обратного напряжения на диодах их следует шунтировать резисторами R_ш, как показано на рис. 3,а.

Сопротивление каждого такого резистора рассчитывается по формуле

 

R_ш = U _{обр.доп} /(N ×I_R), [ Ом ], (2)

 

в которой I_R = (2…5) I _обр. _max - ток через резистор R _ш, а I _обр. _max - максимальный обратный ток диода.

 

Рис. 3. Последовательное и параллельное включение диодов

 

Кроме выравнивания обратного напряжения на последовательно включенных вентилях в установившемся режиме необходимо выравнивать обратное напряжение и в динамическом режиме (при коммутациях вентилей и включении выпрямителя). В этом случае коэффициент деления обратного напряжения между последовательно включенными вентилями определяется их барьерными емкостями. Для выравнивания в этом случае применяются реактивные делители напряжения (рис. 3, б), в которых величина емкости С_ш определяется из соотношения

C _ш = (5...10)× Сб, [ Ф ] (3)

где Сб - барьерная емкость вентиля.

Сопротивление R _ш служит для ограничения броска тока при заряде емкости С _ш.

В том случае, когда не удается подобрать вентили по допустимому значению прямого тока, используют параллельное соединение диодов, как показано на рис. 3, в, г. Для обеспечения равномерного распределения токов между параллельно включенными диодами в маломощных выпрямительных устройствах включаются резисторы R_п (рис. 3, в) или берутся вентили с запасом по среднему току (20-30%), а в мощных, когда P_d >1кВт, - токовыравнивающие реакторы L _п (рис. 3, г). Значение каждого из сопротивлений резисторов R _п определяется по формуле:

R _п= N *× U_R / I _ср., [ Ом ], (4)

в которой U_R ³ (2..5) U _пр.;

U _пр. - постоянное прямое напряжение диода;

N * - число параллельно включенных диодов в каждом плече выпрямителя, определяемое по выражению

N* ³ I _ср./ I _ср._доп. (5)

Значение индуктивности токовыравнивающих реакторов L_v, расположенных на одном магнитопроводе, рассчитывается по формуле:

 

, [ Гн ] (6)

 

Результаты проведенного выбора схемы выпрямления и типа вентиля следует занести в табл. 3.

Таблица 3

 

Схема выпрямления	m	I ср, А	U обр. max, В	Тип вентиля	U обр.доп., В	I ср.доп., А

 

U пр, В	IR, A	UR, В	N	N^*	R ш, Ом	R п, Ом	C ш, Ф	Lv, Гн

 

Дальнейший расчет схемы выпрямления необходимо проводить с учетом активного и реактивного сопротивлений трансформатора, которые оказывают существенное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.

 

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

 

При разработке конструкции трансформатора особое внимание следует обратить на вид сети, от которой питается выпрямитель, а также на его мощности. В том случае, если трансформатор выпрямителя питается от однофазной сети (U _c=220 В) с мощностью в нагрузке 1-100 ВА при напряжениях U_d < 1 кВ, то предпочтение следует отдать броневому типу магнитопровода (рис. 4, б). Уступая стержневым (рис. 4, а) по удельной мощности на единицу массы и объема, броневые трансформаторы имеют одну катушку, что существенно упрощает конструкцию.

При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен ВА лучшие результаты обеспечивают стержневые магнитопроводы. Стержневые трансформаторы имеют две катушки, разнесенные по стержням. Достоинствами стержневого трансформатора являются:

- малая индуктивность рассеяния вследствие размещения половинного числа витков на каждой катушке и меньшей толщины намотки;

- меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как меньше средняя длина витка обмотки;

- значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех в обеих катушках трансформатора противоположны и взаимно уничтожаются.

а) б)

 

Рис. 4. Конструкции однофазных магнитопроводов:

а) - стержневые ленточные ПЛ, ПЛМ;

б) - броневые ленточные ШЛ, ШЛМ

 

а) б)

 

 

Рис. 5. Конструкции трехфазных магнитопроводов:

а) - пластинчатые ТП; б) - ленточные ТЛ

При питании выпрямителей от трехфазной сети (U_c = 380/220 B) используют трехфазные трансформаторы, у которых катушки расположены на каждом из трех стержней. Для изготовления таких трансформаторов используют магнитопроводы пластинчатого и ленточного типа, как показано на рис. 5.

