Материал: Расчет выпрямителей и стабилизаторов методические указания для индивидуальной работы студентов по дисциплине «Электропреобразовательные устройства РЭС». Воробьева Е.И., Юшин А.М

Основная трехфазная схема выпрямителя имеет неплохие по­казатели, но относительно сложный трансформатор. Поэтому чаще всего ее применяют яри средних и больших мощ­ностях и невысоких требованиях к пульсациям. При малых задан­ных пульсациях более выгодными оказываются усложненные трех­фазные схемы (схема Ларионова).

При выборе вентиля /1,6...8/ необходимо, во-первых, обес­печить запас по току

(1.42)

где - - максимально допустимый выпрямленный ток диода, приводимый в справочнике по диодам.

Вторым важным показателем д. л выбора Вентиля является максимально-допустимая амплитуда обратного напряжения, которая должна превышать наибольшее обратное напряжение на вентиле, рассчитанное в задаче, по крайней мере на 20 процентов.

Немаловажным показателем является и прямое падение напря­жения на вентиле Uпр , которое определяет потери мощности на диодах и в конечном итоге к.п.д. выпрямителя.

По этим трем показателям и следует выбирать вентиль для выпрямителя.

1.8 Вопросы для самопроверки и контроля

1.Вольт-амперные характеристики вентиля

2.Основные параметры выпрямителя

3.Принцип действия основной однофазной схемы выпрямителя.

4.Преимущества и недостатки основной однофазной схемы выпрямителе

5.Порядок расчета схемы выпрямителя с емкостной реакцией нагрузки..

6.Влияние сопротивления индуктивности рассеяния при рас­чете выпрямителя.

7.Принцип действия основной двухфазной схемы выпрямителя.

8.Преимущества и недостатки основной двухфазной схемы выпрямителя.

9.Принцип действия, преимущества и недостатки двухфазной мостовой схемы выпрямления.

10.Основная трехфазная схема выпрямителя, преимущества и недостатки.

11.Преимущества и недостатки трехфазной мостовой схемы выпрямителя.

12.Сравнительная характеристика однофазных и двухфазных схем выпрямителей.

13.Сравнительная характеристика двухфазных и трехфазных схем выпрямителей.

14.По каким показателям выбирается вентиль для выпрямителя

1.9 Порядок расчета выпрямителя

Задача проектирования выпрямителей формулируется следую­щим образом. Дано: напряжение U₀ и ток нагрузки I₀ , вид нагрузки (активная, индуктивная или емкостная), частота сети fc , максимальное отклонение напряжения сети от номиналь­ного значения , в процентах, коэффициент пульсаций по первой гармонике. действующее значение эдс первич­ной обмотки.

Необходимо выбрать одну из приведенных выше схем выпря­мителей и рассчитать основные параметры.

Схему выпрямителя следует выбирать в соответствии с ре­комендациями подраздела 1.7 с учетом коэффициента пульсаций по первой гармонике.

Далее выбирается диод по трем основным показателям /6...8/. Расчет следует проводить с учетом максимально­го отклонения напряжения сети от номинального значения, т.е. в формулы для Uобр м следует подставлять вместо U₀

(1.43)

На следующем этапе определяются ориентировочные значения омического и индуктивного сопротивлений трансформатора

(1.44)

(1.45)

где S - число стержней магнитопровода, несущих обмотки;

S- I - для броневого, S = 2 - для стержневого, S= 3 - ' для трехфазного трансформаторов; B_m- амплитуда индукции в сердечнике трансформатора, определяется из графика рис. 1.13, коэффициенты K_r и K_l определяются из табл. 1.1

Таблица 1.1

Схема выпрямителя	Kr	Kl
1	2	3
Основная однофазная	2.3	4.1∙10-3
Основная двухфазная	4.7
Двухфазная мостовая	3.5
Основная трехфазная	6.9
Трехфазная мостовая	4.5

Далее определяем напряжение холостого хода выпрямителя

_{Рис. 1.13 Зависимость амплитуды индукции в сердечнике трансформатора от габаритной мощности}

(1.46)

где N₁ - число вентилей, включенных последователь­но c нагрузкой.

Потом разделяем параметры для расчета трансформатора U₂, S₁, S₂, S_тр. Причем, напряжение на вторичной обмотке U₂ надо рассчитывать не для. U₀, а для U_0xx .

