Расчет выпрямительного устройства

Министерство образования Российской Федерации  

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

Кафедра промышленной электроники

 

                            

 

 

 

Курсовая работа

 

 

По дисциплине:            ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

 

 

Тема: Расчет выпрямительного устройства

 

 

 

 

 

Выполнила: 

студентка          /                  /          / Зитта Л.С./

     Группы  ПЭЗ 10-б 

           специальность 210100.62

          шифр: 7204020009

                 Курс: 4 Заоч. ск. ФО

 

ОЦЕНКА: _____________

 

Дата: ___________________

 

ПРОВЕРИЛ:

 

Руководитель проекта                        /                   /            / Растворова И.И./

     

 

 

Санкт-Петербург

2014 год

 

СОДЕРЖАНИЕ:

 

1.Введение............................................................................................3

2.Задание на курсовой  проект.............................................................6

3.Выбор схемы выпрямления и типа вентиля...................................7

4.Разработка конструкции трансформатора......................................10

5.Вычисление электрических параметров выпрямителя.................14

6.Проведение расчета сглаживающего фильтра...............................16

7.Определение исходных данных к расчету трансформатора.........22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• 1. ВВЕДЕНИЕ

 
 
В данном курсовом проекте нам было предложено спроектировать расчёт 
выпрямительного устройства. 
 
Круг электрических преобразователей (источников питания), используемых в радиоэлектронике, достаточно широк. Так, электрический выпрямитель применяется для преобразования энергии переменного электрического тока, потребляемой от сети, в энергию постоянного электрического тока, требующуюся для питания РЭС. Когда необходимо поддержание постоянства выходного напряжения (тока), применяют стабилизаторы напряжения (тока). Используют как стабилизаторы постоянного напряжения (тока), так и стабилизаторы переменного напряжения (тока). 
 
Характеристики электропреобразовательных устройств отражаются на характеристиках самих РЭС. Прежде всего это относится к массогабаритным показателям (часто ИВЭП составляют до 60% массы и объема аппаратуры), а также к надёжности функционирования. Качество данных устройств характеризуется следующими основными показателями: коэффициент сглаживания фильтра, т.е. отношение коэффициента пульсации на входе к коэффициенту пульсации на выходе.

 

Выпрямители - это источники вторичного электропитания, реализующие статический метод преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

 

Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:

 

1)Силовой трансформатор  – устройство для понижения  или повышения напряжения питающей  сети и гальванической развязки  сети с аппаратурой.

 

2)Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – 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  и высокого.

4) по назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.

 

Основные характеристики выпрямителей:

 

1. Номинальное напряжение  постоянного тока – среднее  значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем устройств.

 

2. Номинальный выпрямленный  ток I0 – среднее значение выпрямленного  тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.

 

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 на выходе выпрямителя. Это  качественный показатель выпрямителя.

 

5. Частота пульсаций  – частота наиболее резко выраженной  гармонической составляющей напряжения  или тока на выходе выпрямителя. Для самой простой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.

 

6. Коэффициент пульсаций  – отношение амплитуды наиболее  резко выраженной гармонической  составляющей напряжения или  тока на выходе выпрямителя  к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 % ) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.

 

7. Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

 

8. Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя  –изменение напряжения постоянного  тока относительно номинального. При отсутствии стабилизаторов  напряжения определяются отклонениями  напряжения сети.

 

 

Целью проектирования является разработка выпрямительного устройства в соответствии с техническим заданием, выбор схемы выпрямителя, фильтра расчет параметров элементов схем. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Выполнение курсового проекта предусматривает расчет выпрямителя малой или средней мощности. В ходе выполнения курсового проекта необходимо выполнить:

1.Выбор схемы выпрямления и  типа вентиля.

2.Разработку конструкции трансформатора.

3.Вычисление электрических параметров  выпрямителя.

4.Проведение расчета сглаживающего  фильтра.

5.Определение исходных данных  к расчету трансформатора.

 

Исходными данными для выполнения расчета выпрямительного устройства являются значения выпрямленного напряжения Ud, тока нагрузки Id, коэффициента пульсации kп.

 

Исходные данные к расчету следует брать из таблицы в соответствии с номерами студенческого билета.