Для трансформаторов разработан унифицированный ряд магнитопроводов ленточного типа для мощностей менее 1 кВт. Основываясь на вышеизложенном с учетом обеспечения желаемых технических показателей, выбирается тип магнитопровода по табл. 4. Данные приведены для стали Э411, толщина стали D =0.35 мм.

 

Таблица 4

 

Магнитопровод	Параметры	Суммарная мощность вторичной обмотки Рd, ВА
		150...300	300...1000	1000...2500
Броневой
ШЛ	Вm *, Тл	1,65	1,65	-
ШЛМ	j, А/мм^2	2,4-2,3	2,7-1,8	-
	kо	Ud < 100,В	0,32-0,34	0,34-0,38	-
		Ud = 10 ^2..10^3,В	0,27-0,3	0,3 - 0,33	-
Стержневой
ПЛ	Bm *, Тл	1,6	1,6	1,6
ПЛМ	j, А/мм^2	3,0-2,4	2,4-1,7	1,7-1,4
ТЛ	kо	Ud < 100,В	0,29-0,3	0,7-0,35	0,35
		Ud = 10 ^2..10^3,В	0,25-0,3	0,3	0,3

 

· - значения магнитной индукции B_m, указанные в таблице, являются максимально допустимыми и при проведении расчета их следует уменьшать.

 

Для выбранного типа магнитопровода трансформатора из табл. 4 определяются значения магнитной индукции B_m; плотности тока в обмотках j; коэффициента заполнения окна магнитопровода ko. Далее из табл. 5 для выбранной изоляции берется значение коэффициента заполнения сталью магнитопровода kc.

 

Таблица 5

 

Конструкция магниторовода	Изоляция пластин или ленты	Коэффициент заполнения магнитопровода kс при толщине стали D =0.35 мм
Пластинчатая	Лак Фосфатная пленка	0.9 0.94
Ленточная	Лак, эмаль	0.93

 

Разработанное конструктивное решение трансформатора устанавливает число стержней S, на которых расположены обмотки, а способы расположения первичной и вторичной обмоток на стержнях определяют значения коэффициента Kd. При S =2 витки вторичной обмотки расположены на двух стержнях трансформатора и катушки соединены последовательны, в этом случае для мостовых схем Kd= 0,5, а во всех остальных случаях Kd= 1.

После завершения разработки конструкции трансформатора все результаты следует свести в табл. 6.

Таблица 6

 

Тип и материал магнитопровода	Bm, Тл	j, А/мм^2	ko	kc	S	Kd

 

Сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки R _T, и индуктивность рассеяния обмоток L_S, вычисляются по следующим формулам:

, [ Ом ] (7)

 

, [ Гн ], (8)

 

где k_R и k_L - коэффициенты, зависящие от схемы выпрямления, значения которых определены в табл. 8.

 

 

3. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

Расчет напряжения холостого хода выпрямителя U_ox производится по формуле:

U_ox = U_d + I_d (K1× R_T + K2 ×2×p× f _c× L_s) + K3× N × U_{п р} + U_D, [ В ], (9)

где K1, K2 и K3 - коэффициенты, значения которых для выбранной схемы выпрямления берутся из табл. 8,

U_D - падение напряжения на дросселе фильтра.

Значение постоянного прямого напряжения на вентилях U _пр следует брать из табл. 6.

В связи с тем, что на данном этапе расчета невозможно точно определить падение напряжение на дросселе сглаживающего фильтра, следует вычислить его ориентировочное значение в зависимости от величины P_d = U_d× I_d по формуле

U_D = K4× U_d, [ B ], (8.10)

где K4 - коэффициент, значения которого берутся из табл. 7.

