Порядок расчета выпрямителя напряжения
Точный аналитический расчет выпрямителей представляет определенные трудности, в связи с тем, что полупроводниковые приборы, применяемые в качестве преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение, являются нелинейными элементами. Расчет таких электрических цепей проводится по приближенным формулам с использованием графических зависимостей.
В табл. 6.3. приведены формулы для расчета схем выпрямителей, приведенных на рис. 6.5 – 6.10. Для определения параметров элементов выпрямителя необходимо нахождение коэффициентов B, D, F и H. Чтобы приступить к нахождению данных коэффициентов, необходимо рассчитать следующие базовые величины:
1. Внутреннее сопротивление вентиля
,
где Uпр – прямое падение напряжения на вентиле (0,4 – 0,5 В для германиевых диодов и 1,0 – 1,1 В для кремниевых диодов), kВ – коэффициент, учитывающий динамические свойства характеристики диода (2,0 – 2,2 для германиевых диодов и 2,2 – 2,4 для кремниевых диодов), IОВ – среднее значение тока вентиля выбирается по таблице 6 для соответствующей схемы выпрямления.
Таблица6.3.
.2. Активное сопротивление обмоток трансформатора
где kr – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяется по таблице 7; B – магнитная индукция в сердечнике, Т. Величину магнитной индукции В для трансформаторов мощностью до 1000 Вт можно предварительно принимать равной 1,2 – 1,6 Т для сети с частотой тока 50 Гц и 1,0 – 1,3 Т для сети с частотой тока 400 Гц; f – частота переменного тока питающей сети; s – число стержней сердечника трансформатора (s = 1 для броневой, s = 2 для стержневой и s = 3 для трехфазной конфигурации магнитопровода).
Таблица 6.4.
| Схема выпрямления | kr |
| Однофазная однополупериодная | 2,3 |
| Однофазная двухполупериодная, с выводом средней точки | 4,7 |
| Однофазная мостовая | 3,5 |
| Удвоения | 0,9 |
| Трехфазная однополупериодная, с выводом нулевой точки | 6,9 |
| Трехфазная двухполупериодная мостовая (схема Ларионова) | 4,5 |
3. Активное сопротивление фазы выпрямителя
.
4. Основной расчетный коэффициент А
где p – число импульсов пульсаций в цепи выпрямленного тока за период переменного напряжения. Для схемы на рис.6.5 p = 1; на рис. 6.6, 6.7, 6.8 p = 2; на рис. 6.9 p = 3; на рис.6.10 p = 6.
5. Проводят определения вспомогательных коэффициентов B, D, F и H по графикам, приведенным на рис. 6.11, 6.12, 6.13.
6. С помощью коэффициентов B, D, F и H по формулам таблицы 6 проводят расчет параметров выпрямителя.
7. По значениям UОБР и IВ с помощью справочных данных для диодов, приведенных в табл. 6.5, выбираем тип выпрямительных диодов. Выбранные из справочной таблицы данные диодов должны несколько превосходить расчетные значения, создавая, тем самым, запасной ресурс мощности выпрямителя.
Таблица 6.5.
| Тип диода | Электрические параметры при tОКР = + 20 ± 50 С | |||
| Наибольшая амплитуда обратного напряжения, В | Наибольший выпрямленный ток (среднее значение), А | Обратный ток при наибольшем обратном напряжении, мА | Падение напряжения в прямом направлении при наибольшем токе, В | |
| Германиевые диоды | ||||
| Д7А | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7Б | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7В | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7Г | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7Д | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7Е | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д7Ж | 0,3 | 0,3 | 0,5 | |
| Д302 | 0,25 | |||
| Д303 | 0,3 | |||
| Д304 | 0,3 | |||
| Д305 | 0,35 | |||
| Кремниевые диоды | ||||
| Д217 | 0,1 | 0,05 | 0,7 | |
| Д218 | 0,1 | 0,05 | 0,7 | |
| МД226 | 0,3 | 0,03 | 1,0 | |
| МД226А | 0,3 | 0,03 | 1,0 | |
| Д229А | 0,4 | 0,05 | 1,0 | |
| Д229Б | 0,4 | 0,05 | 1,0 | |
| Д230А | 0,3 | 0,05 | 1,0 | |
