Расчет выпрямителей, работающих на емкостной и Г-образный RC фильтры

При расчете исходными величинами являются номинальное выпрямленное напряже­ние U₀, В; ток нагрузки I₀, А; сопротивление нагрузки R₀ = U₀ /I₀, Ом; выходная мощность Р₀ = U₀I₀, Вт; номинальное напряжение сети U₁, В; относительное отклонение напряжения сети в сторону повышения и понижения а_max = (U_1max — U₁)/U₁; a_min = (U₁-U_1min)/U₁; частота тока сети f_c, Гц, допустимый коэффициент пульсации k_n01 = U₀₁/U₀.

Возможный порядок расчета:

1 На основании рекомендаций раздела 1 выбираем вариант схемы выпрямителя.

Если выбран вариант с умножением напряже­ния (рисунок 6, б), то ориентировочно выбираем число каскадов умножения k. Желательно k вы­бирать так, чтобы напряжение на вторичной обмотке трансформатора U₂ не превышало 2... 3 кВ, в этом случае напряжение на кон­денсаторах U_C2 = U_C4 = 2U₂ не должно превы­шать 4... 6 кВ. Число конденсаторов и диодов при этом n = 2k.

2 Определяем сопротивления трансформатора r_тр, вентиля r_пр и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя r_ф.

В формулах таблицы 9.1 - В, Т, - магнитная индукция; j, А/мм²,- средняя плотность тока в обмот­ках трансформатора; n = 2k, где k-число каска­дов умножения. Магнитную индукцию В при­нимаем равной 1,1... 1,5 Т; задаемся j 2... 3,5 А/мм².

 

Таблица 9.1 - К определению rтр и rф
Схема выпрямления	rтр	rф
Рисунки: 1,а, 1,б, 1,в		rтр + rпр rтр + rпр rтр + 2rпр
Рисунок 2,а		rтр + rпр
Рисунок 2,б		rтр + (rпр/2n)

 

Для определения сопротивления диода в пря­мом направлении r_пр необходимо ориентировоч­но выбрать его тип и из справочника определить прямое падение напряжения U_пр.

Выбор диода осуществляется по среднему выпрямленному току I_пр.ср и амплитуде обратного напряжения U_обр.max. Приближенные значения I_ПР.СР и U_{ОБР.МАХ} приведены в таблице 9.2

Таблица 9.2 - Приближенные значения I_пр.ср и U_обр.max.

Схема выпрямления, рисунок	Iпр.ср	Uобр.max
1,а	I0	3U0(1+amax)
1,б	I0/2	3U0(1+amax)
1,в	I0/2	1,5U0(1+amax)
2,а	I0	1,5U0(1+amax)
2,б	I0	3U0(1+amax)/n

 

Диод должен быть выбран так, чтобы его максимально допустимое обратное напряжение было больше, чем в рабочем режиме выпрямле­ния. Ток I_пр.ср должен быть меньше максимально допустимого среднего тока диода, указанного в справочнике.

Выбрав тип диода, находим U_пр и определяем сопротивление вентиля r_пр = U_пр/I_пр.ср.

Если выпрямители по схемам рисунок 5, а - в работают на Г-образный RC фильтр, то в со­противление фазы r_ф следует включить сопро­тивление фильтра R_ф, принимаемое равным (0,1-0,25) R_H.

3. Определяем параметр А:

А=I₀ r_ф/U₀ (для рисунка 5,а)

А=I₀ r_ф/2U₀ (для рисунков 5,б, в);

А=2I₀ r_ф/U₀ (для рисунка 6,а);

А=I₀ r_фn²/2U₀ (для рисунка 6,б).

4. Определив А, из графиков рисунка 22 найдем параметры В, D, F. Из выражений, приведенных в таблице 3, определяем U₂, I₂, I₁, S_r, U_{обр.мах}, I_пр.ср, I_пр, I_пр.мах.