 

Таблица 7

Ориентировочные значения коэффициента K4

 

Значения Рd, Вт	К4 (для fс = 50 Гц)
10... 30	0.2...0.14
30... 100	0.14...0.1
100... 300	0.1...0.07
300... 1000	0.07...0.05
1000... 3000	0.05...0.035
3000...10000	0.035...0.025
10000...30000	0.025...0.018

 

 

Таблица 8

Сводная таблица коэффициентов для расчета

 

Коэффициенты	Схемы выпрямителей
	Однофазная со средней точкой (рис.8.2, а)	Однофазная мостовая (рис.8.2, б)	Трехфазная со средней точкой (рис.8.2, в)	Трехфазная мостовая (рис.8.2, г)
kR		5.2	6.6	7.5
kL	5.5×10^-3	6.4×10^-3	3.3×10^-3	1×10^-3
K 1
K 2
K 3
K 5	3.14	1.57	2.1	1.05

 

По найденному значению U _ох уточняем величину обратного напряжения на диоде для выбранной схемы выпрямления по формуле U _обр.max = К5 × U _ох, в которой значение К5 определяется из табл. 8, и проверяем правильность выбора типа вентиля. В том случае, если уточненное значение обратного напряжения будет превосходить допустимое на вентиле, то следует воспользоваться рекомендациями, изложенными в разд. 1. и провести уточнение в расчетах. Результаты проведенных вычислений следует занести в табл. 9.

Таблица 9

 

Рассчитываемые величины	RT, Ом	LS, Гн	Uох, В
Результаты вычислений

 

4. РАСЧЕТ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА

 

Расчет сглаживающего фильтра следует начинать с определения коэффициента сглаживания q _ф из соотношения:

, (11)

в котором k’_п и k_п - соответственно коэффициенты пульсаций на входе и выходе сглаживающего фильтра для основной гармоники пульсаций; U’_{m (1)}, U_{m (1)}- амплитуды основной гармоники пульсаций на входе и выходе фильтра, соответственно; U’_d,U_d - постоянные составляющие напряжения на входе и выходе фильтра, соответственно.

Значение k_п для вычисления коэффициента сглаживания q _ф берется из задания (см. табл. 1), а значение k’_п определяется из графиков, приведенных на рис. 6 для предварительно рассчитанного значения угла коммутации g из выражения:

 

1 - cos g = 2 I _d× m × f_c × L_s / U _ox (12)

 

 

Рис. 6. Зависимость коэффициента пульсации k’_п от угла коммутации g

В том случае, если q _ф ³20, то в качестве сглаживающего фильтра целесообразно применять не однозвенный, а многозвенный фильтр, состоящий из n Г-образных LC фильтров (см. рис.).

 

 

Рис. 7. Многозвенный сглаживающий фильтр

 

Выбор числа LC звеньев n следует проводить, исходя из минимума его суммарной индуктивности (L _S = L 1 + L 2 +...+ Ln) и его суммарной емкости (С _S = С 1+ С 2 +...+ Сn), используя для этого выражение

 

n _опт = 1.15 lg q _ф (13)

 

В этом случае коэффициент сглаживания такого фильтра будет определяться из выражения

(14)

 

Если все звенья фильтра состоят из одинаковых элементов (L 1 =... = Ln = L _ЗВ; C 1 =... = Сn = C _ЗВ), что наиболее целесообразно, то

 

q _ф1 = q _ф2 =... = q _фn и q _ф = (q _ЗВ) ⁿ = (2p× f_c × m) ^{2 n} (L _ЗВ C _ЗВ) ⁿ, (15)

 

где q _ЗВ - коэффициент сглаживания каждого звена; L _ЗВ и C _ЗВ - соответственно индуктивность и емкость каждого звена; n - число звеньев.

Расчет однозвенного сглаживающего фильтра следует начинать с определения минимально допустимой индуктивности дросселя фильтра для создания индуктивной реакции цепи из фильтра и нагрузки, что обеспечивает непрерывный ток нагрузки, по формуле:

 

, [ Гн ]. (16)

Значение емкости фильтра вычисляется по выражению

, [ Ф ] (17)

 

По вычисленному значению емкости конденсатора С подбирается стандартное его значение (наиболее близкое к рассчитанному в сторону уменьшения). В том случае, если одним конденсатором невозможно подобрать нужное значение емкости, то ставятся несколько подключенных параллельно.

После выбора значения емкости конденсатора С следует уточнить значение индуктивности дросселя Ld:

(18)

Максимальное напряжение на конденсаторе сглаживающего фильтра определяем по формуле

, [ В ], (19)

в которой D U _cm - величина перенапряжения на конденсаторе. Перенапряжения на конденсаторе возникают в моменты включения выпрямителя или в моменты резкого изменения тока нагрузки за счет колебательных процессов в цепи фильтра и нагрузки. Величина перенапряжения на конденсаторе фильтра определяется отношением коэффициента затухания a_ф к собственной частоте w_ф в цепи образованной фильтром и сопротивлением нагрузки. Коэффициента затухания a_ф находится по следующей формуле:

(20)

 

собственная частота фильтра

(21)

 

По величине найденного отношения а_ф/w_ф на рис. 8 находим величину относительного перенапряжения Q для двух случаев.