Далее определяем максимальное значение напряжения холостого хода

(1.47)

Зная это напряжение, определяем заново U_обрм в функции U_{оххмакс}. Если выбранный вентиль не удовлетворяет по этому показателю, то следует выбрать другой вентиль и повторить пре­дыдущие расчеты.

Внутренние сопротивление выпрямителя определяем по формуле

(1.48)

И на последнем этапе определяем к.п.д. выпрямителя

(1.49)

где - потери мощности во всех диодах N₂;

(1.50)

п отери мощности в трансформаторе; тора, определяемый из графиков рис 1.14

Варианты заданий для индивиду-

альной работы студентов приведены

в таблице 1.2, где вид нагрузки обозначен цифрой:1-активная; 2-индуктивная; 3-ёмкостная.

Рис. 1.14. Зависимости к.п.д. трансформатора от габаритной мощности

№ варианта	U0,B	I0,A	Вид нагрузки	U1,B	Aмакс%	Fc, гц	Kп1
1	2	3	4	5	6	7	8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	4 6 600 200 9 100 12 250 15 24 80 30 1000 28 70 26 14 300 13 120 8 400 700 5 150	20 10 0.04 2 7 5 8 2 3 20 5 15 0.01 13 6 18 4 1.5 7 4 8 1 0.02 16 2.5	1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1	220 220 110 110 220 400 220 110 22 380 22 110 500 220 110 400 110 500 220 110 400 110 220 220 110	10 5 6 8 15 20 12 15 5 10 20 8 6 11 13 14 7 6 8 10 12 15 18 17 12	50 50 50 400 50 50 50 400 50 50 50 400 50 50 50 400 50 50 50 400 50 50 50 400 50	0.09 0.01 0.03 0.02 0.04 0.05 0.06 0.07

2.1.Общие сведения

Параметрическими стабилизаторами напряжения называются устройства, в которых осуществляется стабилизация за счет нелинейности характеристик полупроводниковых приборов (крем­ниевых стабилизаторов, диодов и т.д.) /3...5/.

На рис. 2.1 представлена вольт-амперная характеристика кремниевого, стабилитрона.

Кремниевый стабилитрон на рабочем участке АВ можно охарактеризовать тремя основ­ными параметрами /1/

1)номинальное напряжение стабилизации U_ст при опре­деленном номинальном токе I_ст и окружающей температуре –Т_с;

2) дифференциальное (ди­намическое) сопротивление

Рис. 2.1. Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилизатора

(2.1)

при постоянной температуре;

3) абсолютный и относительный температурный коэффициент напряжения.

(мВ/^ОС), (2.2)

100 dU_стт 100 ∆U_стт λ_ст

ст = = = ∙100; (2.3)

U_ст dТ U_ст ∆Т U_ст

при постоянном токе стабилизации I_ст.

При линейной аппроксимации характеристик, зная рассмотрен­ные параметры, легко определить напряжение U_ст при любых рабочих токах и температурах

(2.4)

2.2 0днокаскадная схема параметрического стабилизатора

На рис. 2.2 приведена схема параметрического стабилизатора /3/

П

Рис. 2.2 Схема однокаскадного параметрического стабилизатора

ри изменении входного напряжения lвх меняются токи, текущие через стабилитрон I_ст и гасящий резистор, r а напряжение на выходе U_вых и ток нагрузки I_н остаются практически постоянными из-за нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитрона. Таким образом изменение входного напряжения сопровождается изменением падения напряжения на гасящем резисторе вызванным приростом или уменьшением тока стабилитрона.

Изменение тока нагрузки (сопротивления нагрузки) вызывают почти такие же по величине но противоположные по знаку изменения тока стабилитрона. Поэтому падение напряжения на гасящем резисторе и, следовательно, выходное напряжение зависит от тока нагрузки очень мало.

В процессе расчета схемы однокаскадного параметрического стабилизатора /I/ необходимо выбрать стабилитрон, рассчитать величину номинального значения входного напряжения Е_вх , величину сопротивления R_r, обеспечивающих заданные параметры, определить данные, необходимые для расчета выпрямителя: макси- мальный ток выпрямителя I_вхмакс, максимальную мощность Р_вхмакс, к.п.д в номинальном и максимальном режимах. Одновременно нужно обеспечить такой ток выбранных стабилитронов, • а соответственно и мощность рассеяния, чтобы их величины не превосходили допустимых.

Таблица 1.2

2. РАСЧЕТ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