ИДЗ 1 Гайдук 5А03 электроника

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Полупроводниковые диоды и их применение

в выпрямительных устройствах

Индивидуальное домашнее задание №1

Вариант – 44

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Гайдук К.А.		22.10.2022
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ			Глазачев А.В.

Томск – 2022

Исходные данные

Дано:

-Номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке U_d=27 В;

-ток нагрузки I_d=5 А;

-дополнительный коэффициент пульсаций выходного напряжения на нагрузке k_п=0,05;

-частота питающей сети f=50 Гц;

-количество фаз n=1;

-номинальное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, U₁=220 В.

Расчет выпрямительного устройства

1. Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя:

Определим мощность и сопротивление нагрузки:

Мостовая схема выпрямления применяется наиболее часто. Их можно использовать при любом характере нагрузки (емкостная, индуктивная) при выходной мощности до 300 Вт. Ее применяют с емкостным, Г- или П-образными LC- и RC-фильтрами. Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на выпрямительных диодах, эффективное использование трансформатора. Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, в результате чего ее не рекомендуют применять при напряжениях нагрузки менее 5 В; невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

В результате проведенного анализа однофазных схем выпрямителей выбираем мостовой выпрямитель, потому что это наиболее распространенная схема выпрямления, а также наши данные больше всего удовлетворяют ограничениям данной схемы.

2. Расчет параметров сглаживающего фильтра:

Так как ток нагрузки составляет единицы, применяем Г-образный LC-фильтр.

Одним из основных условий является обеспечение явно выраженной индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, необходимой для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя. При индуктивной реакции фильтра меньше действующие значения токов в вентилях и обмотках трансформатора. Для обеспечения индуктивной реакции необходимо, чтобы:

Круговая частота напряжения сети- ,

m- количество пульсаций выпрямленного напряжения за период, для двухполупериодных m=2.

Величину емкости найдем из выражения:

где q-коэффициент сглаживания, который находится по формуле:

Проводим проверку условий эффективности работы фильтра:

Условия эффективности считаются выполненными, если параметры отличаются в более, чем 5 раз, т.е. выше условия выполняются.

3. Расчет параметров вентильного узла и выбор типов выпрямительных диодов:

Характер нагрузки выпрямителя может быть активным (R), активно- индуктивным (RL) или активно-ёмкостным (RC). Выпрямитель с выходным ёмкостным или резистивно-ёмкостным фильтром считается нагруженным на активно-емкостную нагрузку, а выпрямитель с фильтром, начинающимся на индуктивность – на активно-индуктивную нагрузку.

В нашем случае нагрузка активно-индуктивная.

Для того, чтобы выбрать тип полупроводниковых диодов выпрямителя, необходимо рассчитать с учетом характера нагрузки основные характеристики выпрямителя.

Находим значение максимального обратного напряжения U_обр.max, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа:

Среднее I_пр.ср, действующее I_пр.Д и максимальное I_пр.max значения прямого тока диодов равны:

Частота на выходе выпрямителя f_п:

По справочнику выбираем диод, имеющий ближайшее большие значения предельных параметров, который есть в базе программы EWB.

Выбираем диод 1N3880.

Характеристики диода 1N3880

Максимальное постоянное обратное напряжение: 100 В;

Максимальный постоянный прямой ток: 6 А;

Максимальная рабочая температура: -65…+150 °С;

Его конструкция:

Рис. 1. Конструкция диода 1N3880

4. Расчет параметров трансформатора:

Находим действующее значение напряжения U_2Д и тока I_2Д вторичной обмотки трансформатора:

Минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора равна:

5. Построение временных диаграмм выпрямителя:

Проверку соответствия применяемых компонентов режима их работы в выпрямителе проведем, смоделировав полученное выпрямительное устройство с использованием прикладной программы Electronics Workbench (Multisim).

Для получения «хорошей осциллограммы» увеличим значение индуктивности в 4 раза.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Рис. 3. Осциллограмма напряжения после вентильной группы

Рис. 4. Осциллограмма напряжения на нагрузке

Вывод: в данной работе мы провели анализ технического задания, выбрали принципиальную схему выпрямительных диодов, рассчитали параметры сглаживающего фильтра, выбрали Г-образный LC фильтр и питающего трансформатора. Также были построены временные диаграммы для рассчитанного выпрямителя.

Список использованной литературы

1. Глазачев А.В., Петрович В.П. Физические основы электроники:

Учебное пособие / − Томск: Издательство Томского политехнического

университета, 2012. − 212 с.

2. Справочник по диодам и диодным мостам. Datasheet на диод 1N3880 // https://www.vishay.com/docs/88516/1n3880.pdf