Полупроводниковые диоды и их применение в схемах выпрямительных устройств

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионально образования

Национальный  исследовательский

 «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергетический  Институт

Кафедра ЭПЭО

 

Индивидуальное  задание №1

 

«Полупроводниковые  диоды и их применение в схемах выпрямительных устройств»

 

Вариант 2

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы 5а21 Анучин А.О

 

Проверил: Глазачев А.В.

 

 

 

Томск 2013

Исходные данные:

 

1. Номинальное прямое напряжение      U_d=27 В
2. Ток нагрузки                                          I_d=3.5 А
3. Напряжение питающей сети                U₁₌220 В
4. Частота питающей сети                        f=50 Гц
5. Количество фаз                                      n=1
6. Допустимый коэффициент пульсации на нагрузке  к_п=0,035

 

Задание:

 

1. Провести анализ исходных данных.
2. Выбрать принципиальную схему выпрямителя.
3. Выбрать выпрямительные диоды.
4. Выбрать сглаживающий фильтр.
5. Рассчитать параметры питающего трансформатора.
6. Построить временные диаграммы.

 

                              1Анализ исходных данных

 

    Выпрямительным устройством, называется устройство, преобразующее   электрическую энергию переменного тока в энергию постоянного тока.

Схема выпрямителя:

 

 

 

 

 

 

 

Силовой трансформатор(Т) - служит для получения необходимой величина переменного напряжения из напряжения сети.

Вентильная  группа (В)– преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока.

Сглаживающий фильтр(СФ) – уменьшает пульсации выходного напряжения.

Нагрузка(Н)

 

Рассчитываем выходную мощность   сопротивление нагрузки :

 

 

 

 

2.Выбор принципиальной схемы  выпрямления.

 

• Однополупериодные выпрямители применяются в основном с емкостным фильтром при токах нагрузки до десятков миллиампер. Преимуществом таких выпрямителей являются простота и возможность работать без трансформатора. Их недостатки: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на диодах, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.

 

• Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяются при напряжениях нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт. На выходе выпрямителя устанавливают Г-или П-образные LC и RC фильтры. Преимущества этих выпрямителей: повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей, малое падение напряжения на вентилях. Недостатки: большая требуемая габаритная мощность трансформатора, повышенное обратное напряжение на вентильных диодах.
• Мостовая схема выпрямления применяется наиболее часто. Ее применяют с емкостным, Г- или П-образными LC и RC фильтрами. Достоинством мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на диодах, эффективное использование трансформатора. Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок. Описанные выше рекомендации по выбору схемы выпрямителя используют как для однофазных, так и для трехфазных схем выпрямления.

 

Исходя из приведенных выше данных, выбираем мостовую схему выпрямителя.

 

Рис. 2 Мостовая схема выпрямителя и ее временные диаграммы.

 

 

 

 

3.  Выбор сглаживающего фильтра

  Т. к. ток нагрузки велик,  применим LC-фильтр

 

 

 

Где ω – частота равная 2π∙ f; m – пульсность схемы, т.е. количество пульсаций за период. Для однофазного однополупериодного выпрямителя m = 1, для однофазного двухполупериодного со средней точкой и мостового выпрямителя m = 2 .

 

Величина емкости:

 

                                           

 

 

Проверка условий эффективности  работы фильтра:

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор выпрямительных диодов

  Для того чтобы выбрать  диод необходимо расчитать основные  хар-ки выпрямителя с учетом  характера нагрузки.Активно индуктивная  нагрузка.

  Максимальное обратное напряжение:

 

        Максимальный прямой ток:

 

      По этим данным находим в  справочнике диод:

 

Диод	,В	,А
Кд213А	200	10

5. Расчет параметров трансформатора

   Действующие  значения напряжения, силы тока  вторичной обмотки трансформатора :

 

 

  Минимальная  требуемая мощность вторичной  обмотки трансформатора  :

 

6. Проверка работы схемы( временные диаграммы)

  Произведём проверку полученного  выпрямителя, смоделировав его  в программе «Electronics Workbench»:

 

• Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

 

• Напряжение на выходе выпрямителя без фильтра

 

• Напряжение на нагрузке с фильтром

 

 

 

Вывод: В данной работе была спроектирована схема выпрямительного устройства, которое состоит из понижающего трансформатора, выпрямляющего блока (однофазный мостовой выпрямитель) и сглаживающего   индуктивно -емкостного фильтра.

  Были рассчитаны параметры деталей выпрямителя, и схема была проверена в электронной лаборатории «Electronics Workbench». В результате получены осциллограммы. Данные осциллограмм являются наглядным подтверждением того, как проходят процессы выпрямления и сглаживания переменного напряжения.