Неуправляемые и управляемые выпрямители

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО КУЛЬТУРЕ И КИНЕМАТОГРАФИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Кафедра технической электроники

Курсовой проект на тему

«Неуправляемые и управляемые выпрямители»

Выполнила студентка 711 гр.:

Плантенер Е.В.

Санкт-Петербург

2009г.

Техническое задание

31 вариант

Среднее значение выпрямленного напряжения: Uо=35 В:

Среднее значение 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: ѓс = 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 данном курсовом проекте мной были совершены:

1. Расчет неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой

2. Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром

3. Расчет управляемого выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом

4. Подбор трансформатора для двухфазной однотактовой схемы выпрямления

5. Разработка электрической схемы и печатной платы

Введение

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.

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:

Юa = Rн/(rT + p*rg*V +Rн) = 1;

Амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора:

E2m = v2*E2 = 56.5 В;

Частота пульсации на выходе выпрямителя:

ѓп(1) = ѓс *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/ Юa = 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 учетом активных rп и индуктивных Ls потерь:

U0 = m2/р*E2msin(р/m2) - I0(rп + (p*m2/2р)*щ* Ls);

Вывод:

Для данной двухфазной однотактной схемы выпрямления двухфазного сетевого 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). Также необходимо, чтобы диод способен был выдержать обратное напряжение

Uобmax = 100 (В), но рекомендуется взять запас в два раза, т.е. Uобmax = 200 (В), для стабильной работы диода. Для данной схемы также необходим понижающий трансформатор, 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*р*ѓc*m2*p*xc) = 1422 мкФ;

Полное сопротивление активных потерь:

rп = rтр+p*rgVD = Rн/k = 0.8 Ом;

Угол отсечки:

и = 36.5?;

Расчет параметров выпрямителя с углом отсечки и:

A(и) = rп*р/(m2*p*Rн) = 0.10;

B(и) = 1/(v2*cosи) =0.88;

D(и) = Iдейств/Iср = 2.45;

H(и) = C0*rп*ѓ*kп(1) = 8700;

F(и) = Iампл/Iср = 7.51;

Эффективное значение прямого тока диода:

IэффVD = IсрVD* D(и) = 3.06 A;

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по основной гармонике:

kп(1) = H(и)/ rп * ѓc *C0 = 0.13;

Действующие значения фазных ЭДС E2 в вентильной обмотке ПТ:

E2 = B(и)*U0 = 17.6 В;

Амплитудное значение фазных ЭДС в вентильной обмотке ПТ:

E2m = v2* E2 = 24.8 B;

Действующие значения тока в вентильной обмотке ПТ:

I2 = vp * D(и)* IсрVD = 3.06 A;

Амплитудное значение тока в вентильной обмотке ПТ:

I2m = F(и)* IсрVD = 9.38 A;

Коэффициент трансформации ПТ равен:

kU = E2/U1 = 0.182;

Вывод:

После добавления в схему неуправляемого выпрямителя C-фильтра некоторые параметры выпрямителя изменились:

- значение IэффVD увеличилось с 1.96А до 3.06А;

-значение kп(1) уменьшилось с 0.66 до 0.13, следовательно, фильтр работает 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 проекте выпрямителя, то лучшим является неуправляемый выпрямитель с емкостным фильтром. Значения коэффициента пульсаций значение kп(1) значительно уменьшилось с 0.66 до 0.13. Так как данный показатель относится к базовым электрическим показателем качества, то выбор обоснован. Хотя для полной оценки работы любого выпрямителя необходимо помимо базовых электрических показателей рассчитать еще и базовые энергетические показатели качества, но в рамках данной работы они не рассматривались.

После анализа расчетов и выбора наилучшего типа выпрямителя перейдем к проектированию его печатной платы. Так как электрическая схема была спроектирована в расчетной части, то необходимо теперь подобрать реальные элементы её на основе расчетных данных. Для данной схемы выпрямления нам понадобится: двухфазный трансформатор (преобразования напряжения); конденсатор постоянной емкости (уменьшает пульсаций); постоянный резистор (активная нагрузка); диод (преобразует переменное напряжение в пульсирующее однополярное). Маркировка данных элементов приведена в спецификации.

Чертеж печатной платы выпрямителя с расположение элементов (вид сверху)

Чертеж печатной платы выпрямителя (вид снизу)

Список литературы

1. Векслер Г.С., Пилинский В.В., «Электропитающие устройства электроакустической и кинотехнической аппаратуры». - К.: Выш. шк. Головное изд-во,1986г.

2. Корчагина Л.Г., Федоров А.П., Яковлева Л.П. «Выпрямительные устройства». Методические указания по дисциплине «Электропитающие устройства для студентов заочного и вечернего отделений специальности

201400.» -СПбГУКиТ, 2004 г., - 4 уч.изд.л.

3. Корчагина Л.Г., Фёдоров А.П., Яковлева Л.П. «Электропитающие устройства: Методические указания по выполнению лабораторных работ.

Часть 1. Выпрямители.» - СПбГУКиТ, 2002 - уч.изд.л.

4. Корчагина Л.Г., Фёдоров А.П., Яковлева Л.П. «Электропитающие устройства: Методические указания 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.

Формат	Зона	Поз.	Обозначение	Наименование	Кол-во	Прим.
			ПТ1	Траснформатор	1
				ТСМ-0.63 380/35 ТУ16-93ВИЕЛ671132.001
				Диоды
			VD1	КД-2999Б 100В 20А	1
			VD2	КД-2999Б 100В 20А	1
				Резисторы
			R1	MF-200*1.0 - 15.0 Ом	1
				Конденсатор
			С1	EHP-3300 - 4700 мкФ	1
						КТЭ.000001.ЭЗ
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата
Разработал	Плантенер Е.В.			Неуправляемый выпрямитель Схема электрическая принципиальная	Литер.	Лист	Листов
Проверил	Осипков Ю.П.				У
					СПбГУКиТ ФАВТ Группа 711
Н.контр.
Утв.