ОПТ Коновалов Мишуров Семенов
.pdf40
Umобр 215 В, |
|
|
|
|
|
IV 2 |
А, |
|
|
|
|
IVm 14,6 А |
|
|
|
|
|
выбираем |
диод |
Т112-10-4 |
класса |
с |
параметрами |
Uу 4 100 |
400 В, |
Imcp 10 А (при использовании без обдува |
радиатора можно использовать по току примерно на 30 %, что близко к нашей загрузке).
24. Вольтамперная характеристика диода, приведенная на рисунке 13 — из справочника.
iA |
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
14,6 |
|
|
|
|
10 |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
U0 |
1 U |
2 |
3 |
U |
|
||||
|
Рис. 13 |
|
|
Аппроксимируем ее прямой линией, проводя ее через две точки
i IVm 14,6 А и i Icp 2 А;
при IVm1 |
14,6 UV1 1,7 В; |
при IVm2 |
2 UV2 1 В. |
Аппроксимирующая кривая пересекает ось абсцисс при
U U0 0,7 В.
Динамическое сопротивление диода
r |
|
U |
|
UV1 |
UV2 |
|
1,7 1 |
|
|
0,7 |
55,6 10 3 Ом. |
|
i |
IVm1 |
IVm2 |
14,6 2 |
12,6 |
||||||||
дин |
|
|
|
|
|
41
25. Потери мощности на одном диоде
PV1 IV U0 IV2эф rдин 2 0,7 52 55,6 10 3 2,79 Вт.
26.Потери мощности на всех диодах
PV 2m2 P1 6 2,79 16,8 Вт.
27.Выбираем конденсатор фильтра по следующим исходным данным:
постоянная составляющая напряжения равна напряжению на нагрузке Ud 200 В;
амплитуду переменной составляющей напряжения найдем из условия
кп1 Uкм~ 0,03
Ud
Uкм~ 0,03 Ud 0,03 400 12 В;
частота переменной составляющей
f1 mп fc 6 50 300 Гц;
емкость фильтра С=152 10 6 Ф.
По этим данным из справочника [7. стр.131] выбираем оксидный алюминиевый полярный конденсатор с фольговыми обкладками К50-27, предназначенный для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов и в импульсных режимах.
Параметры и характеристики конденсатора: номинальное постоянное напряжение — 300 В; емкость одного конденсатора С1=100 мкФ; количество конденсаторов
N C 152 2 шт.;
C1 100
42
28.Амплитуда переменной составляющей на частоте 50 Гц
(см. []) для C1 100 10 6 Ф, Umд50 20 В.
29.Амплитуда допустимой переменной составляющей на
частоте 300 Гц при температуре 50 С
Umд Umд50 к( f )n(T C) 20 0,25 0,8 4 В.
Итак, выбранный конденсатор по допустимым пульсациям не проходит.
Возможно несколько вариантов решения этой задачи:
29.1. Увеличить емкость фильтра до такой степени, чтобы коэффициент пульсаций уменьшился до 0,01, т.е. из п.18
600 |
|
|
||
C мкФ |
|
|
456 мкФ |
|
2,64 50 0,01 |
||||
|
|
|||
и выберем количество конденсаторов |
N 5 шт., что даст сум- |
|||
марную емкость 500 10 6 Ф. |
|
29.2. Взять конденсатор меньшей емкости (см. [7]), например, C1 2,2 мкФ, у которого Umд50 70 В, тогда
N C 152 69 штук.
C1 2,2
Umд Umд50 к( f )n(T C) 70 0,25 0,8 14 В.
2.9.3. Выбрать другой тип конденсаторов.
30. Остановим свой выбор на первых двух вариантах. Но при этом надо иметь в виду, что окончательный выбор можно осуществить, если применить какой-либо критерий выбора, например, минимум стоимости, массы или объема.
43
3.5Задачи по выпрямителям с умножением напряжения (умножители напряжения)
3.5.1 Рассчитать параметры трансформатора, диодов и конденсаторов в схеме несимметричного умножителя напряжения по следующим исходным данным:
напряжение сети U1 220 В;
напряжение на вторичной обмотке U2 141 В; число ступеней умножения p 8;
сопротивление нагрузки — 100 103 Ом; коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке к'п 0,03.
1. Формализуем задачу.
Схема — несимметричный умножитель напряжения с четным числом ступеней умножения;
Rн 100 103 Ом;
U1 220 В;
U2 141 В;
p8;
к'п 0,03;
fc 50 Гц
__________________________________________________________________________________
Uн , Iу, Рн , ктр, I2, P2, I1, P1, Pтр, IVi, IVmi, PVi,
Umобр , Uc i, Uc i=?
Здесь обозначения приняты такие, как и раньше, индекс i 1, 2, 3...p в токах и напряжениях диодов и конденсаторов предполагает, что нужно найти параметры всех диодов и конденсаторов.
2. Схема несимметричного умножителя напряжения с четным числом ступеней представлена на рис. 14.