1. Для момента включения выпрямителя:

в этом случае в выражение (20) вместо I_n подставляется значение номинального тока I_d и по величине отношения а_ф/w_ф находим значение Q по кривой I на рис. 8, а из выражения

D U '_cm= Q× U_d (22)

определяем значение перенапряжения на конденсаторе сглаживающего фильтра D U '_cm при включении выпрямителя.

2. Для момента изменения тока нагрузки от номинального I_d до I_d1. При расчетах величину тока I_d1 обычно берут равной одной сотой от номинального, если его значение не оговорено отдельно. При этом вместо I_n в формулу (21) необходимо подставить значение I_d1 и по отношению а_ф/w_ф найти значение Q по кривой 2 на рис. 8 и из выражения

, (23)

определяется значение перенапряжения на конденсаторе D U' '_cm при резком изменении тока нагрузки.

 

Рис. 8. Кривые для расчета перенапряжений

на конденсаторе сглаживающего фильтра

 

Из рассчитанных величин D U '_cm и D U ''_cm выбирают наибольшее значение перенапряжения D U _cm и по нему рассчитывают максимальное напряжение на конденсаторе сглаживающего фильтра по выражению (19), которое и является рабочим напряжением на конденсаторе сглаживающего фильтра. Результаты проведенных вычислений следует занести в табл. 10.

 

 

Таблица 10

 

Рассчитываемые величины	g, град.	q ф	Ld,Гн	С, Ф	wф	DUcm, В
Результаты расчета

 

Расчет многозвенного сглаживающего фильтра следует начинать с определения минимальной индуктивности одного звена по формуле (8.16) для обеспечения индуктивной реакции фильтра, т.е., чтобы выполнялось условие

 

n× L _зв ³ L_dmin (24)

 

Значение емкости конденсатора С _зв в этом случае рассчитывается по формуле

, [ Ф ]. (25)

 

По вычисленному значению емкости конденсатора С _зв подбирается стандартное его значение (наиболее близкое в сторону уменьшения). В том случае, если одним конденсатором невозможно подобрать нужное значение емкости, то ставятся несколько конденсаторов, подключенных параллельно. После выбора значения емкости конденсатора С зв следует уточнить значение индуктивности дросселя L _зв так, чтобы коэффициент сглаживания не был меньше необходимого q _ф :

, [Г]

Расчет напряжения на конденсаторах сглаживающего фильтра необходимо провести по методике, изложенной в расчете однозвенного фильтра.

 

В том случае, если дроссель фильтра выпрямителя с индуктивностью L_d при токе I_d нельзя подобрать стандартным, то следует произвести конструктивный расчет этого дросселя. Дроссель фильтра обычно должен иметь большую индуктивность, поэтому приходиться применять дроссели со стальными сердечниками. Особенностью работы дросселей фильтра является то обстоятельство, что постоянная составляющая тока, протекающего через дроссель, очень велика. Этот ток намагничивает сердечник. Для уменьшения насыщения сердечника в магнитную цепь вводят воздушный зазор (см. рис. 9).

 

Рис. 9. Сердечник дросселя фильтра.

 

Расчет начинается с определения ориентировочного значения ширины стержня а сердечника дросселя по формуле

 

, [ см ]. (26)

 

По значению ширины стержня находится сечение стержня

 

S_c = 1,5 a ², [ см²], (27)

 

и из приложения 2 выбирается стандартный сердечник, у которого а не меньше полученного значения. Затем определяем толщину набора (пакета) пластин или ширину ленты витого разрезного сердечника

 

с = S _c / a, [ см ]. (28)

 

По средней длине магнитной силовой линии l_c (в см) для выбранного типа сердечника вычисляем вспомогательный коэффициент

 

, (29)

 

для определения по графику на рис. 10 оптимальной длины воздушного зазора в сердечнике и величины магнитной проницаемости m_z с учетом воздушного за-
зора. Оптимальная длина воздушного зазора на графике рис. 10 выражена в процентах от длины средней длины магнитной силовой линии l _c: l _z%= l_z/l_c ×100%.

