нагрузки, в режиме, близком к холостому ходу. Коэффициент умножения напряжения зависит от числа каскадов, каждый из которых состоит из диода и конденсатора (на рис. 9.2, б, четыре каскада). Напряжение на всех конденсаторах, кроме С1, равно IVzm- На С1 напряжение равно U2 . Частота пульсации равна частоте сети; обратное напряжение на диоде равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора 2U2 .

9.2. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

В результате расчета выпрямителя должны быть определены параметры и тип диодов и параметры трансформатора.

Расчет вьшрямителей, работающих иа емкостной и Г-образный RC фильтры

При расчете исходными величинами являются номинальное выпрямленное напряжение Uq, В; ток нагрузки 1, А; сопротивление нагрузки R = Uq/Io, Ом; вьгходная мощность Ро = UqIq, Вт; номинальное напряжение сети Ui, В; относительное отклонение напряжения сети в сторону повыщения и понижения = (Uinax - -ио/и.; a i = (Ui-Ui , )/Ui; частота тока сети f , Гц, допустимый коэффициент пульсации к„01 =Uoi../Uo.

Возможный порядок расчета:

1. На основании рекомендаций § 9.1 выбираем вариант схемы выпрямителя.

Если выбран вариант с умножением напряжения (рис. 9.2, б), то ориентировочно выбираем число каскадов умножения к. Желательно к выбирать так, чтобы напряжение на вторичной обмотке трансформатора Uj не превышало 2...3 кВ, в этом случае напряжение на конденсаторах Uc2 = = 2U2 не должно превыщать 4...6 кВ. Число конденсаторов и диодов при этом п = 2к.

2. Определяем сопротивления трансформатора rjp вентиля Гцр и по их значениям находим сопротивление фазы вьщрямителя Гф.

В формулах табл. 9.1 В, Т,-магнитная индук-

Таблица 9.1. К определению г^р и Гф

Схема вы- г,р

прямления

Рис. 9.1,о Рис. 9.1,6 Рис. 9.1,в

(2... 2,35)

I f,B Vl,6U /o

Рис. 9.2,fl

Рис. 9.2,6

(2... 2,35)

JJoL ПЖ

п%в V i,6U i,

ция; j, А/мм,-средняя плотность тока в обмотках трансформатора; п = 2к, где к-число каскадов умножения. Магнитную индукцию В принимаем равной 1,1... 1,5 Т; задаемся j ~ 2... ... 3,5 А/мм

Для определения сопротивления диода в прямом направлении г„р необходимо ориентировочно выбрать его тип и из справочника определить прямое падение напряжения Одр.

Выбор диода осуществляется по среднему выпрямленному току 1др и амплитуде обратного напряжения Uojpm . Приближенные значения Inp.cp и и„вр и1 приведены в табл. 9.2

Таблица 9.2. Приближенные значения 1 ,.р и

обр max

Схема выпрямления I

Рис. 9.1,а Рис. 9.1,6 Рис. 9.1,в Рис. 9.2,а Рис. 9.2,6

3Uo(l+a J 3Uo(l+a J l,5Uo(l -Ha J l,5Uo(H-a J 3Uo(l+a .yn

Диод должен быть выбран так, чтобы его максимально допустимое обратное напряжение было больше, чем в рабочем режиме выпрямления. Ток 1др ср должен быть меньше максимально допустимого среднего тока диода, указанного в справочнике.

Выбрав тип диода, находим U и определяем сопротивление вентиля г„р = идД,р ,.р.

Если выпрямители по схемам рис. 9.1,а-в работают на Г-образный RC фильтр, то в сопротивление фазы Гф следует включить сопротивление фильтра Кф, принимаемое равным (0,1...0,25) R,.

3. Определяем параметр А:

А = 1о71Гф/ио (для рис. 9.1, а);

А = 1о71Гф/2ио (для рис. 9.1,6, в);

F D В 11

В

3.01,4 2fi

\1,г

1,г и ы

1.0

гмо

1,8 Bfi

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 0,7 0,8 Рис. 9.3

Таблица 9.3. Параметры выпрямителей при работе иа емкостную нагрузку (рис. 9.1 и 9.2)

Ha нечетных конденсаторах. * На четных конденсаторах.

А = 21о7СГф/ио А=1о7СГфП2ио

(для рис. 9.2, а); (для рис. 9.2,6).

4. Определив А из графиков рис. 9.3, найдем параметры В, D, F. Из выражений, приведенных в табл. 9.3, определяем U2, Ij, I1, S, Vipm.

ир.со ир, npmax

Проверяем, подходят ли выбранные диоды по величинам Up , , I ,

5. Из графиков рис. 9.4 определяем параметр

Для схем рис. 9.1, а и 9.2, а Н определяем по кривой m = 1, для схем 9.1,6, в-по кривой m = 2.

По заданному коэффициенту пульсации к^щ и величине Н определяем емкости, мкФ:

Н

С = . (для рис. 9.1,а-в);

С,=С, = ;

н

(для рис. 9.2, а).

