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: Uо=40 В:

Среднее значение выпрямленного тока: Iо = 2.5 А;

Действующее значение напряжения на нагрузке: Е2 = 29.6 В

Действующее значение тока вторичной обмотки: I2 = 1 А

Частота питающей сети: ƒс = 60 гц

Пороговое напряжение вентилей: Uпор = 1.1 В

Дифференциальное сопротивление вентилей: rд = 0.09 Ом

Коэффициент формы кривой: Кф = 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:

	по роду напряжения:

- переменное (до выпрямления);

- постоянное (после выпрямления);

	по способу регулирования:

- ручное;

- автоматическое;

	по задаче регулирования:

- стабилизация;

- программное регулирование;

	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/Uo = 0.74;

I2/I0 = 0.4;

Коэффициент использования анодной цепи:



ήa = Rн/(rT + p*rg*VD +Rн) = 0.944;


Амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора:



E2m = √2*E2 = 41.7 В;



Частота пульсации на выходе выпрямителя:



ƒп(1) = ƒс *m2*p = 360 Гц;



Сопротивление нагрузки:



Rн = Uo/Io = 16 Ом;



Коэффициент пульсации: kп(1) = 0.057

Среднее значение тока диода:



IсрVD= I0/m2 = 0.416 А;



Эффективное значение прямого тока диода:



IэффVD = IсрVD *kф = 1.015 А;



Амплитудное значение тока:



Im= E2m/Rн = 2.61 А;



Параметры диода:



UVDобmax=3.14*U0/ ήa = 88.5 В;

IсрVD / Io = 0.16


Коэффициент трансформации



Ku =E2/ U1 = 29.6/ 220 = 0.134



Внешняя характеристика идеального выпрямителя



2/π* E2m = 26.6 В







Кривые мгновенных значений










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

IсрVD = 0.416 (А), желательно, чтобы диод выдерживал прямой ток не меньше

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

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

Расчет неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром.





Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром

Сопротивление емкостного фильтра:



xc = R0/N = 1.06;



Емкость конденсатора в емкостном фильтре:



C0 = 1/(2*π*ƒc*m2*p*xc) = 4173 мкФ;


Полное сопротивление активных потерь:



rп = rтр+p*rgVD = Rн/k = 0.941 Ом;



Угол отсечки:

θ = 25.0 эл.град;

Расчет параметров выпрямителя с углом отсечки θ:



A(θ) = rп*π/(m2*p*Rн) = 0.03;

B(θ) = 1/(√2*cosθ) =0.78;

D(θ) = Iдейств/Iср = 2.94;

H(θ) = C0*rп*ƒ*kп(1) = 1300;

F(θ) = Iампл/Iср = 10.8;



Эффективное значение прямого тока диода:



IэффVD = IсрVD* D(θ) = 1.22 A;



Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по основной гармонике:



kп(1) = H(θ)/ rп * ƒc *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:




E2m = √2* E2 = 44.1B;



Действующие значения тока в вентильной обмотке ПТ:



I2 = √p * D(θ)* IсрVD = 1.22 A;



Амплитудное значение тока в вентильной обмотке ПТ:



Im = F(θ)* IсрVD = 4.5 A;



Коэффициент трансформации ПТ равен:



kU = E2/U1 = 0.141;



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

- значение IэффVD увеличилось с 1.015А до 1.22А;

-значение kп(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 E2m уменьшилось с 41.7 В до 44.1 В;

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

-амплитудное значение Im увеличилось с 2.61 А до 4.5 А;

Средний ток в вентильной обмотке остался неизменным, IсрVD = 0.416 А.

Внешняя характеристика реального выпрямителя






Кривые мгновенных значений







Расчет управляемого выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.





Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром и ответвляющим диодом.


am = Ucmax/UcN = 1.05;

an = Ucmin/UcN = 0.8;

Ucmax = 231B;

Ucmin = 176B;

При Uc = UCN=220 В; E2mN = 41,7 B; U0,aN = 40 B;

При Uc = Uc max = 231 В; E2m max = amE2mN = 1.0541.7 = 43.78 B;

U0,a max = amU0,aN = 1.0540 = 42 B;

При Uc = Uc min = 187 В; E2m min = anE2mN = 0.841.7 = 33.36 B;

U0,a min = anU0,aN = 0.840 = 32 B;

αкр =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.

Чертеж печатной платы выпрямителя с расположение элементов (вид сверху)






Чертеж печатной платы выпрямителя (вид снизу)




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.