Рисунок 22

 

Таблица 9.3 – Параметры выпрямителей при работе на емкостную нагрузку (рисунки 5 и 6)

Схема выпрямления	U2	I2	I1	Sr	Uобр.мах	Iпр.ср	Iпр	Iпр.мах	fп
Однополу периодная	BU0	DI0	w2/w1	0,5BDx xP0	2,82BU0(1+amax)	I0	DI0	FI0	fc
Двухполу периодная со средней точкой	BU0	0,5DI0	0,71 DI0 w2/w1	0,85BDP0	2,82BU0(1+amax)	0,5I0	0,5 DI0	0,5 FI0	2fc
Мостовая	BU0	0,71DI0	0,71 DI0 w2/w1	0,7BDP0	1,41BU0(1+amax)	0,5I0	0,5 DI0	0,5 FI0	2fc
Удвоение напряже ния	0,5BU0	1,41DI0	1,41 DI0 w2/w1	0,7BDP0	1,41BU0(1+amax)	I0	DI0	FI0	fc
Умноже ние напряже ния	(BU0)/n	0,71DI0n	0,707 DI0 nw2/w1	0,7BDP0	2,82BU0(1+amax)/n	I0	DI0	FI0	fc*, fc**

 

*На нечетных конденсаторах.

** На четных конденсаторах.

Проверяем, подходят ли выбранные диоды по величинам U_{обр.мах}, I_пр.ср, I_пр

5. Из графиков рисунка 23 определяем параметр Н.

Для схем рисунок 5,а и 6, а Н определяем по кривой m=1, для схем 5,б, в – по кривой m=2.

По заданному коэффициенту пульсаций k_п01 и величине Н определяем емкости, мкФ:

(рисунок 5,а-в)

(рисунок 6,а).

Рисунок 23

 

Задаваемое в начале расчета значение k_п01 не должно превышать (0,1...0,15), а также макси­мально допустимое значение, указанное в ТУ на конденсаторы.

При выборе конденсаторов для выпрямителя с удвоением напряжения (рисунок 6, а) необходимо учесть, что коэффициент пульсации на каждой емкости приблизительно в 2 раза больше, чем результирующий.

Выпрямитель с умножением напряжения ем­кости конденсаторов всех звеньев принимают одинаковым и равными, мкФ,

.

5. В результате расчета получаем исходные данные для определения параметров трансфор­матора выпрямителя U₁ U₂, I₂, S_r..

6.

Расчет выпрямителей, работающих на фильтр, начинающийся с индуктивности (рисунок 5, б, в). Ис­ходные данные для расчета: U_o; В; I_o; A; R_н, Ом; Р_о = U₀I₀, Вт; U₁, В; а_max, a_min; f_c, Гц.

1. По формулам, приведенным в таблице 9.4, определяем параметры диодов U_{обр.мах}, I_пр.ср, I_пр. Выбираем диоды с учетом того, что обратное напряжение U_{обр.мах}, приложенное к диоду, долж­но быть меньше максимального обратного на­пряжения для выбранного типа диода. Ток I_прср должен быть меньше предельно допустимого среднего тока, указанного в справочнике. Из справочника определяем прямое падение напря­жения на диоде U_np.

 

Таблица 9.4 – Параметры выпрямителей, работающих на индуктивную нагрузку (рисунок 5,б,в)

Тип выпрямителя	U2	I2	I1	Sr	Uобр.мах	Iпр.ср	Iпр,	Iпр.мах	fп	Kп01
Двухполупериодный со средней точкой	1,11U0xx	0,707I0	I0w2/w1	1,34P0	3,14U0(1+amax)	0,5 I0	0,707 I0	I0	2fc	0,67
Мостовой	1,11U0xx	I0	I0w2/w1	1,11P0	1,57U0(1+amax)	0,5 I0	0,707 I0	I0	2fc	0,67

 

2. По формулам, приведенным в таблице 9.1, находим сопротивление трансформатора.

3. Определяем напряжение холостого хода

U_0xx=U₀+I₀r_тр+U_пр N,

где N-число диодов, работающих одновремен­но, N = 1 для схемы рисунок 1,а,б и N = 2 для схемы рисунок 5,в.

4. По значениям U_0ХХ, I_o, Р_о из таблицы 9.4 определяем параметры трансформатора U₂, I₂, I_l, S_r. Они являются исходными для расчета трансформатора.

Сглаживающие фильтры

Параметры фильтра

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания, который определяется отношением коэффициен­та пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе (на нагрузке):

q=k_п.вх /k_п.вых

Коэффициент пульсации на входе фильтра определяется типом схемы выпрямления и равен

k_п.вх=U_0m1/U₀=k_п.01,

где U_0ml и U₀-амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного на­пряжения.

Коэффициент пульсации на выходе фильтра k_п.вых = U_нm1 /U_н, где U_нm1 и U_H- амплитуда пер­вой гармоники и постоянная составляющая на­пряжения на нагрузке.