Расчет выпрямителя

3.2 Расчет выпрямителя

Исходными данными для расчета выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку, являются I₀ (ток нагрузки), U₀(номинальное выпрямленное напряжение), К_по (коэффициент пульсаций на выходе моста, не должен превышать 0.15 [1]), выходная мощность Р₀=U₀I₀, номинальное напряжение сети U₁, частота сети f_C.

Учитывая падения напряжения DU (ориентировочно 0.5 В) на дросселях и на стабилизаторе ( как было рассчитано выше U_ВХ стабилизатора должно быть не менее 25.5 В), принимаем U₀=26 В.

Требуется определить тип и параметры вентилей, режим работы схемы, емкость конденсатора, нагружающего выпрямитель.

Выберем выпрямительные диоды (для ориентировочного определения этих параметров примем D=2.1 и B=1 [2]) .

Обратное напряжение на диодах определяется по формуле [2, табл. 1.15]

 В. (3.30)

Величину среднего тока I_пр.ср найдем как [2, табл. 1.15]

 А. (3.31)

Действующее значение выпрямленного тока I_пр через диод [2, табл. 1.15] :

А . (3.32)

Основываясь на полученные данные, по таблице 1.16 [2] выбираем тип диод, удовлетворяющего условиям:

U_обр.max> U_обр;

I_{пр.ср.max}> I_прср;

I_пр <1.57 I_{пр.ср.max.}

Выбираем диоды типа Д229В, для которых I_{пр ср.max}=0,4 A, U_{обр max}=100 В, U_пр=1 В .

Габаритная мощность трансформатора [2, табл. 1.15]

 Вт, (3.33)

где Р₀= U₀I₀=26·0,1=2,6 Вт.

Определим сопротивление вентиля в прямом направлении

 (3.34)

Активное сопротивление обмоток трансформатора r_тр для выпрямителей мощностью 10...100Вт принимают в пределах [2]

 , (3.35)

где К_R – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (в нашем случае К_R=3,5);

B_m– амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, Тл (В=1.5¸1.65);

s – число стержней трансформатора (для сердечника броневого типа s=1).

Подставив числовые значения получим

r_тр=26,8 Ом.

Найдем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора [2]

 (3.36)

где К_L – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (в нашем случае К_L=0.005);

р – число чередующихся секций обмоток (если вторичная обмотка наматывается после первичной и наоборот, то р=2).

Угол, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивле-ниями фаз выпрямителя :

, (3.37)

где r – активное сопротивление фазы выпрямителя (r=2r_пр+r_тр=2·2,5+26,8=31,8 Ом).

Основной расчетный коэффициент А найдем по формуле [2]

 , (3.38)

где m – число фаз выпрямителя (m=2).

По графикам, приведенным в [2, рис. 1.12, 1.13], по полученному значению А найдем вспомогательные коэффициенты B, D, F и H.

Примем

B » 0,96; D » 2.24; F » 6,4; H » 310.

Величину напряжения на вторичной обмотке трансформатора определим из соотношения [2, табл. 1.15]

 В . (3.39)

Действующее значение тока вторичной обмотки [2, табл. 1.15]

 (3.40)

Полна мощность первичной и вторичной обмотки [2, табл. 1.15]

 (3.41)

Действующее значение тока первичной обмотки [2, табл. 1.15]

 (3.42)

где W₂/W₁ – коэффициент трансформации, равный

 (3.43)

Полна мощность трансформатора [2, табл. 1.15]

 (3.44)

Обратное напряжение на диодах определяется по формуле

 В. (3.45)

Полученное значение должно быть меньше U_обрmax выбранного нами диода. Величина среднего тока I_пр.ср =0,05А. Определим амплитуду выпрямленного тока

 А. (3.46)

Действующее значение выпрямленного тока I_пр через диод [2, табл. 1.15] :

А . (3.47)

По уточненным значениям U_обр, I_пр.ср., I_пр. проверим правильность выбора диодов

U_обр.max=100 В> U_обр=35,2 В;

I_{пр.ср.max}=0,4 А> I_прср=0,05 А;

I_пр=0.224 А<1.57 I_{пр.ср.max}=0,628 А_.

Определим выходную емкость выпрямителя (входную емкость фильтра) по формуле [2]

 мкФ. (3.48)

Полученное значение округлим до ближайшего стандартного по ГОСТ 2519-67.

Примем

С₀ = 100 мкФ.

Построим нагрузочную характеристику выпрямителя, то есть график U₀ =f(I₀) путем перемножения ординат, взятых из рис.1.13 в [2, стр.34] , на U₂, а абсцисс на mÖ2U₂/r (m – число фаз выпрямителя, 2).

Рисунок3.1– Примерный вид нагрузочной характеристики выпрямителя при j=0⁰

Напряжение холостого хода выпрямителя равно (U_2m определим по графику: U_2m =1.4 * U₂=24.96 * 1.4=34.9 В)

 (3.49)

Наибольшее выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя определим при максимальном напряжении сети (зададимся отклонением напряжения сети – DU_ВХ=±10 В)

 (3.50)

Ток короткого замыкания равен

 (3.51)

Внутреннее сопротивление выпрямителя

 (3.52)

Потери мощности в трансформаторе

 (3.53)

где h – КПД трансформатора ( при Р_Г<20 Вт и более h=0.75...0.95 [1, стр.116] ).

Потери мощности на вентилях

 (3.54)

где N – количество вентилей в выпрямителе (4).

КПД выпрямителя определяется по формуле

 (3.55)