ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПОКУЛЬТУРЕ И КИНЕМАТОГРАФИИ
Федеральноегосударственное образовательное учреждение
Высшего профессиональногообразования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙУНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Кафедра техническойэлектроники
Курсовой проект на тему
«Неуправляемые иуправляемые выпрямители»
Выполнила студентка 711гр.:
Плантенер Е.В.
Санкт-Петербург
2009г.
Техническоезадание
31 вариант
Среднеезначение выпрямленного напряжения: Uо=35 В:
Среднеезначение выпрямленного тока: Iо = 2.5 А;
Действующее значение напряжения на нагрузке: Е2 = 240 В
Действующее значение тока вторичной обмотки: I2 = 2 А
Частота питающей сети: ƒс = 60 гц
Пороговое напряжение вентилей: Uпор = 1.1 В
Дифференциальное сопротивление вентилей: rд = 0.09 Ом
Коэффициент формы кривой: Кф = 1.57 В
N = 15; K = 16;
Реферат
В данномкурсовом проекте мной были совершены:
1. Расчетнеуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой
2. Расчетнеуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром
3. Расчетуправляемого выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом
4. Подбортрансформатора для двухфазной однотактовой схемы выпрямления
5. Разработкаэлектрической схемы и печатной платы
Введение
Выпрямители — это источники вторичного электропитания, реализующие статическийметод преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.
Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:
1)Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышениянапряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.
2)Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннююпроводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.
3)Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.
Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков:
1) по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные,мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.
2) по типу выпрямительного элемента – ламповые(кенотронные),полупроводниковые, газотронные и др.
3) по величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения ивысокого.
4) по назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующихсеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядкиаккумуляторов и др.
Основные характеристики выпрямителей:
1. Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значениевыпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Определяется значениемнапряжения, необходимым для питаемых выпрямителем устройств.
2. Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значениевыпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническимитребованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемыхвыпрямителем.
3. Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока,питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети–220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.
4. Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока навыходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.
5. Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженнойгармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя. Для самойпростой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частотепитающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжениядают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети.Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемывыпрямителя и числа фаз.
6. Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резковыраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителяк среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций навходе фильтра (p0 % ) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %).Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяютсяхарактером нагрузки.
7. Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношениекоэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходефильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равенпроизведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.
8. Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя–изменение напряжения постоянного тока относительно номинального. Приотсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.
Расчетная часть
Расчет идеального неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой
E2/Uo =40/ 35 = 1.14;
I2/I0 = 2/2.5 = 0.8;
Кпд анодной цепи:
ήa = Rн/(rT + p*rg*V+Rн) = 1;
Амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора:
E2m= √2*E2= 56.5 В;
Частота пульсации на выходе выпрямителя:
ƒп(1) = ƒс *m2*p = 120 Гц;
Сопротивление нагрузки:
Rн = Uo/Io = 14 Ом;
Коэффициент пульсации:
kп(1) = 0.66
Среднее значение тока диода:
IсрVD= I0/m2 = 1.25 А;
Эффективное значение прямого тока диода:
IэффVD = IсрVD *kф = 1.96 А;
Амплитудное значение тока:
Im= E2m/Rн = 4 А;
Параметры диода:
Uобmax=3.14*U0/ ήa = 109.9 В;
IсрVD / Io = 0.5
Коэффициент трансформации
Ku =E2/ U1 = 40/ 220 = 0.182
Внешняя характеристика выпрямителя
U0 = E0- I0*Zn
Внешняя характеристика выпрямителя с индуктивным фильтром с учетомактивных rпи индуктивных Ls потерь:
U0 = m2/π*E2msin(π/m2) – I0(rп + (p*m2/2π)*ω*Ls);
/>
Вывод:
Для данной двухфазной однотактной схемы выпрямления двухфазногосетевого питания необходимы диоды со средним значение прямого тока
IсрVD = 1.25А, желательно, чтобы диод выдерживал прямой ток не меньше
2 А, так как эффективное значение прямого тока IэффVD = 1,96 (А). Такженеобходимо, чтобы диод способен был выдержать обратное напряжение
Uобmax = 100 (В), но рекомендуется взять запас в два раза, т.е. Uобmax = 200 (В), длястабильной работы диода. Для данной схемы также необходим понижающийтрансформатор, с коэффициентом трансформации Ku = 0.182.
Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром.
Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром
Сопротивление емкостного фильтра:
xc = R0/N 0.0933;
Емкость конденсатора в емкостном фильтре:
C0 = 1/(2*π*ƒc*m2*p*xc) = 1422 мкФ;
Полное сопротивление активных потерь:
rп = rтр+p*rgVD = Rн/k = 0.8 Ом;
Угол отсечки:
θ = 36.5˚;
Расчет параметров выпрямителя с углом отсечки θ:
A(θ) = rп*π/(m2*p*Rн)= 0.10;
B(θ) = 1/(√2*cosθ) =0.88;
D(θ) = Iдейств/Iср = 2.45;
H(θ) = C0*rп*ƒ*kп(1) = 8700;
F(θ) = Iампл/Iср = 7.51;
Эффективное значение прямого тока диода:
IэффVD = IсрVD* D(θ) = 3.06 A;
Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по основнойгармонике:
kп(1) = H(θ)/ rп * ƒc *C0 = 0.13;
Действующие значения фазных ЭДС E2 в вентильной обмоткеПТ:
E2 = B(θ)*U0 = 17.6 В;
Амплитудное значение фазных ЭДС в вентильной обмотке ПТ:
E2m= √2* E2= 24.8 B;
Действующие значения тока в вентильной обмотке ПТ:
I2 = √p * D(θ)* IсрVD = 3.06 A;
Амплитудное значение тока в вентильной обмотке ПТ:
I2m = F(θ)* IсрVD = 9.38 A;
Коэффициент трансформации ПТ равен:
kU = E2/U1 = 0.182;
Вывод:
После добавления в схему неуправляемого выпрямителя C-фильтра некоторыепараметры выпрямителя изменились:
— значение IэффVD увеличилось с 1.96А до 3.06А;
-значение kп(1) уменьшилось с 0.66 до 0.13, следовательно, фильтрработает нормально;
-действующие значения E2 уменьшились с 40 В до 17.6 В;
-амплитудное значение E2m уменьшилось с 56.5 В до 24.8 В;
-действующие значения I2 увеличилось с 2 А до 3.06 А;
-амплитудное значение I2m увеличилось с 4 А до 9.38 А;
Средний ток в вентильной обмотке остался неизменным, IсрVD = 1.25 А.
Расчет управляемого выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.
Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.
am = Ucmax/UcN = 1.05;
an = Ucmin/UcN = 0.8;
Ucmax = 231B;
Ucmin = 176B;
Проектирование печатной платы
Если сравнивать три представленных в данном курсовом проектевыпрямителя, то лучшим является неуправляемый выпрямитель с емкостным фильтром.Значения коэффициента пульсаций значение kп(1) значительноуменьшилось с 0.66 до 0.13. Так как данный показатель относится к базовымэлектрическим показателем качества, то выбор обоснован. Хотя для полной оценкиработы любого выпрямителя необходимо помимо базовых электрических показателейрассчитать еще и базовые энергетические показатели качества, но в рамках даннойработы они не рассматривались.
После анализа расчетов и выбора наилучшего типа выпрямителяперейдем к проектированию его печатной платы. Так как электрическая схема была спроектированав расчетной части, то необходимо теперь подобрать реальные элементы её наоснове расчетных данных. Для данной схемы выпрямления нам понадобится: двухфазныйтрансформатор (преобразования напряжения); конденсатор постоянной емкости(уменьшает пульсаций); постоянный резистор (активная нагрузка); диод (преобразуетпеременное напряжение в пульсирующее однополярное). Маркировка данных элементовприведена в спецификации.
Чертеж печатной платы выпрямителя с расположение элементов (видсверху)
/>
Чертеж печатной платы выпрямителя (вид снизу)
/>
Список литературы
1. ВекслерГ.С., Пилинский В.В., «Электропитающие устройства электроакустической и кинотехническойаппаратуры». – К.: Выш. шк. Головное изд-во,1986г.
2. КорчагинаЛ.Г., Федоров А.П., Яковлева Л.П. «Выпрямительные устройства». Методическиеуказания по дисциплине «Электропитающие устройства для студентов заочного ивечернего отделений специальности
201400.»-СПбГУКиТ, 2004 г., – 4 уч.изд.л.
3. КорчагинаЛ.Г., Фёдоров А.П., Яковлева Л.П. «Электропитающие устройства: Методическиеуказания по выполнению лабораторных работ.
Часть 1.Выпрямители.» – СПбГУКиТ, 2002 – уч.изд.л.
4. КорчагинаЛ.Г., Фёдоров А.П., Яковлева Л.П. «Электропитающие устройства: Методическиеуказания по выполнению лабораторных работ. Часть II. Стабилизаторы.» –СПбГУКиТ, 2003 – уч.изд..
5. В.Я. Брускин«Номограммы для радиолюбителей» МРБ 1972 год.
6.Б.Богданович, Э.Ваксер«Краткий радиотехнический справочник» Беларусь 1968 год.