 

Таблица

Исходные данные

 

Шестая цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ud, В	-24	+24	-48	+60	-60	+120	+160	-200	+220	-240
Пятая цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Id, A	12	13	15	16	18	20	22	25	27	30
Четвертая цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
kп	0.05	0.025	0.04	0.08	0.01	0.015	0.06	0.035	0.03	0.02

 

При расчете выпрямителя значение напряжения питающей сети Uс берется, исходя из следующих соображений:

 в том случае, если значение мощности в нагрузке Рd= Ud×Id превышает 1 кВт, то питание выпрямителя следует  осуществлять от трехфазной сети переменного напряжения, т.е. Uс= 380/220 В с частотой fс = 50 Гц, а во всех остальных случаях при Рd < 1 кВт расчет ведется для однофазной сети Uc = 220 В с частотой fc = 50 Гц.

 

 

3. ВЫБОР СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЕЙ

 

Выпрямительные устройства,  применяемые  для электропитания оборудования, строятся по схеме, представленной на рис. 1.

 

 

Uc    --------------------- U2  ---------------------------- Uох -------------------------------  Ud

---->¦  Трансформатор---> ¦ Схема  выпрямления  ---> ¦ Сглаживающий  фильтр -->

        ---------------------        ----------------------------         -------------------------------

 

Рис. 1. Структурная схема выпрямительного устройства

 

Основным элементом этой схемы является схема выпрямления, поскольку от ее выбора зависит расчет параметров трансформатора и сглаживающего фильтра. На рис. 2 представлены основные схемы выпрямительных устройств. Выбор конкретной схемы выпрямления следует осуществлять на основе анализа исходных данных к расчету Uc, Ud, Id и kп и величины выходной мощности выпрямителя Pd = Ud×Id, а также рекомендаций, приведенных в табл. 1.

 

Таблица 1

Технические характеристики схем выпрямления

при индуктивно-активном характере нагрузки

 

Схема выпрямления	Область предпочтительного использования
Однофазная со средней точкой (рис. 2, а)	Рd< 1 кВт; Ud < 500-600 В; Id=1-100 А
Однофазная мостовая (рис. 2, б)	Pd < 1 кВт; Ud=10-1000 В; Id=1-100 A
Трехфазная со средней точкой (рис. 2, в)	Pd³1 кВт; Ud < 100 В; Id> 10 A
Трехфазная мостовая (рис. 2, г)	Pd³1 кВт; Ud< 20 кВ; Id=0.1-10000 A

 

Для выбранной схемы выпрямления определение типа вентиля производится по приближенным формулам, приведенным в табл. 2.

 

 

 

Рис. 2. Основные схемы выпрямительных устройств

Таблица 2

Сводная таблица формул для выбора типа вентиля

 

Схема выпрямления	m*	Iср	Uобр.max
Однофазная со средней точкой (рис. 2, а)	2	Id/2	p×Ud
Однофазная мостовая  (рис. 2, б)	2	Id/2	p/2× Ud
Трехфазная со средней точкой (рис. 2, в)	3	Id/3	2.1× Ud
Трехфазная мостовая (рис. 2, г)	6	Id/3	1.05× Ud

 

* m - отношение частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте сети.

Д 112-10, I пр= 10А, U обр. доп. = 100-1400 U имп.=1,35 В

 

В качестве вентиля выбирается такой, у которого допустимое обратное напряжение вентиля Uобр.доп было бы больше обратного напряжения в выбранной схеме выпрямления Uобр.max, а допустимый прямой ток вентиля Iср.доп. равен или больше среднего значения тока Iср., протекающего через вентиль, т.е. Iср. доп. ³ Iср.

Выбор конкретного типа диода производится по справочникам [2,9] .

 

 

 

Результаты проведенного выбора схемы выпрямления и типа вентиля следует занести в табл. 3.

Таблица 3

 

Схема выпрямления	m	Iср, А	Uобр. max, В	Тип вентиля	Uобр.доп., В	Iср.доп., А
a	2	6	188,4	Д 112-10	100	10

 

 

Дальнейший расчет схемы выпрямления необходимо проводить с учетом активного и реактивного сопротивлений трансформатора, которые оказывают существенное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.