2ГфКи01

Задаваемое в начале расчета значение k oi не должно превышать (0,1...0,15), а также максимально допустимое значение, указанное в ТУ на конденсаторы.

При выборе конденсаторов для вьшрямителя с удвоением напряжения (рис. 9.2, а) необходимо учесть, что коэффициент пульсации на каждой емкости приблизительно в 2 раза больше, чем результирующий.

Выпрямитель с умножением напряжения емкости конденсаторов всех звеньев принимают одинаковым и равными, мкФ,

° 2(п + 2)10*.

fcUo

6. В результате расчета получаем исходные данные для определения параметров трансформатора выпрямителя Uj, Uj, I2, S.

Расчет выпрямителей, ра&отаницих иа фильтр, начинающийся с индуктивности (рис. 9.1,6, в). Исходные данные для расчета: Uq, В; 1о, А; R, Ом; Ро = Uolo, Вт; Ui, В; а„ , а„, ; f Гц. О 0,1 0,г 0,3 0,h 05 А По формулам, приведенным в табл. 9.4,

определяем параметры диодов и^р,., Рис. 9.4 Выбираем диоды с учетом того, что обратное

Таблица 9.4. Параметры выпрямителей при работе иа индуктивную нагрузку (рис. 9.1,б,в)

напряжение Up , приложенное к диоду, должно быть меньше максимального обратного напряжения для выбранного типа диода. Ток 1 р должен быть меньше предельно допустимого среднего тока, указанного в справочнике. Из справочника определяем прямое падение напряжения на диоде U p.

2. По формулам, приведенным в табл. 9.1, находим сопротивление трансформатора.

3. Определяем напряжение холостого хода

где N-число диодов, работающих одновременно, N= 1 для схемы рис. 9.1а, б и N = 2 для схемы рис. 9.1 в.

4. По значениям u , Iq, Pq из табл. 9.4 определяем параметры трансформатора Uj, Ij, Ii, S. Они являются исходными для расчета трансформатора.

9.3. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Параметры фильтра

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания, который определяется отношением коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе (на нагрузке):

Коэффициент пульсации на входе фильтра определяется типом схемы выпрямления и равен

- Uo i/Uo = кдо!,

где Uo i и Uq-амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсации на выходе фильтра к„..ых = U i/U , где и„ 1 и и„-амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая напряжения на нагрузке.

индуктивио-емкостиых фильтров

Наиболее широко используют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (рис. 9.5). Для сглаживания пульсации таким фильтром необходимо, чтобы Х(,. R, ах х .

При выполнении этих условий, пренебрегая потерями в дросселе, получим коэффициент сглаживания Г-образного фильтра

С1 ф

q Uo ,/U, i = (mmfhC - 1,

где (о = 2jcf. Для схем рис. 9.1, б, в m = 2. Для f = 50 Гц

LC, = 10(q -I- \)/т\

Определив произведение LCj, Гн-мкФ, необходимо найти значения L и Cj в отдельности.

Одним из основных условий выбора L является обеспечение индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, необходимой для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя. Кроме того, при индуктивной реакции фильтра меньше действующие значения токов в вентилях и обмотках трансформатора, а также меньше габаритная мощность трансформатора. Для обеспечения индуктивной реакции необходимо, чтобы

Рис. 9.5

(m - l)ma)Io (m - \)та

Выбрав индуктивность дросселя и зная произведение LCi, можно определить емкость Cj,

При расчете фильтра необходимо также обеспечить такое соотношение реактивньгх сопротивлений дросселя и конденсатора, при котором не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки.

Если нагрузка постоянна, то условием отсутствия резонанса является

cOq та)/2,

где щ - собственная угловая частота фильтра, равная l/y/hcl. Это условие выполняется при q>3.

Если ток нагрузки изменяется с угловой частотой в) , то условие отсутствия резонанса можно записать в виде

(Оо < 0) /2,

где (Од = 2jrf - частота тока нагрузки.

Зная L, можно рассчитать или выбрать стандартный дроссель фильтра. По найденной из расчета емкости можно выбрать конденсатор. При этом необходимо, чтобы мгновенное значение напряжения на нем не превышало его номинального напряжения. Для этого конденсатор следует выбрать на напряжение холостого хода выпрямителя при максимальном напряжении сети, увеличенное на 15...20%. Это необходимо для обеспечения надежной работы конденсаторов при перенапряжениях, возникающих при включении выпрямителя. Необходимо также, чтобы амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не превышала предельно допустимого значения.

П-образный CLC фильтр (рис. 9.5) можно представить в виде двухзвенного фильтра, состоящего из емкостного звена с емкостью Cq и Г-образного звена с L и Cj. При расчете П-образного фильтра емкость Со и коэффициент пульсации напряжения на емкости Со известны из расчета выпрямителя.

Коэффициент сглаживания Г-образного звена фильтра равен отношению коэффициентов пуль-