Расчетно-графическая работа № 6

РАСЧЕТ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ С ИДЕАЛЬНЫМ ДИОДОМ И ИДЕАЛЬНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ

 

Справочные данные и методические указания для выполнения РГР - 6

 

Выпрямители - это устройства, которые служат для преобразования переменного тока в постоянный. Они широко применяются в различных электронных аппаратах, так как большинство блоков этих аппаратов требует питания постоянным током. В общем случае структурная схема выпрямительного устройства содержит силовой трансформатор – Т, выпрямитель, который состоит из одного или нескольких диодов (вентилей), включенных по определенной схеме – В, сглаживающий фильтр – Ф и стабилизатор выпрямленного напряжения – Ст. К выходу выпрямительного устройства можно подключать различные приемники, которые для удобства называют нагрузочным резистором П – R_Н. Структурная схема однофазного выпрямительного устройства дана рис.31.

 

Рис. 31

 

Трансформатор служит для изменения величины синусоидального напряжения сети (С) до необходимого уровня, которое затем выпрямляется выпрямителем (В). Сглаживающий фильтр (Ф) уменьшает пульсации выпрямительного напряжения. Стабилизатор (Ст) поддерживает неизменным напряжение на приемнике (П) при изменении напряжения сети. Отдельные узлы выпрямительного устройства могут отсутствовать, что зависит от условий его работы.

Для упрощения расчетов примем, что приемник представляет собой резистивный двухполюсник с сопротивлением нагрузки, а диоды – идеальные ключи, то есть реализуют короткое замыкание цепи для тока в прямом направлении и ее разрыв для тока в обратном направлении.

Диоды - вентили выпрямителя выбирают так, чтобы среднее I_a и максимальное I_max значения тока через вентиль, а также обратное напряжение на нем U_вmax не превышало допустимого значения.

Схемы выпрямления, а также соотношения между токами и напряжениями приведены в табл.6.а.

 

Таблица 6а

 

Схема
m
Ud/U2	0, 45	0, 9	0, 9
I2/Id	1, 57	0, 785	1, 11
Uвmax/Ud	3, 14	3, 14	1, 57
Ia/Id		0, 5	0, 5
Iamax/Id	3, 14	1, 57	1, 57
I1/Id	1, 57/Kт	0, 785/Кт	1, 11/Кт
Sт/Pd	3, 09	1, 48	1, 23

Здесь:

m – число фаз преобразователя;

P_d = I_dU_d – мощность выпрямленного тока;

I₂, U₂ – ток и фазная ЭДС вторичной обмотки трансформатора;

S_т = U₁I₁ = U₂I₂ – типовая мощность трансформатора;

К_т = U₁/U₂ – коэффициент трансформации;

I₁ – ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора из сети.

 

Соотношения, приведенные в табл.6а используют в упрощенном расчете выпрямителей с идеальными вентилями и идеальным трансформатором при работе на активную нагрузку.

В случаях, когда расчетное обратное напряжение выпрямителя превышает U_вmax одного вентиля, применяют последовательное соединение вентилей (рис.32).

Рис. 32	Рис. 33

 

При этом каждый из вентилей необходимо шунтировать сопротивлением R, на порядок меньшим обратного сопротивления (сотни килоом) для того, чтобы обратное напряжение распределилось между вентилями равномерно.

Для пропускания больших прямых токов вентили соединяются параллельно (рис. 33). При этом для равномерного распределения прямого тока необходимо включать небольшие (доли ома) сопротивления R. Далее приближенно определяют основные проектные параметры трансформатора (без учета в нем потерь). К проектным параметрам трансформатора относятся I₂, U₂, I₁, U₁, S_т. Соотношения между этими величинами и выпрямленным током I_d и напряжением U_d приведены в табл. 6а.

Линейной, или временной диаграммой называется график изменения напряжений и токов в различных частях одной схемы по времени. Диаграммы строятся в едином масштабе времени, откладываются на оси абсцисс, одна под другой, так, чтобы в любом вертикальном сечении графика значения всех величин соответствовали одному и тому же моменту времени. Токи и напряжения откладываются на оси ординат в произвольном масштабе. Диаграммы следует построить не менее, чем за полтора периода. Для частоты сети f = 50 Гц период Т = 1/f = 0, 02 c.

На принципиальной схеме следует указать: питающий трансформатор, комплект диодов - вентилей с шунтирующими или добавочными сопротивлениями (если они есть), нагрузку в виде активного сопротивления.

 

Задание на выполнение РГР-6

 

Исходные данные выбираются из табл.6, б и табл.6, в.

Требуется:

1. Вычертить принципиальную схему выпрямительного устройства.

2. Выбрать вентили.

3. Определить проектные параметры трансформатора.

4. Построить линейные временные диаграммы:

- для первичной и вторичной обмоток трансформатора;

- для цепи нагрузки.

