Содержание
Введение
ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ
1.1 Однофазные выпрямители и их основныепараметры
1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры
ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
2.1 Расчет выпрямителей работающих наемкостных и Г-образных фильтрах RC
2.2 Расчет резистивно-емкостных фильтров
Заключение
Список литературы
Приложение
Введение
Применениеразличного рода электронных устройств для управления производственнымипроцессами подразумевает использование электрической энергии определенного видадля их питания (постоянный, переменный ток).
Практическивсе источники питания выполняют три основные функции: преобразованиеэлектрической энергии, стабилизацию и регулирование.
В связи с этим источники питанияэлектронных устройств классифицируются по виду преобразования энергиипервичного тока -источники постоянного тока (инверторы) и источники переменноготока (выпрямители). Источники питания, преобразующие энергию переменного тока вэнергию постоянного тока, в свою очередь делятся на выпрямители однофазного итрехфазного тока, регулируемые и нерегулируемые.
Производство ираспределение электрической энергии в основном осуществляется на переменномтоке. Для преобразования переменного тока в постоянный в настоящее время почтиисключительно применяются полупроводниковые преобразователи электрическойэнергии – выпрямители.
Значительный прогресс впреобразовательной технике связан с созданием силовых полупроводниковыхвентилей. Высокие электрические параметры, малые габариты и масса, простотаконструкции и обслуживания, высокая эксплуатационная надежностьполупроводниковых вентилей позволяет широко использовать их в схемахпреобразования переменного тока в постоянный.
Полупроводниковыеэлементы, особенно интегральные микросхемы, используемые в современныхэлектронных устройствах, предъявляют жесткие требования к качеству потребляемойэнергии. Так выходное напряжение (ток) должно быть стабильным, иметь требуемуюформу (например, строго синусоидальную для инверторов), минимальный уровеньпульсации постоянного тока (выпрямители).
ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ
1.1Однофазные выпрямители и их основные параметры
Выпрямителем называетсяустройство, преобразующее переменное напряжение в несинусоидальное постоянное(выпрямленное), а среднее значение (постоянная составляющая) этого напряженияпользуется потребителем постоянного тока. Наличие переменных составляющих(пульсаций) в результате преобразования неизбежно. Различными мерами пульсациимогут быть уменьшены до сколь угодно малых значений.
Одним из способовуменьшения пульсаций является применение фильтров выпрямленного напряжения.Дальнейшее улучшение качества преобразования может осуществляться в схеместабилизатора напряжения. Рассматриваемые в работе схемы служат основойпостроения большинства источников питания, используемых в самых различных областяхтехники. Они обеспечивают постоянным напряжением питания электромашинныеприводы механизмов, технологические процессы, электронные устройства. Знаниесвойств источников питания необходимо инженеру для грамотной их эксплуатации.
В зависимости от числафаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычнотрехфазные) выпрямители. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 1.
/>
Рисунок 1 – Структурнаясхема выпрямителя
Выпрямитель содержиттрансформатор Т, необходимый для преобразования напряжения сети Ucдо величины U2, определяемой требованиями нагрузки; вентильную группуВ, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, врезультате чего переменное напряжение U2 преобразуется впульсирующее; фильтр Ф, передающий на выход схемы постоянную составляющуюнапряжения и сглаживающий пульсации напряжения.
Выпрямитель может бытьдополнен схемой стабилизации, подключаемой к выходу фильтра и предназначеннойдля поддержания напряжения на нагрузке неизменным при изменении напряжения U2на трансформаторе.
Для маломощныхвыпрямителей, питающихся от однофазной сети переменного тока, наиболеехарактерны режимы работы на емкостную и индуктивную нагрузки. Емкостнаянагрузка типична для выпрямителей на малые токи. При этом фильтр начинается семкости или емкость устанавливается на выходе выпрямителя параллельно нагрузкедля уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Реакциянагрузки | на выпрямитель будет определяться емкостью, сопротивление которойдля переменной составляющей много меньше сопротивления нагрузки. Если фильтрвыпрямителя начинается с достаточно большой индуктивности, то принято считать,что нагрузка выпрямителя индуктивная.
Независимо от режимаработы выпрямитель характеризуется выходными параметрами, параметрами,характеризующими режим вентиля, и параметрами трансформатора.
К выходным параметрам выпрямителя относятся: номинальноевыпрямленное напряжение/>; номинальный выпрямленный ток />; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения /> частотаосновной гармоники пульсации выпрямленного напряжения/>; внутреннее сопротивлениевыпрямителя />.Коэффициент пульсации/>— отношение амплитуды первойгармоники выпрямленного напряжения Uom1 к среднему выпрямленному напряжению Uo.
Вентили в выпрямителях характеризуются следующими параметрами:средним выпрямленным током/>; действующим значением тока/>; амплитудой тока/>; амплитудой обратного напряжения />средней мощностьюрассеиваемой за период/>.
