Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку с емкостной реакцией Предварительный расчет трансформатора. Методика расчёта линейных электрических цепей Расчёт трёхфазной цепи при соединении приемника в звезду

Примеры выполнения заданий курсовой работы по электротехнике ТОЭ

Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку с емкостной реакцией.

Аналитические формулы получим на примере однотактного трехфазного выпрямителя, схема которого и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 1

Здесь приняты следующие обозначения: r – активное сопротивление фазы выпрямителя, равное сумме прямого сопротивления вентиля (полупроводникового диода) rпр и активного сопротивления обмоток трансформатора rтр, приведенного к его вторичной обмотке; Uн , Iн – номинальные значения выпрямленного напряжения и тока; U2макс, u2 – амплитудное и мгновенное значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора; I2макс, i2 – амплитудное и мгновенное значения тока вторичной обмотки трансформатора и диода; θ - угол отсечки тока через диод; С0 – емкость конденсатора; R – сопротивление нагрузки.

 

 


 Рис. 1

 

Для определения закона изменения тока через диод составим уравнение по второму закону Кирхгофа в соответствии с эквивалентной схемой рис.1а. Это уравнение будет иметь вид:

 u2 _ i2. r - Uн = 0 (1) 

где

 r = rпр  + rтр (2) 

 

Из уравнения (1) получим :

 i2 = (u2 - Uн)/ r (3)

Выбрав начало отсчета в точке О'/ рис.1б, получим:

 u2 = U2макс cos ωt (4)

 

При ωt = ± θ; i2 =0; u2 = Uн и учитывая выражение (4),

 Uн = U2макс cos θ (5)

Подставив значения u2 и Uн в (3), получим:

 i2 = [U2макс(cos ωt - cos θ)]/ r (6)

Пользуясь уравнением (6), найдем постоянную составляющую выпрямленного тока:


 (7) 

В уравнении (7) p – число импульсов в цепи выпрямленного тока за 1 период переменного напряжения.

Подставив в уравнение (7) значение U2макс из выражения (5), получим:

 Iн = (pUнA)/(p r) (8)

где A = (tgθ – θ)  – параметр, зависящий от угла θ;

 A = (Iнp r)/( p Uн) (9)

 r = rпр + rтр 

Приближенное значение прямого сопротивления диода rпр должно определяться по статическим вольт-амперным характеристикам выбранного типа диода. При отсутствии таковых прямое сопротивление можно вычислить по приближенной формуле

 

 rпр = UД ПР /(3.Iн) 

Здесь UД ПР – прямое падение напряжения на диоде, измеренное при протекании тока Iн. Для кремниевых диодов можно принять UД ПР = 1 В, а для диодов Шоттки – 0,6 В.

  rпр =  = 0,74 Ом

 r = rпр + 2 · rmp = 12.6 +2·0.74 = 14,08 Ом (так как мостовая схема, необходимо взять два диода)

  p = 2 (однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель)

 A = (0,45·3,14·14,08)/= 0,015 

  θ = 0,35 ( A = ( tgθ – θ) )

 

Определив параметр А, мы можем найти угол θ. Все остальные величины, характеризующие работу выпрямителя (действующее напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора, его типовая мощность, среднее, действующее и амплитудное значение тока диода, обратное напряжение на диоде, пульсация выпрямленного напряжения и внешняя характеристика выпрямителя), являются функциями угла θ, а следовательно и параметра A.

Действующее значение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора

 U2 = U2макс/1,41  (10)

Подставив в выражение (10) значение U2макс из соотношения (5), получим:

  U2 = Uн / (1,41 cosθ) = Uн.B (11)

 B = 1 / (1,41 cosθ) = 1/(1,41 cos(0,35) ) = 0,75

Величины U2 для различных схем выпрямления приведены в табл. 1.

