Шестифазный выпрямитель

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

«Шестифазный выпрямитель»

Санкт-Петербург 2009г.

Содержание

Техническое задание

Реферат

Введение

Расчетная часть

Проектирование печатной платы

Список литературы

Техническое задание

Среднее значение выпрямленного напряжения: U_о=40 В:

Среднее значение выпрямленного тока: I_о = 2.5 А;

Действующее значение напряжения на нагрузке: Е₂ = 29.6 В

Действующее значение тока вторичной обмотки: I₂ = 1 А

Частота питающей сети: ƒ_с = 60 гц

Пороговое напряжение вентилей: U_пор = 1.1 В

Дифференциальное сопротивление вентилей: r_д = 0.09 Ом

Коэффициент формы кривой: К_ф = 2.44 В

N = 15; K = 17;

Реферат

В данном курсовом проекте мной были осуществлены:

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 (ИВЭП), реализующие статический метод преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

Выпрямители классифицируются по ряду признаков:

1)Однофазное питание (50 Гц, 220 В)

Выпрямители питаются от одной фазы электросети. Число фаз первичной обмотки трансформатора m1 = 1.

2)Трёхфазное питание (50 Гц, 220/380 В)

Выпрямители питаются от трех фаз электросети. Число фаз первичной обмотки трансформатора m1 = 3.

Неуправляемые выпрямители – это выпрямители, у которых среднее значение напряжения (Uо) в процессе работы не регулируется.

Структурная схема неуправляемых выпрямителей

Неуправляемые выпрямители состоят из преобразовательного трансформатора ПТ, блока электрических вентилей (диодов) НВ и сглаживающих фильтров Сф.

Преобразовательный (сетевой) трансформатор предназначен для:

- преобразования сетевого напряжения по величине;

- преобразования числа фаз схемы выпрямления;

- гальванической развязки питающей сети и нагрузки.

Электрические вентили преобразуют по однотактной и двухтактной схеме переменное напряжение в пульсирующее однополярное, что и является собственно выпрямлением.

Сглаживающий фильтр служит для уменьшения переменной составляющей (пульсаций) выпрямленного напряжения и выделения постоянной составляющей, т.е. фильтр, превращает пульсирующее напряжение в практически постоянное.

Управляемые выпрямители - это выпрямители, выходное напряжение которых регулируется в заданных пределах.

Регулировать напряжение можно различными способами:

- дискретно изменяя число витков первичной или вторичной обмотки ПТ;

- изменяя число витков автотрансформатора;

- применяя управляемые вентили (тиристоры);

- применяя регулирующие элементы (транзисторы, дроссели насыщения и т.п.).

Классификация управляемых выпрямителей:

1) по роду напряжения:

- переменное (до выпрямления);

- постоянное (после выпрямления);

2) по способу регулирования:

- ручное;

- автоматическое;

3) по задаче регулирования:

- стабилизация;

- программное регулирование;

4) по режиму работы регулирующего (исполнительного) элемента:

- непрерывный;

- дискретный;

5) по типу регулирующего элемента:

-активный (тиристоры, транзисторы, дроссели);

-пассивный (трансформаторы, автотрансформаторы, переменные сопротивления).

Расчетная часть

Принципиальная шестифазная(m₂=6), однотактная(p=1) схема выпрямления трехфазного сетевого питания.

Эквивалентная схема выпрямителя.

Расчет идеального неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой.

E₂/U_o= 0.74;

I₂/I₀ = 0.4;

Коэффициент использования анодной цепи:

ή_a= R_н/(r_T + p_*r_g*^VD +R_н) = 0.944;

Амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора:

E_2m = √2_*E₂ = 41.7 В;

Частота пульсации на выходе выпрямителя:

ƒ_п(1) = ƒ_{с *}m_2*p= 360 Гц;

Сопротивление нагрузки:

R_н = U_o/I_o = 16 Ом;

Коэффициент пульсации: k_п(1) = 0.057

Среднее значение тока диода:

I_ср^VD= I₀/m₂ = 0.416 А;

Эффективное значение прямого тока диода:

I_эфф^VD= I_ср^VD_*k_ф = 1.015 А;

Амплитудное значение тока:

I_m= E_2m/R_н = 2.61 А;

Параметры диода:

U^VD_обmax=3.14_*U₀/ή_a = 88.5 В;

I_ср^VD / I_o= 0.16

Коэффициент трансформации

K_u =E₂/ U₁ = 29.6/ 220 = 0.134

Внешняя характеристика идеального выпрямителя

2/π_* E_2m= 26.6 В

Кривые мгновенных значений

Вывод: Для данной шестифазной однотактной схемы выпрямления трёхфазного сетевого питания необходимы диоды со средним значением прямого тока

I_ср^VD= 0.416 (А), желательно, чтобы диод выдерживал прямой ток не меньше

(А), так как эффективное значение прямого тока I_эфф^VD = 1.015 (А). Также необходимо, чтобы диод способен был выдержать обратное напряжение

U_обmax= 88.5 (В), но рекомендуется взять запас в два раза, т.е. U_обmax = 177 (В), для стабильной работы диода. Для данной схемы также необходим понижающий трансформатор, с коэффициентом трансформации K_u= 0.134.

Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром.

Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром

Сопротивление емкостного фильтра:

x_c= R₀/N= 1.06;

Емкость конденсатора в емкостном фильтре:

C₀ = 1/(2_*π_*ƒ_c*m_2*p_*x_c) = 4173 мкФ;

Полное сопротивление активных потерь:

r_п = r_тр+p_*r_g^VD = R_н/k = 0.941 Ом;

Угол отсечки:

θ = 25.0 эл.град;

Расчет параметров выпрямителя с углом отсечки θ:

A(θ) = r_п*π/(m_2*p_*R_н) = 0.03;

B(θ) = 1/(√2_*cosθ) =0.78;

D(θ) = I_действ/I_ср = 2.94;

H(θ) = C_0*r_п*ƒ_*k_п(1) = 1300;

F(θ) = I_ампл/I_ср = 10.8;

Эффективное значение прямого тока диода:

I_эфф^VD = I_ср^VD_* D(θ) = 1.22 A;

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по основной гармонике:

k_п(1) = H(θ)/ r_п* ƒ_c*C₀ = 0.005;

Действующие значения фазных ЭДС E₂ в вентильной обмотке ПТ:

E₂ = B(θ)_*U₀ = 31.2 В;

Амплитудное значение фазных ЭДС в вентильной обмотке ПТ:

E_2m = √2_* E₂= 44.1B;

Действующие значения тока в вентильной обмотке ПТ:

I₂ = √p _* D(θ)_* I_ср^VD = 1.22 A;

Амплитудное значение тока в вентильной обмотке ПТ:

I_m = F(θ)_* I_ср^VD = 4.5 A;

Коэффициент трансформации ПТ равен:

k_U = E₂/U₁ = 0.141;

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

- значение I_эфф^VDувеличилось с 1.015А до 1.22А;

-значение k_п(1) уменьшилось с 0.057 до 0.005, следовательно, фильтр работает нормально;

-действующие значения E₂ уменьшились с 29.6 В до 31.2 В;

-амплитудное значение E_2mуменьшилось с 41.7 В до 44.1 В;

-действующие значения I₂ увеличилось с 1 А до 1.22 А;

-амплитудное значение I_mувеличилось с 2.61 А до 4.5 А;

Средний ток в вентильной обмотке остался неизменным, I_ср^VD= 0.416 А.

Внешняя характеристика реального выпрямителя

Расчет управляемого выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.

Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.

a_m = U_cmax/U_cN = 1.05;

a_n = U_cmin/U_cN = 0.8;

U_cmax = 231B;

U_cmin = 176B;

ПриU_c = U_CN=220 В; E_2mN = 41,7 B; U_0,aN = 40 B;

При U_c = U_{c max} = 231 В; E_{2m max} = a_mE_2mN = 1.0541.7 = 43.78 B;

U_{0,a max} = a_mU_0,aN = 1.0540 = 42 B;

При U_c = U_{c min} = 187 В; E_{2m min} = a_nE_2mN = 0.841.7 = 33.36 B;

U_{0,a min} = a_nU_0,aN = 0.840 = 32 B;

α_кр =π/2- π/m₂=60°;

Проектирование печатной платы

В ходе расчёта трёх выпрямителей я пришёл к выводу, что наилучшим среди них является неуправляемый выпрямитель, работающий на активную нагрузку. Выбор пал на данный тип выпрямителей, так как их отличают меньшие массогабаритные показатели и простота схем.

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: трансформатор (преобразователь напряжения); конденсатор постоянной емкости (уменьшает пульсаций); постоянный резистор (активная нагрузка); диод (преобразует переменное напряжение в пульсирующее однополярное). Маркировка данных элементов приведена в спецификации. Провод сечением 3 мм по требованию заказчика.

Список литературы

1. Векслер Г.С., Пилинский В.В., «Электропитающие устройства электро-акустической 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 «Электро-питающие 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.