ИДЗ / ИДЗ1 (1)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»

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 – 76

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил:
студент гр. 5А21	Кулешов К.Д.	08.04.2024
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ	Глазачев А.В.

Томск – 2024

1. Общие методические указания

В индивидуальном задании необходимо: провести анализ технического задания, выбрать принципиальную схему выпрямителя, выпрямительные диоды, рассчитать сглаживающий фильтр, параметры питающего трансформатора, построить временные диаграммы для рассчитанного выпрямителя.

Исходные данные:

 номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке Ud = 5 В

 ток нагрузки Id = 1,5 А

 допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения на нагрузке kп= 0,06

 частота питающей сети f = 50 Гц

 количество фаз n=1

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

2. Расчет выпрямительного устройства

Процесс расчета выпрямительных устройств можно разделить на несколько этапов:

1) Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя;

2) Расчет параметров сглаживающего фильтра;

3) Расчет параметров вентильного узла и выбор типа выпрямительных диодов;

4) Расчет параметров трансформатора;

5) Построение временных диаграмм рассчитанного выпрямителя.

1) Анализ исходных данных и выбор принципиальной схемы выпрямителя

Определяем выходную мощность и сопротивления нагрузки:

Исходя из полученных значений выбираем двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Их можно использовать при напряжении нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт

2)Расчет параметров сглаживающего фильтра

Т.к. ток нагрузки составляет единицы ампер, применяем Г‐образный LC‐ фильтр.

Минимальное значение индуктивности фильтра:

где m  пульсность схемы, в нашем случае m=2, т.к. схема двухполупериодная;   круговая частота напряжения сети (=2f=2*50=314), рад/с

q  коэффициент сглаживания

Величину емкости найдем из выражения:

Проводим проверку условий эффективной работы фильтра:

;

Посмотрим на полученную осциллограмму после вентильной группы

Рис. 1 Осциллограмма после вентильной группы 1

Как мы видим из осциллограммы условия не выполняются. Следует увеличить значение индуктивности катушки до . Тогда емкость конденсатора получается

Осциллограмма с новыми значениями

Рис. 2 Осциллограмма после вентильной группы 2

Вновь произведем проверку

Условия выполняются и осциллограмма удовлетворительная.

3) Расчет параметров вентильного узла и выбор типа 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.

Максимальное обратное напряжение:

Максимальный прямой ток:

По справочнику выбираем диод, имеющий ближайшие большие значения предельных параметров.

Выбираем диод 1N3880 U_{обр max} = 100 В I_{пр ср max} =6 А

Рис. 3. Параметры диода 1N3880. Datasheet доступен в открытом доступе.

4) Расчет параметров трансформатора

Для расчета используем таблицу, в которой приведены соотношения для расчета параметров трансформаторов, работающих при различной нагрузке. Расчет проводим для активно‐индуктивной нагрузки.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:

Минимальная требуемая мощность вторичной обмотки трансформатора:

5) Построение временных диаграмм рассчитанного выпрямителя.

Рис. 4. Осциллограмма напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Рис. 5. Осциллограмма напряжения после вентильной группы

Рис. 5. Осциллограмма напряжения на нагрузке 1

Напряжение на нагрузке недостаточно, поэтому изменим напряжение на вторичной обмотке трансформатора, дабы получить требуемые значения

Рис. 6. Осциллограмма напряжения на нагрузке 2

Учебно-методическое пособия, использовавшиеся для выполнения работы

1. Электронная информационно-образовательная среда ТПУ (ЭИОС ТПУ) [Электронный ресурс], режим доступа: https://stud.lms.tpu.ru/pluginfile.php/168018/mod_assign/intro/MU_IDZ1.pdf, для доступа к информационному ресурсу требуется авторизация (08.04.2024)

2. Электронная информационно-образовательная среда ТПУ (ЭИОС ТПУ) [Электронный ресурс], режим доступа: https://stud.lms.tpu.ru/pluginfile.php/168018/mod_assign/intro/Spr.pdf?time=1663636096207, для доступа к информационному ресурсу требуется авторизация (08.04.2024)