Для трансформаторов, работающих в выпрямителях, определяются следующие параметры:действующие значения напряжения/>, и тока /> первичной обмотки; действующиезначения напряжения /> и тока /> вторичной обмотки; полнаямощность вторичной обмотки/>; полная мощность первичнойобмотки />;полная или габаритная мощность трансформатора />. Параметры вентилей и трансформатора зависят как отсхемы выпрямления, так и от режима работы выпрямителя.
При питании аппаратуры от однофазной сетипеременного тока находят применение выпрямители однополупериодные,двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения и сумножением напряжения.
Однополупериодный выпрямитель (рис. 2, а) применяется в основном с емкостным, Г- и П-образными фильтрами RC. Кенотронные вентили применяют на мощности до 10—15 Вт, а с полупроводниковыми — до 2—3 Вт. Преимущества однополупериодного выпрямителя —минимальное число элементов, невысокая стоимость, в выполнении сполупроводниковыми вентилями — возможность работы без трансформатора.Недостатки — низкая частота пульсаций, относительно высокие обратное напряжениена вентиле, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечникатрансформатора постоянным током.
Двухполупериодный выпрямитель свыводом средней точки (рис..2, б) работает в основном семкостным и Г- и П-образными фильтрами LC. С кенотронными вентилями применяется навыпрямленные напряжения 200—600В и токи нагрузки 50—500 мА, с полупроводниковыми вентилями — на выпрямленныенапряжения до 100 В итоки нагрузки до 500 мА.Основные преимущества — повышенная частота пульсации, минимальное числовентилей, возможность использования вентилей с общим катодом или общим анодом(для полупроводниковых — возможность применения общего радиатора без изоляциивентилей). Недостатки — усложненная конструкция трансформатора, худшееиспользование трансформатора по сравнению с выпрямителями по мостовой схеме и с удвоением напряжения, повышенное обратное напряжениена вентиле.
Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 2, в)обладает лучшими техник0- экономическимипоказателями. Применяется в, основном с емкостным Г- и П образными фильтрами LC. Выполняетсяс полупроводниковыми вентилями на напряжения до 400 В и ток нагрузки до 1 А.Достоинства вентиля — повышенная частота пульсации, низкое обратное напряжение,хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора.
Недостатки —повышенное падение напряжения в вентильном комплекте, невозможность установкиоднотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изолирующихпрокладок.
/>
/>
Выпрямители с удвоением напряжения (схемаЛатура) (рис. 3, а) применяются в высоковольтных выпрямителях. Могутиспользоваться как полупроводниковые, так и кенотронные вентили. Сполупроводниковыми вентилями выпрямители используются на напряжения 300—1000 Ви ток нагрузки до200 мА, с кенотронными вентилями — на напряжения более 1000 В и ток нагрузки до100 мА. Выпрямители с удвоением напряжения обладают следующими преимуществами:повышенная частота пульсации, пониженное обратное напряжение, хорошееиспользование трансформатора, возможность работы без трансформатора. Недостатки— невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одномрадиаторе без изоляции, возможность появления пульсации с частотой сети.
Выпрямители с умножением напряжения (рис. 3, 6) применяются в высоковольтных выпрямителяхпри напряжениях свыше 1000 В и выходных мощностях до 5—10 Вт, например, для питанияэлектронно-лучевых трубок.
1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры
Дляуменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. дляослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой включается сглаживающийфильтр.
Основнойпараметр сглаживающих фильтров— коэффициент сглаживания q,определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе,т. е. на нагрузке />. Коэффициент пульсации на входефильтра />, где />и />— амплитуда первой гармоники ипостоянная составляющая выпрямленного напряжения.
Коэффициентпульсаций на выходе фильтра/>, где /> и /> — амплитудапервой гармоники и постоянная составляющая напряжения на нагрузке. Он задаетсятребованиями радиоаппаратуры к питающему напряжению. Коэффициент пульсации навыходе выпрямителя известен после выбора схемы выпрямителя и определения егопараметров. Отношение этих коэффициентов дает необходимый коэффициентсглаживания фильтра.
ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Исходные данные для выполнения расчетной части курсовой работы для варианта №72:
1) Однофазный мостовой выпрямитель (рис.2в),
2) Номинальное напряжение сети />,
3) Максимальное напряжение сети />,
4) Минимальное напряжение сети />,
5) Частота тока сети />,
6) Коэффициент пульсации />,
7) Номинальное выпрямленное напряжение />,
8) Ток нагрузки выпрямителя />.
2.1 Расчет выпрямителей, работающихна емкостных и Г-образных фильтрах RC
1.Нашему заданию соответствует схема выпрямителя (рис.2в). Тогда по подразделув методических указаниях 2.1 найдем следующие параметры:
/>
2.Определяем сопротивление трансформатора />, прямое сопротивление вентиля /> и по ихзначениям находим сопротивление фазы выпрямителя /> (табл. 1). Принимаем: В = 1,2 Т, j = 2А/мм. Тогда всоответствии с таблицей 1 для рис.2в получим:
/> =7 Ом.