Таблица 6б

	Вариант выбирается (по последней цифре студенческого билета)
Схема выпрямления	Однофазная однополу-периодная	Однофазная двухполупериодная (мостовая)	Однофазная с выводом средней точки

 

Таблица 6в

Вариант	Задаваемая величина
(по списку в журнале	Напряжение сети	Среднее значение выпрямленного напряжения	Ток в нагрузке
группы)	U1, В	Ud, В	Id, А
			0, 1
			0, 3
			0, 5
			0, 4
			0, 5
			0, 6

 

Пример

Рассчитать однофазный двухполупериодный выпрямитель, работающий на активную нагрузку с идеальным трансформатором и идеальными вентилями.

Исходные данные: Схема выпрямления однофазная с выводом средней точки.

Напряжение сети (действующее) U₁ = 110 В.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d = 12 В; ток в нагрузке I_d = 8 A.

Принципиальная схема выпрямительного устройства представлена на рис. 34.

Рис. 34

 

Решение:

1. Выбор вентилей. Максимальное значение обратного напряжения по схеме U_вmax = 3, 14U_d = 3, 14× 12 = 37, 7 В.

Среднее значение тока через вентиль: I_a = 0, 5I_d = 0, 5× 8 = 4 A.

Максимальный ток через вентиль:

I_amax = 1, 57I_d = 1, 57× 8 = 12, 56 A.

На основании расчетных данных из приложения выбираем вентили -диоды кремневые Д 304 с параметрами: U¢ _вmax =100 В; I¢ _max = 5 A;
I¢ _amax =12, 5 А.

2. Проектные параметры трансформатора:

- Фазная ЭДС вторичной обмотки трансформатора:

U₂ = U_d/0, 9 = 12/0, 9 = 13, 3 В.

- Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I₂ = 0, 785I_d = 0, 785× 8 = 6, 28 A.

- Коэффициент трансформации трансформатора:

K_т = U₁/U₂ = 110/13, 3 = 8, 25.

- Ток в первичной обмотке трансформатора:

I₁ = (0, 785I_d)/K_т = 6, 28/8, 25 = 0, 76 А.

- Типовая мощность трансформатора: S_т = U₁I₁ = U₂I₂ = 83, 6 Вт.

- Мощность выпрямленного тока: P_d = I_dU_d = S_т/1, 48 = 56, 48 Вт.

- Построение линейных диаграмм. Отношение частот m = f_n/f_c = 2 (двухполупериодное).

 

Рис.35. Линейные диаграммы: а) первичной обмотки трансформатора;

б) вторичной обмотки трансформатора; в) цепи нагрузки

Контрольные вопросы к защите РГР-1

 

1. Что называется ветвью электрической цепи?

2. Что называется узлом электрической цепи?

3. Что называется контуром схемы электрической цепи?

4. Какое соединение элементов называется последовательным?

5. Какое соединение элементов называется параллельным?

6. Как формулируется 1 закон Кирхгофа?

7. Как формулируется 2 закон Кирхгофа?

8. Что такое простейшая и сложная электрическая цепь?

9. В каких случаях целесообразно применять метод преобразования схем (свертывание)?

10. Сформулируйте правило определения эквивалентного сопротивления двух параллельно соединенных сопротивлений.

11. Как формулируется правило определения сопротивления луча “звезды”, эквивалентной исходному “треугольнику”?

12. Как формулируется правило определения сопротивления стороны “треугольника”, эквивалентного исходной “звезде”?

 

Контрольные вопросы к защите РГР-2

 

1. В каких случаях целесообразно применять метод контурных токов и узловых потенциалов?

2. На основании каких законов электротехники выведены оба метода?

3. Что такое собственные сопротивления и проводимости? С какими знаками они используются в уравнениях?

4. Что такое общие сопротивления и проводимости? С какими знаками они используются в уравнениях?

5. Что такое контурные ЭДС?

6. Что такое задающие токи ветвей и как они определяются?

7. Как перейти от контурных токов к токам ветвей?

8. Как перейти от узловых потенциалов к токам ветвей? Какая особенность при этом, если в ветви имеется источник ЭДС?

9. Что такое баланс мощности? Для чего он рассчитывается? Какое физическое явление он отражает?

 

Контрольные вопросы к защите РГР-3, 4, 5

 

1. Какими параметрами характеризуется синусоидальная величина?

2. Что такое среднее, действующее значение синусоидальной величины? Как они определяются для синусоидальной величины?

3. Почему в уравнениях по законам Кирхгофа для действующих значений используется не алгебраическое, а геометрическое суммирование?

4. Может ли в схемах, где имеются R, L и C, отсутствовать сдвиг по фазе между входным напряжением и током? Объясните с помощью векторной диаграммы.

5. Как изменяется характер цепи (индуктивный или емкостной) в зависимости от соотношения сопротивлений?

6. Что такое треугольники напряжения и сопротивления, как их строить?

7. Почему при изменении частоты изменяются напряжения и токи?

8. Что является условием резонанса в последовательной электрической цепи? В параллельной?

