Указания к решению задач № 11

Эти задачи относятся к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устройствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп, на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение U_обр, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя Р₀, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением U₀, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя I₀ = P₀ / U₀. Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода I_доп, выбираем диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т.е. надо соблюдать условие I_доп ≥I₀. Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через диод равен половине тока потребителя, т.е. следует соблюдать условие I_доп ≥ 0,5 I₀. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть тока потребителя, следовательно, необходимо, чтобы I_доп ≥ ⅓ I₀.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период U_b, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямления U_b = πU₀ = 3,14 U₀, для мостового выпрямителя U_b = 2πU₀ /2 = 1,57 U₀, а для трехфазного выпрямителя

U_b = 2,1 U₀. При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие U_обр≥U_b.

Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.

Пример 11. Составить схему мостового выпрямителя,использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Р₀ = 300 Вт, напряжение потребителей U₀ = 200 В.

Решение.

1. Выписываем из табл.11а параметры указанных диодов и записываем их в таблицу.

Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В	Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В
Д 218	0,1		КД 202 Н
Д 222	0,4		Д 215 Б

2. Определяем ток потребителя:

I₀ = P₀ / U₀

I₀ = 300 / 200 = 1.5 А

3. Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя,

U_b = 1.57 U₀

U_b = 1.57 х 200 = 314 В

4. Выбираем диод из условия I_доп > 0,5 I₀ > 0.5 х 1.5> 0.75 А, U_обр > U _в ≥ 314 В. Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н: I_доп = 1,0 > 0,75 А; U_обр = 500 > 314 В.

Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжению (1000 и 600 больше 314 В.), но не подходят по допустимому току (0,1 и 0,4 меньше 0,75 А). Диод Д215Б, наоборот, подходит по допустимому току (2 > 0,75 А), но не подходит по обратному напряжению (200 < 314 В).

5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис.5). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н; I_доп = 1 А; U_обр = 500 В.

Рис. 5

Пример 12.Для питания постоянным током потребителя мощностью P₀ = 250 Вт при напряжении U₀ = 100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.

Решение

1. Выписываем из табл.11а параметры диода: I_доп = 2 А; U_обр = 200 В.

2. Определяем ток потребителя:

I₀ = P₀ / U₀

I₀ = 250 / 100 = 2,5 А

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период

U_b = 3,14 U₀

U_b = 3,14*100 = 314В.

4. Проверяем диод по параметрам I_доп и U_обр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям U_обр ≥ U_в и I_доп >0,5 I₀. В данном случае первое условие не соблюдается (200<314), т. е. U_обр<U_в; второе выполняется (О,5I₀ = 0,5·2,5 = 1,25<2 А).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие U_обр>U_в , необходимо два диода соединить последовательно, тогда U_обр = 200·2 = 400>314 В. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 6.

Рис. 6

Пример 13.Для питания постоянным током потребителя мощно­стью Р₀ = 300 Вт при напряжении U₀ = 20 В необходимо собрать схе­му однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стан­дартные диоды Д242А.

Решение

1. Выписываем из табл. 11а параметры диода: I_доп = 10 А, U_обр = 100 В.

2. . Определяем ток потребителя: I₀ = 15 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий
период: U_b = 3,14; U_o = 3,14· 20 = 63 В.

4. Проверяем диод по параметрам I_доп и U_обр. Для данной схемы
диод должен удовлетворять условиям U_o6p>U_b; I_доп >I₀. В данном
случае второе условие не соблюдается (10<15 А, т. е. I_доп < I₀). Первое условие выполняется (100>63 В).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие
I_доп > I₀, надо два диода соединить параллельно, тогда I_доп = 2·10 = 20 А; 20>15 А. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 7.

Рис. 7

Пример 14.Для составления схемы трехфазного выпрямителя на трех диодах заданы диоды Д243. Выпрямитель должен питать по­требитель с U_o = 150 В. Определить допустимую мощность потреби­теля и пояснить порядок составления схемы выпрямителя.

Решение

1. Выписываем из табл. 11а параметры диода: I_доп = 5А, U_o6p = 200 В

2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя т.е.

Р₀ = 3U₀I_доп ; Р₀ = 3 · 150 · 5 = 2250 Вт.

Следовательно, для данного выпрямителя Р₀ ≥ 2250 Вт.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий
период: U_b = 2,1 U₀ ; U_b = 2,1·150= 315 В.

4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию.
В данном случае это условие не выполняется (200<315В). Чтобы
это условие выполнялось, необходимо в каждом плече выпрямителя
два диода соединить последовательно, тогда U_o6p=200·2=400В;
400>315 В. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 8.

Рис. 8

Рис. 8