Для определения сопротивления вентиля в прямом направлении гп„необходимо ориентировочно выбрать тип вентиля (из приложения 1 в м.у.)определить прямое падение напряжения />.
Вентиль выбирается по расчетному среднему выпрямленному току /> и амплитудеобратного напряжения />(табл. 2 м.у.). Он должен быть выбран так, чтобыего максимально допустимое обратное напряжение было больше, чем имеющее место ввыпрямителе. Ток /> должен быть меньше максимальнодопустимого среднего тока вентиля, указанного в справочнике. В соответствиис таблицей 2:
/>
Из приложения (таблица П2) (с запасом) выбираем диод КД208А
/>
Выбрав тип вентиля, находим значение />и определяем сопротивление вентиля
/>
Выпрямитель работает на Г-образный фильтр, тогда в сопротивление фазы /> необходимо включить сопротивление фильтра />, принимаемое равным />.
/>
Тогда получим:
/>
3.Определяемосновной расчетный параметр А для рис. 2, б, в:
/>
4.Определив А, изграфиков на рис. 4 определяем параметры В, D, F.
В = 1,24; D = 1,95; F = 5.
5.В соответствии сформулами таблицы 3 определяем/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>:
/>
Расчеты показали, что параметры выбранного диода (вентиля)подходят для расчетных значений выпрямителя.
6.Из графиков на рис. 5 определяем параметр Н. Для рис. 2в Н определяемпо кривой 2.
Поскольку А = 0,48 принимаем граничное значение Н =680 .
7.По заданным коэффициенту пульсации /> и Н определяем емкость конденсатораС0(в мкФ) для рис. 2в:
/>
8.Расчетныепараметры трансформатора:
/>
2.2 Расчет резистивно-емкостного фильтра
Расчет фильтра проведем для схемы Г-образной схемы (рис.7). Всоответствии с методикой, изложенной в п.3.3 методических указаний Выборпараметров Г-образного фильтра RC для />можно сделать на основании формулы
/>,
где/>и />, Ом; />, мкФ.
Сопротивление резистора /> определяется с учетом КПД. Обычно КПД = 0,6 — 0,8.
При КПД = 0,8, />
Емкость конденсатора />
где /> — ток нагрузки, мА.
При />, напряжение на входе фильтра />.
Тогда сопротивление резистора фильтра равно:
/>
Для расчета емкости конденсатора необходимо определитьосновной параметр сглаживающих фильтров — коэффициент сглаживания /> определяемыйкак отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсациина его выходе, т. е. на нагрузке
/>
В нашем случае/>. Для уменьшения переменной составляющейвыпрямленного напряжения, т, е. для ослабления пульсации полагаем/>. Значение коэффициента /> для мостовой схемы />. Тогда:
/>, />.
Заключение
Данная курсоваяработа состоит из двух частей: в первой части курсовой работы рассмотреныосновные параметры однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров; во второйчасти произведен расчет однофазных мостовых выпрямителей, работающих наемкостной и Г- образный фильтры RC, а также расчет резистивно-емкостных фильтров.
Список литературы
1. КасаткинЭлектротехника: учебник / А.С. Касаткин, М.В. Немцов.-Изд. 9-е, стереотип.- М.:Академия, 2005. — 544с.
2. Электротехника иэлектроника. Учебник для вузов. — В 3-х книгах / В, И. Киселёв, А.И. Копылов,Э.В. Кузнецов и др. // Под ред. проф. ВТ, Герасимова. — М.: Энергоатомиздат,1997.
3. Рекус Г.Г.Лабораторный практикум по электротехнике с основами электроники. — М.: Высшаяшкола, 2001
4. Опадчий Ю.Ф.,Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для вузов.- М.: Радио и связь, 1998.
5. Электротехника.Компьютерные технологии практических занятий. //Под ред. А.В. Кравцова. — М.:МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.
6. Электротехника иосновы электроники. //Под ред. Глудкина 0.ILУчебник для вузов. — М,: Высшая школа, 1993, электронная версия 1998.
7. Марченко А.Л.,Марченко Е.А. Основы теории цепей и сигналов. // Тексты лекций. — М.:МАТИ—ЛАТМЭС, 1998.
8. Рекус Г.Г., ЧесноковВ.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. — М.: Высшаяшкола, 1993.
9. Марченко А.Л.Методические указания к проведению лабораторного практикума. Выпуск 1, выпуск2, выпуск 3. -.М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 2000.
10. Электротехника /Подред. Горбунова. -М., 2003
И. Глазенко Т.А.Электротехника и основы электроники.-М., 1996 12. А.С. Касаткин, М.В. НемцовЭлектротехника. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1999.
13.Справочник радиолюбителяконструктора. М.: Радио и связь, 1984.
14. «Источники питания электронныхустройств». Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине«Общая электротехника и электроника» для студентов специальности – 110302 — Электрификацияи автоматизация сельского хозяйства./Вендин С.В./ БелГСХА, 2009.
/>
/>/>