9. Что такое комплексная амплитуда и комплекс действующего значения? Что является модулем комплексного тока или напряжения?

10. Как перейти от мгновенного значения синусоидальной величины, записанной в тригонометрической форме, к комплексу и наоборот?

11. Когда применяется алгебраическая, а когда - показательная форма записи комплексных токов, напряжений, сопротивлений?

12. Дайте определение трехфазной электрической цепи.

13. Какое соединение трехфазной системы называется “звездой”?

14. Как приемники трехфазной системы соединяются “треугольником”?

15. Какие два вида напряжений и токов различают в трехфазных цепях?

16. Каково соотношение между линейными и фазными токами при соединении приемников “звездой”? “Треугольником”? (любой случай нагрузок в фазах).

17. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении приемников “звездой”? “Треугольником”? (Любой случай нагрузки в фазах).

18. Как изменится активная мощность, если трехфазный симметричный приемник, соединенный “звездой”, будет переключен в “треугольник”?

 

Контрольные вопросы к защите РГР-6

 

1. В каком устройстве обязательно имеется выпрямительная схема?

2. Какие схемы выпрямления Вы знаете?

3. Что называется внешней характеристикой выпрямителя?

4. Каким должно быть соотношение между прямым сопротивлением диода R_пр и сопротивлением нагрузки R_н?

5. Какой выпрямитель (ламповый или полупроводниковый) обеспечивает более качественное выпрямление?

6. Изобразите, какова форма тока, проходящего через каждый диод мостовой схемы?

 

 

Библиографический список

 

1. Сергашова Н. А. Задание и методические указания к выполнению расчетно-графических работ № 1, 2, 3 (а, б) по электротехнике. - Самара: СамИИТ, 1994.

2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. - М.: ВШ, 2000.

3. Волынский А. и др. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Иванов И., Равдоник В. С. Электротехника. - М.: ВШ, 1985.

5. Сборник задач по электротехнике и основам электроники/Под ред. В. Г. Герасимова. - М.: ВШ, 1985.

6. Шебес Р. Задачник по теории линейных электрических цепей. - М.: ВШ, 1982.

7. Сборник задач с решениями по общей электротехнике/Под ред. В. К. Пономаренко. - М.: ВШ, 1972.

8. Глушков Н. Электроснабжение строительно-монтажных работ. - М.: Стройиздат, 1982.

9. Будников В. Ф. Задание и методические указания к выполнению расчетно-графической работы № 1 по 1-й части теоретических основ электротехники. - Куйбышев: КИИТ, 1985.

10. Санникова Л. А. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ №№ 1-3 по электротехнике. - Самара: СамИИТ, 1993.

11. Сидоров Б.Л. Методические указания к использованию комплексных чисел в ТОЭ, электротехнике. - Самара: СамИИТ, 2000.

12. Сазонов В.В. Математические модели гармонических колебательных процессов и их использование при расчете электрических цепей. Учебное пособие. - Самара: СамГАПС, 2002.

 

Приложение 1

 

Полупроводниковые выпрямительные диоды

 

Тип прибора	Средний прямой ток Ia, A	Максимально допустимый ток Iamax, A	Максимально допустимое обратное напряжение Uвmax, B
Д 7А	0, 3	1, 0
Д7В	0, 3	1, 0
Д7Д	0, 3	1, 0
Д7Ж	0, 3	1, 0
Д226Е	0, 3	1, 5
Д229А	0, 4	1, 6
Д229К	0, 7	1, 8
Д302	1, 0	4, 0
Д303	3, 0	4, 5
Д304	5, 0	12, 5
Д305	10, 0	20, 0
Д242Б	2, 0	6, 0
Д243	10, 0	30, 0
Д245	10, 0	30, 0
Д246	10, 0	30, 0
Д247	10, 0	30, 0
Д248Б	5, 0	15, 0
КД202А	5, 0	14, 0
КД202В	5, 0	14, 0
КД202Д	5, 0	14, 0
КД202Ж	5, 0	14, 0
КД202К	5, 0	14, 0
КД202М	5, 0	14, 0
КД202Р	5, 0	14, 0

 

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться:

Популярное:

1. D триггеры, работающие по фронту.
2. I. Техники безопасности при подготовительных работах.
3. II. Работа со словарём. Научитесь одним движением руки открывать нужную букву в словаре.
4. А - типовые, разработанные в СоюзДорПроекте; б - из стеклофибробетона
5. Акушерство: работа с младенцами и детьми
6. В эксперты надо взять того, кто считает, что работа займет очень много времени и обойдется очень дорого.
7. Вас облагают налогами даже после того, как вы перестаете работать
8. Внутренняя работа: маргинализация и ваш ум дзен
9. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике
10. Вопрос 1. Какие работы относятся к работам на высоте?
11. Вопрос 31. Функции в Excel. Классификация. Работа с мастером функций.
12. Вставка и работа с графическими объектами в Microsoft Word. Создание и работа с графическими надписями WordArt