Полупроводниковые диоды и их применение в схемах выпрямительных устройств

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионально образования

«ТОМСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

 

 

Индивидуальное  домашнее задание №1

 

Полупроводниковые диоды и их применение

в схемах выпрямительных устройств

 

Вариант 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  гр. 5а21

Батайкин  Д.М.

 

Проверил: преподаватель

Глазачев А.В.

 

 

 

 

 

 

Томск 2013

Исходные  данные

 

U_d = 12 В

I_d = 0.01 А

U₁ = 220 В

f = 50 Гц

n = 1

k_п = 0.09

 

 

 

Процесс выполнения задания

 

1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя.
2. Выбор диода.
3. Расчёт параметров сглаживающего фильтра.
4. Расчёт параметров трансформатора.
5. Моделирование диаграмм в EWB.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ исходных данных

 

Выпрямитель - устройство, преобразующее энергию переменного тока в энергию постоянного.

 

 

Схема выпрямителя:

Т - силовой трансформатор, который преобразует электрическую энергию переменного тока одного уровня в энергию переменного тока другого уровня.

 

В - вентильная группа, которая преобразует переменное напряжение в выпрямленное пульсирующее однополярное.

 

Ф - сглаживающий фильтр, который преобразует выпрямленное пульсирующее напряжение в напряжение по форме близкое к постоянному.

 

 

 

Определяем выходную мощность P_d и сопротивление нагрузки R_d:

 

 

 

 

 

Выбор принципиально  схемы выпрямителя:

 

В нашем случае мы можем выбрать  любую схему. Выбираем однополупериодную  схему выпрямителя, как наиболее простую.

 

 

Схема однополупериодного выпрямителя

 

 

 

 

 

2. Выбор диода

 

В нашем случае выпрямитель работает на активно-емкостную нагрузку, поэтому  выбор производится в 2 этапа:

 

 

1)Предварительный выбор диода для нагрузки

 

U_{обр max}=π×U_d=3.14×12= 37.68 (B)

 

При наличии активно-емкостной  нагрузки амплитудное и действительное значение тока могут существенно  превышать расчётное среднее  значение. Поэтому в целях исключения перегрузки выпрямительного диода  на практике для однополупериодной  схемы используют коэффициент - 2.2

 

I_{пр ср max}=2.2×π×I_d=2.2×3.14×0.01=0.07 (A)

 

 

Выбираем диод Д237А с параметрами:

 

U_{пр max}=1 (B) 

U_{обр max}=200 (В)

I_{пр max}=0.4 (A) 

 

 

2)Определяем вспомогательные  коэффициенты и уточняем параметры выбранного диода

 

находим сопротивление  трансформатора

 

r_тр=0.1×R_d=0.1×1200=120 (Ом)

 

 

 

 

находим сопротивление диода включенного в прямом направлении

 

 

 

 

r=r_пр+r_тр=122.5 (Ом)

 

 

Определяем коэффициент  А

 

 

 

Остальные коэффициенты определяем с  помощью графиков:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D=2.1           В=1.08           F=5.23             H=670

 

 

U_{обр max}=2×B××U_d=2×1.08×1.4×12=36.28 (B)

 

I_max=2.2×F×I_d=2.2×5.23×0.01=0.12 (A)

 

Предельные параметры превышают  расчёты, поэтому оставляем выбранный  диод.

 

3.Расчёт  параметров сглаживающего фильтра

 

 

Проверка эффективности  работы фильтра

 

 

 

 

 

 

 

4.Расчёт  параметров трансформатора

 

Расчёт действующего значения напряжения вторичной обмотки  трансформатора:

 

 

 

 

 

Рассчитаем минимальную  требуемую  мощность вторичной обмотки  трансформатора:

 

 

 

 

5.Моделирование  диаграмм в EWB

 

1)Схема №1  и  осциллограмма №1 (напряжение на входе выпрямителя)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)Схема №2  и  осциллограмма №2 (напряжение на выходе выпрямителя, работающего без фильтра)

 

3)Схема №3  и  осциллограмма №3 (напряжение на выходе выпрямителя, работающего с фильтром)

 

 

 

Вывод: в ходе выполнения работы были определены основные параметры всех деталей выпрямителя.  Опираясь на расчёты был выбран полупроводниковый диод Д237А. В итоге получили выпрямитель с на однополупериодной схеме с емкостным сглаживающим фильтром. Также была проверена работа выпрямителя в программе EWB  получены три осциллограммы, которые показывают процесс получения постоянного напряжения.