 

Рис. 10. Графики для определения оптимального значения воздушного зазора и магнитной проницаемости сердечника

 

Используя полученные данные, находим толщину изоляционной прокладки по формуле

h _из = l_z / 2, [ см ] (30)

 

и число витков обмотки дросселя

 

(31)

Выбирая плотность тока j в обмотке в пределах 2...4 А/мм², находим диаметр провода обмотки без изоляции

 

, [ мм ], (32)

где j - плотность тока в обмотке дросселя.

По найденному значению d подбираем стандартный диаметр провода из приложения 1 и проверяем коэффициент заполнения окна сердечника по выражению

 

, (33)

 

где d_n - диаметр провода с изоляцией в мм;

b - ширина окна магнитопровода;

h - высота окна магнитопровода.

Правильность выбора сердечника и диаметра провода определяются по величине k_z. Если k_z < 0,35, то выбор произведен правильно. В том случае, если полученная величина k_z превышает 0,35, то следует выбрать сердечник с большей площадью окна. Для уточнения значения U _ox определяем сопротивление обмотки дросселя, которая выполняется из медного провода:

 

, [ Ом ] (34)

 

где диаметр провода берется в мм, а остальные размеры в см.

Теперь можно уточнить значение падения напряжения на дросселе:

 

U_D = I_d× r_d, [ В ]. (35)

 

По результатам расчета U_D уточняется величина U _ox, определенная по выражению (9). Результаты проведенных вычислений следует занести в табл. 11.

 

Таблица 11

 

Рассчитываемые величины	a, см	Sc, см	c, см	Wd	d, мм	UD, B	Uox, B
Результаты расчета

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К РАСЧЕТУ ТРАНСФОРМАТОРА

 

После уточнения значения напряжения холостого хода U _ox выпрямителя (см. табл. 11) следует определить исходные данные к расчету трансформатора.

Вычисление ЭДС фазы вторичной обмотки осуществляется по формуле

 

U _2x = K6× U _ox, [ B ], (36)

 

а эффективное значение тока в фазе этой же обмотки из соотношения

 

I ₂ = K7 × I_d, [ A ]. (37)

 

Точное значение габаритной мощности трансформатора рассчитывается по выражению

P_r = K8× U _2x× I ₂, [ B A ]. (38)

 

Значение коэффициентов K6, K7 и K8 из выражений (36), (37) и (38) для разных схем выпрямления можно определить из табл. 12.

Таблица 12

 

Сводная таблица коэффициентов для расчета U_2x, I₂ и P_r.

 

Схема выпрямления	K 6	K7	K 8*
Однотактная двухфазная (рис.2, а)	1.11	0.71
Двухтактная однофазная схема Греца (рис.2, б)	1.11
Однотактная трехфазная (рис.2, в)	0.855	0.58
Двухтактная трехфазная схема Ларионова (рис. 2, г)	0.43	0.82

· - значение берется из табл. 13.

Таблица 13

 

	Суммарная мощность вторичной обмотки, ВА
	150...300	300...1000	1000...2500
hт	0,9-0,93	0,97-0,95	0,95

 

Таблица 14

Итоговые данные к расчету трансформатора

 

Uc, B	fc, Гц	U 2x, B	I2, A	Pr, BA	Bm, Тл	j, A/мм^2	kc	ko

 

Результаты вычислений, проведенных по выражению (36), (37) и (38) заносят в табл. 14. В эту же таблицу вносятся результаты предшествующих расчетов.

 

Текущий контроль

Тренировочные тесты

Тест № 1

1. Выпрямители это устройства обеспечивающие:

 

А) процесс преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока;

Б) процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока;

В) процесс преобразования энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой частоты.

 

2. Коэффициент искажения тока и напряжения определяется:

 

А) отношением действующего значения первой гармоники тока к действующему значению тока;

Б) отношением действующего значения тока к действующему значению первой гармоники тока;

В) произведением действующего значения первой гармоники тока и действующего значения тока.

 

3. Использование вентилей по обратному напряжению в мостовой схеме в

 

А) в два раза лучше, чем в нулевой;

Б) в два раза хуже, чем в нулевой;

В) такое же как в нулевой.

 

4. Входная характеристика выпрямителя это: