2.4 Розрахунок потужності даної схеми

Розрахунок потужності споживання схемою необхідно провести шляхом визначення суми потужностей споживання кожним елементом схеми.

2.4.1 Розрахунок блоку живлення.

Приклад розрахунку блоку живлення з параметрами:

1. Середнє значення випрямленої напруги за номінального опору навантаження U_d=48В;

2. Струм навантаження I_d=0,35А;

3. Коефіцієнт пульсації випрямленої напруги К_п=1,5%;

4. Напруга мережі живлення U_м=127В;

5. Частота мережі живлення f_м =50Гц.

Необхідно визначити:

1. Тип і параметри вентилів;

2. Режим роботи схеми (значення струмів в елементах та їх напруги );

3. К.К.Д. випрямляча;

4. Ємність та тип конденсатора фільтра.

Порядок розрахунку:

Визначимо орієнтовні значення параметрів вентилів та габаритну потужність трансформатора.

Для цього необхідно задати значення допоміжних коефіцієнтів B, D і F. Для мостової схеми їх вибирають в інтервалах B=0,95…1,1; D=2,1…2,2; F=6,8…7,2.

Нехай: B=1; D=2,15; F=7.

Тоді амплітуда зворотної напруги на вентилі становитиме:

.

Середнє та амплітудне значення струму через вентиль відповідно:

;

.

Отже, А;

А;

Габаритну потужність трансформатора визначимо:

;

ВА;

За визначенням габаритної потужності з табл. 2.4.1 знаходимо максимальне значення індукції B_т для сталі марки Э360, забезпечуючи виконання умови ВА: Тл для ВА.

Таблиця 2.4.1 - Таблиця вибору індукції та ККД

Габаритна потужність ST, ВА	Індукція Bт, Тл		К.К.Д. ηТ
	fм=50Гц	fм=400Гц	fм=50Гц	fм=400Гц
10	1,2	1,15	0,85	0,78
20	1,4	1,33	0,89	0,83
40	1,55	1,47	0,92	0,86
70	1,6	1,51	0,94	0,88
100	1,6	1,5	0,95	0,9
200	1,43	1,4	0,96	0,92
400	1,43	1,3	0,97	0,94

Таблиця 2.4.2- Параметри діодів

Тип діода	Граничні електричні параметри при температурі оточуючого середовища 25±5°С
	Допустима зворотна напруга Uвм max,В	Середнє значення випрямленого струму Ia,А	Пряме падіння напруги Uпр (при Ia max), В
КД105Б	400	0,3	1
КД105В	600
КД105Г	800
КД205А	500	0,5
КД205Б	400
КД205В	300
КД205Г	200
КД205Д	100
КД205К		0,7
КД205Л	200
КД208	100	1,0
КД209А	400	0,7
КД209Б	600
КД202А	50	3,5
КД202Б		1,0
КД202В	100	3,5
КД202Г		1,0
КД202Д	200	3,5
КД202Е		1,0

Вибираємо тип вентилів за таблиці 2.4.2 При цьому необхідно забезпечити виконання умов:

;

;

.

В якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД202Г, що мають наступні параметри:

В>72В;

А>0,15А;

А>1,225А;

В.

Знаходимо опір діода у провідному стані:

;

Ом;

Знайдемо величину активного обмоток трансформатора:

,

де – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення: для мостової схеми ;

– амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі трансформатора, Тл;

- число стержнів трансформатора з Ш-подібними пластинами магнітопроводу .

Ом.

Знаходимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

,

де k_L – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення: для мостової схеми .

Гн.

Визначаємо кут , що характеризує співвідношення між індуктивним і активним опорами випрямляча:

,

де r – активний опір випрямляча.

У загальному випадку

,

де n_q – кількість послідовно увімкнених і одночасно працюючих вентилів, для мостової схеми .

Ом

.

Знаходимо величину основного розрахункового коефіцієнта:

,

де m – число фаз випрямляча (для мостової схеми ).

.

За знайденими значеннями і кута  за графіками, наведеними на рисунках

2…4, знаходимо величини допоміжних коефіцієнтів

Рисунок 2 Значення коефіцієнта В

Рисунок .3 Значення коефіцієнта D

Рисунок 4 Значення коефіцієнта Н

; ; ; .

Знаючи величини допоміжних коефіцієнтів B, D, F і H, можна знайти уточнені параметри трансформатора і вентиля, за якими перевіримо правильність їх вибору.

Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора становить:

;

В.

Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:

;

А.

Повна потужність вторинної обмотки трансформатора:

;

ВА.

Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора:

,

де – коефіцієнт трансформації трансформатора ().

;

А.

Повна потужність первинної обмотки трансформатора:

І,

ВА.

Уточнимо повну (габаритну) потужність трансформатора:

;

Вт<40Вт.

Уточнимо значення параметрів діода:

;

В<100В;

;

А<1А;

;

А<3,14А.

Отже тип діода вибрано правильно.

Знаходимо величину ємності конденсатора фільтра:

;

мкФ.

Вибираємо конденсатор типу К50-18 з параметрами ємністю 2200мкФ на напругу В>В.

Будуємо зовнішню (навантажувальну) характеристику випрямляча . За допомогою цієї характеристики можна визначити відхилення випрямленої напруги від заданого значення при різних величинах струму навантаження , у тому числі напругу холостого ходу ,струм короткого замикання та величину внутрішнього опору випрямляча .

Для розрахунку зовнішньої характеристики будемо задавати значення величини від 0 до номінального значення та знаходити відповідні їм значення допоміжного коефіцієнта

;

.

За графіком знаходимо відповідні значення величини залежно від та , де – кут відтинання. Тоді відповідні їм значення вихідної напруги випрямляча можна розрахувати за формулою:

;

.

Рисунок 5 Графік для визначення значення COS

Результати розрахунку зведені у табл. 2.4.3 та відображені у вигляді графіка.

Таблиця 2.4.3 – Зведені параметри для побудови зовнішньої характеристики

Id, A	γ0 для =1,7°		Ud, В
0	0	1,39	64,05
0,1	0,004	1,36	62,67
0,2	0,008	1,30	59,9
0,3	0,012	1,25	57,6

Рисунок 6 Зовнішня характеристика випрямляча

Знаходимо значення напруги холостого ходу випрямляча:

В.

Величина струму короткого замикання становить:

;

А.

Величина внутрішнього опору випрямляча складає:

;

Ом.

Знайдемо величину К.К.Д. випрямляча:

,

Де – втрати потужності в трансформаторі з К.К.Д. ;

– втрати потужності у одночасно працюючих діодах: .

Втрати потужності в трансформаторі

;

ВА.

Втрати потужності в діодах

;

ВА.

Тоді

.

Електричну принципову схему розрахованого випрямляча наведено нижче.

Рисунок 7 Схема випрямляча