 Таблица 1

 

 Наименование параметра

 Схемы выпрямления

двухполупериодная со средней точкой

однофазная мостовая

трехфазная мостовая (Ларионова)

Трансформатор

Действующее напряжение вторичной обмотки U2

Действующий ток вторичной обмотки I2

Действующий ток первичной обмотки I1

Габаритная мощность трансформатора PГАБ

 2 BUН

 0,5 DIН

  0,707 DIН / kтр

 0,85 BDPН

BUН

0,707 DIН

0,707 DIН / kтр

0,707 BDPН

 0,576 BUН

 0,33 DIН

  0,578 DIН / kтр

0,576 BDPН

 Диод

Обратное напряжение на диоде Uобр макс

Среднее значение тока диода IД СР

Действующее значение тока диода I Д

Амплитудное значение тока диода I Д МАКС

Число диодов

 2,82 BUН

 

  0,5 IН

 0,5 DIН

 0,5 FIН

 2

1,41 BUН

0,5 IН

0,5 DIН

0,5 FIН

4

 1,22 BUН

 0,33 IН

  0,236 DIН

 0,33 FIН

 6

Пульсации

Частота основной гармоники

Коэффициент пульсации kп

 2 f

 H / (r . C)

2 f

H / (r . C)

 6 f

 H / (r . C)

  B

U2 =487,5 B

Электротехникой в широком смысле слова называется обширная область практического применения электромагнитных явлений. Широкое и разнообразное использование электрической энергии объясняется тем, что она имеет огромное преимущество перед другими формами энергии. Электрическая энергия сравнительно просто получается из других форм энергии, передается на любые расстояния и легко преобразуется в другие формы энергии. Она может существовать в самых различных количествах и использоваться достаточно экономно. Только на базе электричества оказалось возможным широкое развитие новейших научно-технических направлений в радиоэлектронике, в технике связи, в области компьютерных технологий. Трудно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии.

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) – теоретический курс, в котором в обобщенной форме рассматриваются теория и методы расчета разнообразных электромагнитных явлений. Курс ТОЭ занимает основное место среди общетехнических дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки инженеров-электриков, является теоретической базой для последующего изучения специальных дисциплин. При изложении курса ТОЭ предполагается знание студентами курса физики, в частности, таких ее разделов, как электричество и магнетизм, а также курса высшей математики, в частности, таких ее разделов, как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их решения (особенно численные), теория функций комплексного переменного, преобразование Фурье-Лапласа, теория поля. При изучении курса ТОЭ предполагается широкое применение современных компьютерных технологий.

Выбор типа выпрямителя. Так как однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель обладает рядом преимуществ по сравнению с другими схемами выпрямления, то его целесообразно выбрать в качестве схемы выпрямления.

Выбор типа сглаживающего фильтра. Так как ток нагрузки меньше 0,5 А, то в качестве фильтра необходимо взять емкостный фильтр.

Выбор типа трансформатора. Ввиду того, что маломощные трансформаторы стержневого типа с двумя катушками имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках, то я возьму именно этот тип

  Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Полный сумматор. Многоразрядный сумматор Полный одноразрядный двоичный сумматор имеет три входа: a, b — для двух слагаемых и p — для переноса из предыдущего (более младшего) разряда и два выхода: S — сумма, P — перенос в следующий (более старший) разряд.

Расчет транформаторов малой мощности Трансформаторы малой мощности (ТММ) предназначены, в основном, для питания аппаратуры релейных схем, выпрямительных устройств, анодных цепей и цепей накала различных электронных приборов. Указанная нагрузка носит преобладающий активный характер, что учтено в данной методике

При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер при частоте 50 Гц и до нескольких киловольт-ампер - при частоте 400 Гц наиболее перспективными являются стержневые двухкатушечные трансформаторы с ленточным магнитопроводом. Маломощные двухкатушечные трансформаторы стержневого типа имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках.

Определение тока холостого хода После того, как выбран магнитопровод трансформатора, нетрудно найти величины полных потерь в стали Рст , намагничиваю­щей мощности Qст, абсолютное и относительное значения тока холостого хода.

Расчет обмоток трансформатора заключается в определении числа витков и диаметра провода каждой из них

Следующим этапом является выбор марки провода

Определение температуры перегрева обмоток После того, как найдены геометрические размеры обмоток трансформатора, можно перейти к определению их рабочей температуры

Определение веса транформатора

Задание для расчета трансформатора


Расчет токов коротких замыканий