| Д230Б | 0,3 | 0,05 | 1,0 | |
| Д231А, | 1,0 | |||
| Д231Б, | 1,5 | |||
| Д237А | 0,3 | 0,05 | 1,0 | |
| Д237Б | 0,3 | 0,05 | 1,0 | |
| Д237В | 0,1 | 0,05 | 1,0 | |
| Д232А, | 1,0 | |||
| Д232Б, | 1,0 | |||
| Д233, | 1,5 | |||
| Д233Б, | 1,0 | |||
| Д234Б, | 1,5 | |||
| Д242, | 1,5 | |||
| Д242А, | 1,0 | |||
| Д242Б, | 1,0 | |||
| Д243, | 1,0 | |||
| Д243А, | 1,0 | |||
| Д243Б, | 1,0 | |||
| Д244, | 1,0 | |||
| Д244А, | 1,0 | |||
| Д244Б, | 1,0 | |||
| 2Д201А, | 1,0 | |||
| 2Д201Б, | 1,0 | |||
| 2Д201В, | 1,0 | |||
| 2Д201Г, | 1,0 | |||
| Д1004 | 0,1 | 0,1 | 4,0 | |
| Д1005А | 0,5 | 0,1 | 4,0 | |
| Д1005Б | 0,1 | 0,1 | 6,0 | |
| Д1006 | 0,1 | 0,1 | 6,0 | |
| Д1007 | 0,075 | 0,1 | 6,0 | |
| Д1008 | 0,05 | 0,1 | 6,0 | |
| Д1009 | 0,1 | 0,1 | 7,0 | |
| Д1009А | 1000·2 | 0,1·2 | 0,1 | 3,5 |
| Д1010 | 0,3 | 0,1 | 11,0 | |
8. Определив по графику на рис. 6.13 значение коэффициента H и задаваясь коэффициентом пульсаций Kп% на выходе выпрямителя по таблице 5, определяют емкость конденсатора, необходимую для получения заданного коэффициента пульсаций по формуле из таблицы 6
откуда имеем 
9. По справочнику необходимо выбрать тип конденсатора, его номинальную емкость и номинальное напряжение. Номинальное напряжение конденсатора должно не менее чем на 20% превосходить значение напряжения на нагрузке.
Пример расчета выпрямителя напряжения.
Требуется рассчитать выпрямитель для зарядного устройства по следующим данным: номинальное выпрямленное напряжение U0 = 15 В; номинальный выпрямленный ток I0 = 7 А; допустимый коэффициент пульсаций KП% = 1,5; напряжение питающей сети UС = 220 В; частота сети f = 50 Гц. В качестве исходной схемы возьмем мостовую схему, рис. 6.7, выполненную с использованием германиевых диодов..
1. Структурная схема вторичного источника питания приведена на рис. Рядом с ней приведено название и назначение всех составных частей схемы.
2. Выбираем схему выпрямителя согласно номера варианта, приводим ее в отчет и поясняем назначение всех элементов схемы.
Схема выпрямителя напряжения приведена на рис.6.7 . В ней
Тр - трансформатор напряжения, служит для преобразования амплитуды переменного напряжения до необходимой величины;;
диоды VD1-VD4 образуют схему мостового выпрямителя ;
конденсатор С0 служит сглаживающим фильтром, уменьшая пульсации напряжения на нагрузке;
резистор Rн я является нагрузкой выпрямителя.
3. Выполнить расчет трансформатора (т.е. определить его мощность по вторичной обмотке, коэффициент трансформации, определить его типовую мощность).
3.1. Рассчитаем внутреннее сопротивление диода
где Uпр – прямое падение напряжения на вентиле (0,4 – 0,5 В для германиевых диодов и 1,0 – 1,1 В для кремниевых диодов), kВ – коэффициент, учитывающий динамические свойства характеристики диода (2,0 – 2,2 для германиевых диодов и 2,2 – 2,4 для кремниевых диодов), IОВ – среднее значение тока вентиля выбирается по табл. 6.3 для соответствующей схемы выпрямления.
3.2. Рассчитаем активное сопротивление обмоток трансформатора.
где kr – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяется по таблице 7; B – магнитная индукция в сердечнике, Т. Величину магнитной индукции В для трансформаторов мощностью до 1000 Вт можно предварительно принимать равной 1,2 – 1,6 Т для сети с частотой тока 50 Гц и 1,0 – 1,3 Т для сети с частотой тока 400 Гц; f – частота переменного тока питающей сети; s – число стержней сердечника трансформатора (s = 1 для броневой, s = 2 для стержневой и s = 3 для трехфазной конфигурации магнитопровода).
3.3.Активное сопротивление фазы выпрямителя
R = RB + RТР = 0,31 + 0,104 = 0,414 Ом.
Определим основной расчетный коэффициент выпрямителя А:
Определим вспомогательные коэффициенты В и D по графикам на рис. 6.11.
Получаем :В = 1,1; D = 2,1.
Определим параметры трансформатора (таблица 6.3)