Основні розрахунки заданої схеми випрямляча при відомих параметрах напруги мережі

№ варіанту: а = 5, b = 0, c = 2 (номер за списком — 2)

табл.1 = 2;

табл.2 = 2;

табл.3 = 7.

Вихідні дані:

Таблиця

Схема з нульовим виводом трансформатора

Завдання

Для заданої схеми випрямляча та відомих параметрах напруги мережі, вважаючи трансформатор та вентилі ідеальними, а коефіцієнт трансформації трансформатора

1. Побудувати у відповідному масштабі часові діаграми струмів та напруг на обмотках трансформатора, вентилях та навантаженні, при активному ® навантаженні випрямляча.

Розрахувати:

а) середнє значення випрямленої напруги та струму UHCP, IHCP;

б) режим роботи вентилів випрямляча:

? середнє значення струму вентиля IVDcp;

? діюче значення струму вентиля IVDд;

? амплітуду зворотної напруги на вентилі UVDm;

? коефіцієнт форми струму вентиля КФ;

? коефіцієнт використання вентиля за напругою KVDu;

Вибрати за допомогою довідника відповідний тип вентиля, та навести його основні параметри;

в) розрахункові потужності первинної та вторинної обмоток трансформатора S1 та S2, а також типову (розрахункову) потужність трансформатора ST;

г) коефіцієнт використання трансформатора за потужністю КTVp;

д) коефіцієнт потужності випрямляча ?;

е) розкласти в ряд Фур'є випрямлену напругу UH (t) та визначити сталу складову Uо, а також амплітуду першої гармоніки пульсації UM (1);

ж) розрахувати коефіцієнт пульсації випрямленої напруги за першою гармонікою Kn (1);

1. Будуємо часові діаграми струмів та напруг на обмотках трансформатора, вентилях та навантаженні, при активному ® навантаженні випрямляча:

— напруга на першій u1(t) та другій u2(t) обмотці трансформатора однакова (трансформаторідеальний, а коефіцієнт трансформації за умовою) має вигляд:

Мал.

— струм і1(t) у першій обмотці трансформатора має вигляд:

Мал.

напруга uVD1(t) на діоді VD1 має вигляд:

Мал.

— струм іVD1(t) у діоді VD1 та струм і'2(t) співпадає і має вигляд:

Мал.

— напруга uVD2(t) на діоді VD2 має вигляд:

Мал.

— струм іVD2(t) у діоді VD2 та струм і''2(t) співпадає і має вигляд:

Мал.

— напруга uRн (t) на навантаженні має вигляд:

Мал.

— струм іRн (t) у навантаженні має вигляд:

Мал.

2. Розрахуємо:

а) середнє значення випрямленої напруги та струму, :

Знайдемо значення струму на кожному з часових проміжків:

На ?1: I1 =20В/15Ом = 1,333 А

На ?2: I2=90В/15Ом = 6 А

На ?3: I3 =70В/15Ом = 4,667 А

б) режим роботи випрямляча:

— середнє значення струму вентиля.

Оскільки кожний вентиль пропускає струм лише на одному півперіоді напруги, то середнє значення струму кожного вентиля буде в два рази менше ніж середнє значення струму на навантаженні:

— діюче значення струму кожного вентиля :

— значення амплітуди зворотної напруги на вентилі UVDm = 180 В.

— коефіцієнт форми струму вентиля КФ:

;

— коефіцієнт використання вентиля за напругою KVDu:

де — середнє значення напруги на виході випрямляча

Обираємо діод КД202Д, який має наступні параметри:

;

;

.

Також можна підібрати й інші діоди.

в) розрахункові потужності первинної та вторинної обмоток трансформатора S1 та S2, а також типову (розрахункову) потужність трансформатора ST:

— потужність первинної обмотки:

Знайдемо діюче значення напруги та струму на первинній обмотці:

— потужність вторинної обмотки:

— типова потужність трансформатора:

г) коефіцієнт використання трансформатора за потужністю :

— потужність постійних складових випрямленої напруги та струму. Постійна складова є середнім значенням функції за період, отже .

.

д) коефіцієнт потужності випрямляча ?:

оскільки діючі значення струму та напруги на навантаженні такі ж самі, як і діючі значення струму та напруги на первинній обмотці трансформатора, то

Знайдемо діюче значення струму на навантаженні:

Тоді:

е) розкладаємо в ряд Фур'є випрямлену напругу та визначаємо сталу складову U0, а також амплітуду першої гармоніки пульсації :

Будь-яка функція представлена рядом Фур'є має наступний вигляд:

де, ,

— постійна складова, яка є середнім значенням функції за період, та амплітуди косинусоїдних та синусоїдних членів ряду Фур'є.

Випрямлена напруга матиме період у два рази менший ніж вхідна напруга, тому для розкладу в ряд Фур'є період беремо: Т=0.3 мс.

Розкладаємо в ряд Фур'є випрямлену напругу:

Тривалість періоду випрямленої напруги дорівнює T:

; ;

Стала складова:

Знайдемо амплітуду першої гармоніки:

Можемо представити фунцію у наступному вигляді. Тоді для першої гармоніки запишемо:

Побудуємо графік для 30-ти перших та першої гармоніки:

Мал.

ж) розрахувуємо коефіцієнт пульсації випрямленої напруги за першою гармонікою

.

Висновок

трансформатор струм напруга випрямляч

В даній розрахунковій роботі були визначені основні параметри однофазного випрямляча в схемі з нульовим виводом трансформатора що працює від мережі змінного струму із ступінчатою формою напруги. Також були побудовані часові діаграми струмів та напруг на обмотках трансформатора, вентилях та навантаженні.

Були отримані наступні значенні основних параметрів випрямляча:

— коефіцієнт використання вентилів за напругою

— коефіцієнт використання потужності трансформатора

— коефіцієнт пульсації випрямленої напруги

— коефіцієнт потужності

Схему з нульовим виводом трансформатора краще використовувати при низьких значеннях випрямленої напруги (Ud<10В).