Выпрямители

Как мы видим, в обоих случаях  направление тока через нагрузку одинаково.

Преимущества: по сравнению  с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень  пульсаций, более высокий КПД, более  рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной  схемой мостовая имеет более простую  конструкцию трансформатора при  таком же уровне пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно  ниже, чем в первых двух схемах.

Недостатки: увеличение числа  вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного  напряжения на каждом из них.

Преимущества: вторичную  обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: значительные токи через вентили выпрямителя, уровень  пульсаций значительно выше, чем  в схемах двухполупериодных выпрямителей.

1.4. Схема удвоения напряжения

 

Рисунок 7 – Принципиальная схема выпрямителя с удвоением напряжения

 

 

Рисунок 8 – Осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя с двоением напряжения

Как показано на рисунке  8 U₂ – Напряжение вторичной обмотки трансформатор;

U_н – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в  одном полупериоде переменного  напряжения от вторичной обмотки  трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той  же обмотки – другой. Поскольку  конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих  конденсаторах (на нагрузке) в два  раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в  схеме с однополупериодным выпрямителем.

2. Расчет выпрямителя с удвоением напряжения при автотрансформаторном питании от сетки

Схема выпрямителя на рисунке  9, исходные данные: U_н0 = 270 В;              I₀ = 70 мА; U₁=127 В; K_п.вых = 0,1 %

 

Рисунок 9– Схема выпрямителя с удвоением напряжения и транзисторным фильтром

Выбираем вид диодов, для  чего определяем обратное напряжение

 

         (2)

Из выражения (2)

 

 

где                             

         (3)

 

Из выражения (3)

 

 

средний ток

I_ср = I₀ = 70 мА (4)

 

Выбираем высоковольтные диоды типа Д210 с U_обр = 500 В; I_ср = 100 мА; Ri = 5 Ом (как показано в приложении Б).

1. Расчет автотрансформатора.

В моём примере потребуетсяповышающий  автотрансформатор, так как U₀больше 2U₁. Находим мощность повышающего автотрансформатора, которая в схеме с удвоением напряжения равна

                         (5)

 

Из выражения (5)

 

 

 

Определяем выходное напряжение автотрансформатора, которое для  схемы с удвоением напряжения равно

                          (6)

 

Из выражения (6)

 

 

 

Принимая U₂ = 135 В, определяем токи, ток первичной обмотки, ток вторичной обмотки

 

 

 

 

Из выражения (7)

 

 

 

Из выражения (8)

 

 

 

Габаритная мощность повышающего  автотрансформатора

 

 

 

Из выражения (9)

 

 

 

По формулам (5) находим произведение Q_cQ₀для сердечника, автотрансформатора. Приняв марку провода обмотки ПЭШО, получаем

 

 

 

Из выражения (10)

 

 

По найденному значению Q_cQ₀выбираем пластины типа Ш10 с Q₀=0,75 см², а=1 см, b=0,5 см (как показано в приложении А). При этом получаем

 

 

Из выражения (11)

 

 

 

 

Из выражения (12)

 

 

 

 

Находим число витков w₁и толщину провода d₁ в сетевой (общей) части и число витков w₂и толщину провода d₂в повышающей части автотрансформатора

 

 

 

 

 

₍₁₇)

 

Из выражения (14)

 

 

 

Из выражения (15)

 

 

 

Из выражения (16)

 

 

 

Из выражения (17)

 

 

 

2.2.Расчет фильтра.

Емкость конденсатора на входе  фильтра.

 

 

Из выражения (18)

 

 

Номинальное напряжение конденсаторов  должно удовлетворять 

 

(19)

Коэффициент пульсации напряжения на входе фильтра

 

 

 

Из выражения (20)

 

 

При этом коэффициент сглаживания  фильтра должен быть

 

 

 

Из выражения (21)

 

 

 

В качестве фильтра можно  применить LC-фильтр или транзисторный  фильтр. Применим транзисторный фильтр.Выбираем транзистор, коллекторный ток которого удовлетворяет условию Iк_макс≥ 2I₀(в исходном расчетеIк_макс =2·70 = 140 мА).Наиболее часто в схемах фильтров используются низкочастотные мощные транзисторы. Выберем транзистор типа П201 со следующими параметрами: Iк_макс = 1,5 А, h_21э = 20, |Uкэ_макс| ~ 30 В,обратный коллекторный ток I_КБО≤ 0,4 мА, сопротивление коллекторного перехода r_к = 10⁴ Ом (как показано в приложении В).Принимая сопротивление резистора R₁=100 Ом, находим емкость конденсатора

 

 

 

где m– число фаз выпрямления;

f = 50 Гц–частота сети.

Из выражения (81)

 

 

Номинальное напряжение конденсатора должно удовлетворять условию U_c≥ 1,5I₀R₁ = 1,5·100·10^-3·70 = 10,5 В Задаемся падением напряжения на транзисторе U_KЭ~ (0,3÷ 0,7)Uкэ_макс, но не более 15—20 В. Принимаем    Uкэ =20 В.

Определяем сопротивление  резистора R2 по формуле

 

 

 

где

 

(24),

 

(25)

В исходном расчете из выражения (24)

 

 

 

Из выражения (25)

 

 

 

Из выражения (23)

 

 

 

Так как в формулу для  определения R₂ входят параметры транзистора, имеющие большой разброс, то расчет по этой формуле дает большую ошибку в определении сопротивления.