44
i |
r |
C1 |
|
C3 |
|
C5 |
|
C7 |
|
|
|
тр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
iV3 |
|
|
|
|||||
U1 |
|
iV1 |
VD2 |
VD4 |
iV5 |
VD6 iV7 |
VD8 |
||||
|
i2 |
VD1 |
iV2 |
VD3 |
iV4 |
VD5 |
iV6 |
VD7 iV8 |
|||
|
|
C |
2 |
|
C4 |
|
Uн |
C6 |
|
C8 |
Iн |
|
|
|
|
R |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 14 |
|
|
|
|
|
|
3. Принцип работы схемы.
При отрицательной полярности напряжения на вторичной обмотке (+внизу) открывается диод VD1 и конденсатор C1 заряжается до напряжения Ud1 близкого к U2m, при положительной полярности (+вверху) открывается диод VD2 и конденсатор C2 заряжается до напряжения U2m UC1 2Ud1, и т.д. В установившемся режиме работы все конденсаторы будут заряжены с полярностью, указанной на схеме, причем
UC1 U2m cos Ud1; UC2 UC3 ...UC8 2U2m cos 2Ud1, (1)
где — угол отсечки как у выпрямителя, работающего на емкость.
Причем в установившемся режиме работы при положительной полярности напряжения будут включены диоды с четными номерами, и будут заряжаться конденсаторы с четными номерами (к которым подключена нагрузка), а конденсаторы с нечетными номерами будут разряжаться токами заряда «четных» конденсаторов.
В отрицательный полупериод будут заряжаться конденсаторы с нечетными номерами, а конденсаторы с четными номерами будут разряжаться током нагрузки и токами заряда «нечетных» конденсаторов.
4. При таких допущениях можно определить токи диодов
45
i |
|
U2m cos t UC1 |
|
U2m cos t Ud1 |
; |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
V1 |
|
|
|
|
rтр rV1 |
|
|
rтр rV1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
i |
|
U2m cos t UC1 |
UC2 |
|
U2m cos t Ud1 |
; |
|
||||||||
V2 |
|
|
|
|
rтр rV2 |
|
|
|
|
rтр rV2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
U2m cos t UC2 |
UC3 |
(2) |
||||||||||
i |
|
UC1 |
|
U2m cos t Ud1 |
; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
V3 |
|
|
|
|
rтр rV3 |
|
|
|
|
rтр rV3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|||||||||||||||
i |
|
U2m cos t Ud1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
V8 |
|
|
|
|
rтр rV8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенные выражения показывают, что токи всех диодов, в пределах принятых допущений, одинаковы и имеют такую же форму, как и ток диода в однополупериодном выпрямителе, для которого известна следующая форма записи:
iVэф U2m cos t U2m cos rтр rV
|
U |
cos |
|
|
cos |
|
|
|
||
|
d1 |
t |
|
|
|
, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
rтр rV |
|
cos |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
U2m cos t cos rтр rV
(3)
где — угол отсечки.
5. Найдем средние значения токов заряда и разряда конденсаторов с учетом того, что средние значения токов всех диодов равны между собой, а средний ток заряда конденсаторов равен среднему току разряда (последнее следует из установившегося значения напряжения на конденсаторах):
для конденсатора C8
I |
зар.С8 |
I |
V8 |
I |
V |
, |
|
|
|
(4) |
|||
|
|
Iн, |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Iразр.С8 |
|
|
|
Iзар.С8 Iразр.С8 IV Iн ;
для конденсатора C7
I |
зар.С7 |
I |
V7 |
I |
V |
I |
н |
, |
|
|
|
|
|
|
(5) |
||||
|
|
IV8 |
IV |
Iн; |
|||||
|
|
|
|||||||
Iразр.С7 |
|
46
для конденсатора C6
I |
зар.С6 |
|
I |
V6 |
|
I |
V8 |
2I |
н |
, |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
IV7 Iн |
2Iн; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Iразр.С6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для конденсатора C5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
зар.С5 |
|
|
I |
V5 |
I |
V7 |
2I |
н |
, |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
|||||||
|
|
разр.С5 |
|
|
IV6 IV8 |
|
2Iн; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
I |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аналогично для конденсаторов C4, C3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
I |
зар.С4 |
|
|
I |
зар.C3 |
|
3I |
н |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Iразр.C3 3Iн; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
I |
разр.С4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для конденсаторов C2, C1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
зар.С2 |
I |
зар.C1 |
4I |
н |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Iразр.C1 4Iн. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
I |
разр.С2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В общем случае для конденсаторов с четными номерами |
|||||||||||||||||||||||||||||||
справедливо выражение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Iзар.Сi |
Iразр.Сi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i Iн |
, |
(10) |
||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||
где i 2, 4, 6,...,2 j...p. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для конденсаторов с нечетными номерами |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p 2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Iзар.Сi Iразр.Сi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
Iн |
, |
(11) |
|||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||
где i 1, 3, 5,...,(2 j 1),...(p 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
7. Напряжение на нагрузке будет равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Uн UC2 UC4 UC6 UC8 4 2 Ud1 8Ud1. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
В общем случае |
|
Uн p Ud1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47
8. Среднее значение тока диода, равное среднему значению тока нагрузки, найдем из (3):
|
|
1 |
|
Ud1 |
|
|||||
Iн IV |
|
|
|
|
|
|
|
cos cos d |
|
|
|
2 |
rтр rV cos |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Ud1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
tg . |
(13) |
|||
|
|
|
|
rтр rV |
||||||
Выражая Ud1 |
из (12) и подставляя его в (13), получаем |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Uн |
|
|||
|
|
Iн |
|
|
tg , |
|
||||
|
|
|
p rтр rV |
|
откуда следует, что расчетный параметр A, по аналогии с однополупериодным выпрямителем, работающим на емкость,
A tg |
p rтр rV I |
н |
|
p rтр |
rV |
|
|
|
|
|
|
. |
(14) |
||
Uн |
|
|
|
||||
|
|
|
Rн |
|
Выражение (14) для параметра A показывает, что он в умножителе в р раз больше, чем в однополупериодном выпрямителе, что можно трактовать как увеличение внутреннего сопротивления умножителя в р раз.
9. Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диодам на холостом ходу, будет равно
Umобр 2U2m 2U2 2 400 В.
10. Напряжение на нагрузке по (12) мы пока найти не можем, т.к. нам неизвестно активное сопротивление трансформатора rтр и диода rV . Но мы можем его оценить ориентировочно:
Uн p U2m pU2 2 8 200 1600 В.
11. Ток нагрузки, ориентировочно,
Iн |
Uн |
|
1600 |
16 10 3 А. |
|
100 103 |
|||
|
Rн |
|
12. Выбираем диоды типа 2Д215Б с параметрами [8]. Максимально допустимое обратное напряжение диода
48
U mдоп. 600 В.
Максимально допустимый постоянный ток при Т К=333 К (Т С=60 С)
Iпр.max 1 А,
при Т К=398 К (Т С=125 С)
Iпр.max 0,2 А.
Максимальный импульсный ток при Т С=125 С и длительности импульса тока 1,3 10 3 сек
Iпр. имп 3 А.
Пересчитаем импульсный ток на длительность импульса T 10 10 3 сек, что соответствует рабочей частоте 50 Гц.
Iпр2 . имп.доп T Iпр2 . имп
Iпр. имп.доп |
|
Iпр2 . имп |
32 |
1,3 10 3 |
|
||
|
|
|
|
|
1 А. |
||
T |
10 10 3 |
||||||
|
|
|
|
||||
Прямое падение напряжения на диоде при максимальном |
|||||||
токе |
|
Uпр.max |
1,2 В. |
|
|||
|
|
|
Падение напряжения на диоде при токе, стремящемся к нулю, ориентировочно
U0 0,6 В.
Тогда динамическое сопротивление диода приблизительно
rV Uпр.max U0 1,2 0,6 0,6 Ом.
Iпр.max 1
13.Активное сопротивление трансформатора, приведенное
квторичной обмотке для схемы удвоения напряжения (схемы Латтура) ориентировочно найдем по выражению
|
rтр.Л Kr |
|
|
Uн |
|
4 |
S |
fc |
Bm |
, |
(15) |
|
|
Iн |
fcBm |
U |
н |
Iн |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при Kr 0,9; |
Uн 1600 |
В; |
Iн 16 10 3 |
А; |
S 1; |
fc 50 Гц; |
||||||
Bm 1,5 Тл, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
49
r |
0,9 |
1600 |
|
4 |
1 50 1,5 |
1570 Ом. |
|
|
|
||||
тр.Л |
|
16 10 3 50 1,5 |
|
1600 16 10 3 |
|
|
|
|
|
|
Так как коэффициент трансформации в схеме удвоения будет в четыре раза меньше, чем в нашей схеме умножения с p 8, то активное сопротивление трансформатора, приведенное к вто-
|
p 2 |
|||
ричному напряжению умножителя, будет в |
|
|
раз меньше, что |
|
2 |
||||
|
|
|
||
составит |
|
|
|
|
r |
|
rтр.Л 4 |
|
1570 4 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
98,1 Ом. |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
тр |
|
p2 |
|
|
|
82 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
14. Теперь можно рассчитать параметр A по выражению |
||||||||||||
(14) |
p rтр |
|
|
|
8 |
98,1 0,6 |
||||||
A |
rB |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,025. |
||
|
Rн |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
100 103 |
15. По известному параметру A и зависимости f (A) определяем угол отсечки
20 или ( рад=0,35 рад)
и угол проводимости диода
2 2 20 40 ( рад=0,7 рад).
16. По известному параметру А и зависимости B f (A) определяем коэффициент фазной ЭДС
B(A) 0,725
и рассчитываем напряжение на нагрузке по выражению
U2 |
|
B(A) |
|
(16) |
|
Uн |
p |
||||
|
|
|
Uн U2 p 141 8 1556 В. B(A) 0,725
17. Ток нагрузки уточненный
Iн |
|
Uн |
|
1556 |
15,56 10 3 А. |
|
Rн |
100 103 |
|||||
|
|
|
|