Расчет выпрямителей с емкостным фильтром

Выпрямитель в современных маломощных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры содержит емкостный фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Магнитные потоки рассеяния в трансформаторе оказывают значительное влияние на характер электромагнитных процессов в выпрямителях, они учитываются индуктивным сопротивление обмоток х_а. Другим важным параметром является активное сопротивление обмоток r_a. Особенности расчета выпрямителя зависят от соотношения между параметрами х_а и r_a.

Схема однофазного мостового выпрямителя малой мощности, который рекомендуется применять в источнике питания, представлена на рисунке 12.

 

Рисунок 13 − Однофазный мостовой выпрямитель

Численные значения коэффициентов для расчета выпрямителя представлены в таблице 8.

 

 

Таблица 8 − Значения коэффициентов

Тип выпрямителя	КR	К1	К2	К3	M
Однополупериодный	2,3
Двухполупериодный	4,7			0,5
Мостовой	3,5			0,707
С удвоением	0,9		0,5	1,42

 

3.2.1 Сопротивление фазы выпрямителя R складывается из сопротивления обмотки трансформатора R_a и сопротивления диодов постоянному току

R_i [5]:

, (37)

где R_a − сопротивление обмотки трансформатора, Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора описывается формулой [5]:

, (38)

где I_d − среднее значение выпрямленного тока, А;

К_R − вспомогательный коэффициент;

B_max − максимальная индукция, принимается равной ≤ 1,5 Тл;

S − количество стержней трансформатора, несущих обмотки;

U_d − выпрямленное напряжение, В;

f − частота питающей сети, равная 50 Гц.

Сопротивление диода постоянному току описывается формулой [5]:

, (39)

где M − количество фаз выпрямления.

Подставляя численные значения в формулы (37), (38) и (39), получим:

Ом;

Ом;

Ом.

3.2.2 Постоянную составляющую тока для М-фазной схемы выпрямления можно определить[4]:

; (40)

,

где − амплитуда напряжения вторичной обмотки;

w = 2pf − угловая частота питающей сети.

После преобразований получим:

, (41)

где ;

или .

Решая совместно эти два уравнения в программе MathCAD, получим

;

;

;

.

Зная и q, можно рассчитать все основные параметры выпрямителя:

− амплитуда тока в диоде [4]

, (42)

где .

Подставляя численные значения в формулу (42), получим

;

А;

− среднее значение тока диода [4]

. (43)

Подставляя численные значения в формулу (43), получим

А;

− эффективный ток диода [4]

, (44)

где .

Подставляя численные значения в формулу (44), получим

;

А;

− ток вторичной обмотки трансформатора[4]

. (45)

Подставляя численные значения в формулу (45), получим

А;

− напряжение на вторичной обмотке трансформатора[4]

, (46)

где .

Подставляя численные значения в формулу (46), получим:

;

В.

3.2.3 Емкость конденсатора фильтра[5]

 

, (47)

где − коэффициент пульсаций, %.

Подставляя численные значения в формулу (47), получим:

мкФ.

3.2.4 По результатам расчетов выпрямителей выбираем тип применяемых

диодов и стандартные конденсаторы сглаживающих фильтров.

Диоды выбираем по допустимому среднему току , который должен быть больше получившегося в результате расчета среднего тока вентиля, с проверкой по допустимому импульсному току и обратному напряжению. Для мостовых выпрямителей выбираем блок типа КЦ402Ж (таблица 9).

Таблица 9 − Параметры полупроводникового диодного блока КЦ402Ж

Тип прибора	, А	, А	, В	, В
КЦ402Ж	0,6			1,2

 

Конденсаторы сглаживающих фильтров должны иметь емкость не менее получившейся по результатам расчета. Рабочее напряжение конденсаторов выбираем в 1,5…2 раза больше напряжения холостого хода выпрямителей, которое определяем из расчетов при токе нагрузки, равном нулю.

. (48)

Подставляя численные значения в формулу (48), получим

 

В.

Выбираем электролитический конденсатор типа K50-6 50мк 100В. Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей 5…20 %.