Более точно сопротивление  резистора R₂ можно определить экспериментально. Для этого на место резистора R₂ включают резистор с переменным сопротивлением того порядка, которое получено при расчете. Регулируя сопротивление резистора R₂, устанавливают его так, чтобы напряжение Uкэ равнялось принятому значению (в моём примереUкэ =20 В). После измерения R₂ резистор с переменным сопротивлением заменяют соответствующим постоянным сопротивлением.

Из выражения для коэффициента сглаживания фильтра (без конденсатора С₀)

 

 

 

где f_п–частота пульсаций выпрямленного напряжения (для двухполупериодных схем f_п = 2f₀, для однополупериодных f_п = f_c).Находим емкость конденсатора С_ф, необходимую для получения требуемого значения q.

 

 

 

Из выражения (27)

 

 

 

 

Принимаем С_ф= 60 мкФ с номинальным напряжением

 

U_c≥ 1,2U_н0(28)

 

Из выражения (28)

 

U_c = 1,2·270 324 В

 

Проверяем значение выпрямленного  напряжения на нагрузке

 

 

 

Из выражения (29)

 

 

 

где падение напряжения на фильтре

 

 

 

Из выражения (30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте  были углублены и закреплены теоретические  знания, полученные при изучении курса. Освоены методы расчетов электрических  схем и устройств в целом, приобретены  навыки в рациональном выборе и обосновании  элементов электрических схем и  самих электрических схем как  с точки зрения удовлетворения требованиям  технического задания, с точки зрения их технологичности, так и экономических  параметров, все электрические схемы  были построены на современной элементной базе, которая при тех же габаритных размерах обладает более лучшими  эксплуатационными параметрами, так  как в техническом задании  не были оговорены габаритные размеры  конструкции, то для обеспечения  заданного в техническом задании  коэффициента сглаживания пульсации  использовались фильтры построенные  с помощью катушек индуктивности, которые имеют сравнительно большие  размеры и массу. Научились работать с технической литературой, справочниками, обосновывать все решения на ее основе, что является хорошей основой  для правильного выполнения дипломного проекта и дальнейшей инженерной деятельности. Был произведен расчет источников питания, являющихся одними из наиболее распространенных узлов современной радиоэлектронной аппаратуры. В процессе выполнения курсовой работы был спроектирован и рассчитан стабилизатор напряжения последовательного типа для которого были выбраны типы используемых транзисторов, произведены расчеты параметров элементов схемы. Рассчитан однофазный мостовой выпрямитель, для которого по справочнику выбран диод для однофазного мостового выпрямителя, работающего на нагрузку с сопротивлением Rн и постоянной составляющей выпрямленного напряжения Uн. Определен ток и напряжение вторичной обмотки трансформатора, и мощность трансформатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной  литературы

 

1.Аккабаков А. Б., Тастенов  А.Д., Кошербаев Т. А. Расчет  однофазного стабилизированного  источника питания. Методические  указания. Павлодар, 2005-34с.

2.Денисов Н.П. Электроника.  Элементы электроники, цифровая  электроника. Часть 1:  Учебное  пособие. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001. - 131 с.: ил.

3.Карлащук В.И. Электронная  лаборатория на IBMPC. Программа ElectronicsWorcbench и ее применение. - М.: "Солон-Р", 2000. - 506 с.: ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

Таблица 1 – Типы пластин

	Размеры
Тип пластины	Ширина среднего стержня  a, см	Ширина окна b, см	Высота окна h, см	Площадь окна , см²	Пределы,
Ш-10	1	0,5	1,5	0,75	0,75-1,5
Ш-10	1	0,65	1,8	0,17	1,17-2,34
Ш-10	1	1,2	3,6	4,32	4,32-8,64
Ш-12	1,2	0,6	1,8	1,08	1,56-3,12
УШ-12	1,2	0,8	2,2	1,76	2,53-5,06
Ш-12	1,2	1,6	4,8	7,68	11,1-22,2
Ш-14	1,4	0,7	2,1	1,47	2,88-5,76
Ш-14	1,4	0,9	2,5	2,25	4,41-8,82
Ш-15	1,5	1,35	2,7	3,65	8,21-16,4
Ш-16	1,6	0,8	2,4	1,92	4,91-9,82
УШ-16	1,6	1	2,8	2,8	7,17-14,3
Ш-18	1,8	0,9	2,7	2,43	7,87-15,7
Ш-19	1,9	1,2	3,35	4,02	14,5-29
Ш-20	2	1	3	3	12-24
Ш-20	2	1,7	4,7	7,99	32-64
УШ-22	2,2	1,4	3,9	5,46	26,4-52,8
Ш-25	2,5	2,5	6	15	93,7-180,7
Ш-25	2,5	3,15	5,8	18,3	114-228
Ш-28	2,8	1,4	4,2	5,88	46,5-93
УШ-30	3	1,9	5,3	10,1	91-182
Ш-32	3,2	3,6	7,2	25,9	265-530
УШ-35	3,5	2,2	6,15	13,5	165-330
УШ-40	4	2,6	7,2	18,7	300-600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б

 

Таблица 2 – Диоды выпрямительные

Тип диода
Д7А	50	300	2
Д7Б	100	300	2
Д7В	150	300	2
Д7Г	200	300	2
Д7Д	300	300	2
Д206	100	100	5
Д207	200	100	5
Д208	300	100	5
Д209	400	100	5
Д210	500	100	5
Д211	600	100	5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение В

 

Таблица 3 – Транзисторы p-n-p большой мощности.

Тип прибора
П201АЭ	1,5	40	30	0,4
П201Э	1,5	20	30	0,4
П202Э	2	20	55	0,4
П203Э	2	-	55	0,4
П207	25	5…15	40	16