3. Разработка (составление) и расчет принципиальной схемы устройства.

Данный раздел, определяет решение следующих вопросов: выбор элементной базы, разработка (составление) принципиальной схемы устройства; расчет параметров устройства и его элементов; выбор по результатам расчета, либо моделирования в среде Matlab\Simulink, полупроводниковых приборов и других элементов; расчет КПД или потребляемой мощности устройства.

Входными и выходными параметрами регулируемого выпрямителя являются:

• трехфазная промышленная сеть переменного тока 50 Гц ;

• напряжение сети U_сп=220/380B±10%;

• активное сопротивление каждой фазы сети r_с=0.005Ом

Выходные параметры по вариантам приведены в таблице.

Варианты	Uвых(Uн),В	Rн,Ом	КПД (η) при Uн max	Коэфф. пульсации КПU	Первичная сеть переменного тока
2.2	620	5	≥0.91	0.025	промышленная

Решение указанных выше вопросов рассмотрим применительно к силовой части, т.е. нерегулируемого выпрямителя. Анализ исходных данных U_н(U_вых)=620 В, R_н=5 Ом, η≥0.91 при U_н.max, а также требование режима непрерывного тока нагрузки, показывают, что наиболее приемлемым являются использование диодов в качестве основных вентилей, при этом коэффициент трансформации силового трансформатора следует выбирать из условий: U_н.max =620 В или U_cп=380-10%=342 В и угле регулирования β = 0.

Рис. 2 Схема нерегулируемого выпрямителя

Таким образом, принципиальная схема диодного нерегулируемого выпрямителя, выполненная согласно заданию, приведена на рис. 2, где вентили 1,3,5 образуют катодную, а вентили 2,4,6 – анодную группы. Из катодной группы ток пропускает тот вентиль, к аноду которого подводится большее положительное напряжение.

Определим основные параметры выпрямителя и его элементов.

Действующее значение напряжения U₂ а вторичной обмотке TV1 при U_н.max (U₂)= 620 В равно:

При этом среднее значение тока нагрузки I_d составит:

В режиме неразрывного тока нагрузки R_н имеет место соотношение:

из которого получим, что

При этом падение напряжения на r_б составит:

Тогда с учетом ∆U_rп и U_сп= 342 В напряжение U₁ составит:

Для определения коэффициента трансформации K_TV при условии U₂ = 620 В, а β = 0 необходимо также учитывать падение напряжения ∆U_VD па диодах выпрямителя, которое равно U_VD ≈0.7 В.

В результате необходимое значение напряжения U’₂ на вторичной обмотке TV1 составит

а при U_cп= 380+10% = 416 В, U’₂=178,07 В.

В результате получим значение K_TV из выражения:

Основные параметры трансформатора при R_н - нагрузке

Угол регулировании β=0 т.к выпрямитель неуправляемый.

Амплитудное значение первой гармоники:

Амплитудное значение обратного напряжения на диодах (VD1..6)

максимальная величина среднего тока через диод (VD)

Среднее значение тока чере диод I_VDср

С учетом полученных значений I_VDср, U_VDm по справочнику выбираем диод VD типа ВЛ-320.

Энергетический расчет - заключается в определении КПД устройства, который может быть рассчитан как по суммарной мощности общих потерь на элементах, так и путем определения общего сопротивления (активного) потерь элементов . В результате выражения для определения КПД (η) устройства имеют следующий вид:

, .

При этом общие потери Р_ОП в СПП на частотах до 400 Гц могут быть определены по выражению:

где U₀, r_д - пороговое напряжение и динамическое сопротивление предельной ВАХ СПП, K_ф= I_VS/I_VSср - коэффициент формы тока. Для диода ВЛ-320, I_VDср = 40,92 A,U₀= 1,09 В, K_ф = 42,6.