Задание 5 – Выпрямительные устройства

В соответствии с таблицей 5.2 выполните следующие задания:

1) Начертите схему выпрямления заданного варианта.

2) Рассчитайте значения напряжений, токов и мощностей на элементах схемы выпрямления, указанных в таблице 5.1, и заполните эту таблицу.

3) Постройте временные диаграммы напряжения вторичной обмотки трансформатора и тока, напряжения в нагрузке (временные диаграммы строятся в масштабе по осям напряжения, тока и синхронно во времени).

4) Выберите по справочнику тип выпрямительного диода, предельные параметры которого близки к расчетным данным, но не превышают их, и занесите его маркировку и параметры в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Расчёт выпрямительных устройств

Таблица 5.2 – Варианты заданий – выпрямительные устройства

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный.

Необходимость в таком преобразовании возникает, когда питание потребителя осуществляется постоянным током, а источником электрической энергии является источник переменного тока, например промышленная сеть частотой 50 Гц.

На рисунке 5.1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.

На рисунке 5.1. а представлено состояние схемы, когда диод открыт, на рисунке 5.1.б представлено состояние схемы, когда диод закрыт.

Напряжение U2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды).

Ток в цепи нагрузки проходит только в положи- тельные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал (рис. 5.2, а).

При обратной полярности напряжения U2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 5.2, б).

Рисунок 5.1 – Однофазная однотактная схема выпрямления

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется формулой:

I2 = 1,57Id(5.1)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки:

U2 = 1,57Ud(5.2)

Среднее за период значение выпрямленного напряжения:

Uн = 0,45U2 (5.3)

Максимальное значение обратного напряжения на диоде:

Uобр.max = 3,14Uн(5.4)

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффициента трансформации трансформатора n = U1/U2 равно:

I1 = I2/n (5.5)

Среднее значение тока, протекающего через вентиль и нагрузку:

Iв.ср = Iн(5.6)

Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется:

Pн = UнIн (5.7)

Сопротивление диода:

Rd = Ud/Id (5.8)

Расчетную (типовую) мощность Sт трансформатора, определяющую его габариты, мо;но представить как полусумму расчетных мощностей первичной S1 = U1I1 и вторичной S2 = U2I2 обмоток, т.е.

Sт = (S1 + S2) /2 = 3,09Pн(5.9)

По отношению к сети питания эти токи являются реактивными и, не создавая полезной мощности, лишь нагревают обмотки трансформатора выпрямителя.

Наличие во вторичной обмотке постоянной составляющей тока Iн увеличивает степень насыщения магнитпровода трансформатора, что вызывает возрастание тока холостого хода, и как следствие этого возникает необходимость в завышении расчетной мощности трансформатора.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Результаты расчетов представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Расчёт выпрямительных устройств

Представим диаграммы напряжений и токов вторичной обмотки и нагрузки.

Рисунок 5.1 – диаграммы напряжений

Рисунок 5.2 – диаграмма тока

Список использованных источников

1. Галкин В.И., Пелевин Е.В. Промышленная электроника и микроэлектроника. – Минск, 2000

2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника – М. Высшая школа, 1982

3. Жеребцов И.П. Основы электроники - Л. «Энергоиздат» , 1990

4. Герасимов В.Г. Основы промышленной электроники – М. «В.ш.», 1986

5. Криштафович А.К. Промышленная электроника – М. «В.ш.», 1984 г

6. Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника ‒ М. «Энергоиздат», 1988