Расчет и выбор элементов выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра

Исходные данные для расчета:

Выпрямленное напряжение Ен;

Выпрямленный ток Iн;

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения kп;

Угол 2 между импульсами изменяется в пределах от 0 до 50;

Частота преобразования f;

Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Схема выпрямителя и фильтра приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 Схема выходного выпрямителя с фильтром Определим ориентировочное значение максимального напряжения на вентиле:

Uобр.в 2Ен, (2.1).

где — скважность импульсов;

Ен — выпрямленное напряжение.

Примем скважность импульсов = 1.4, а выпрямленное напряжение Ен =27 В задано ТЗ, и определим Uобр.в.

Uобр.в 2*1.4*27=75,6 В.

Рассчитаем среднее значение тока Iср. в, протекающего через вентиль при выпрямляемом токе (Iн) равном 1.5 А, заданному в ТЗ, по следующему выражению:

Iср.в = Iн/2 = 0.75 А.(2.2).

Пользуясь рассчитанными значениями из [2] выберем диод КД202Г УЖЗ.362.036 ТУ со следующими параметрами: максимальный выпрямляемый ток Iср. в=1.0 А, максимальное обратное напряжение Uобрв = 100 В, Ев = 1,0 В. Габаритные размеры: высота — 37 мм., диаметр 13 мм.

Для определения габаритной мощности (Ргаб) трансформатора Т1 воспользуемся следующей формулой:

*U2Iн,(2.3).

где U2 — среднее значение электродвижущей силы фазы вторичной обмотки трансформатора Т1.

Пренебрегая потерями в выпрямителе, предположим, что U2 = Ен, тогда подставив в выражение (2.3) значение получим, что.

Вт.

Проведем выбор типа сердечника трансформатора Т1, пользуясь формулой:

где Qст — площадь сечения магнитопровода, см2;

Q0 — площадь окна, см2;

f — частота преобразования, Гц;

Вм — максимальная индукция в сердечнике трансформатора, Тл;

— плотность тока в обмотках трансформатора А/мм2;

тр — КПД трансформатора;

Кс — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

Км — коэффициент заполнения окна медью обмотки.

Из [2, табл.3.2] выберем материал марки 34НКМП с толщиной 0.1 мм и индуктивностью 0,5 Тл при f = 20 кГц. Приняв для дальнейших расчетов =3 А/мм2, Кс = 0.8, тр = 0.9, Км= 0.3 рассчитаем произведение QстQ0 по формуле (2.4) и получим.

Воспользовавшись таблицей типов тороидальных сердечников нормализованного ряда для трансформаторов полупроводниковых преобразователей напряжения, приведенной в [2, табл. 3.3] выберем тороидальный сердечник ОЛ — 20/25 — 6,5 со следующими параметрами: QстQ0 = 0,510, внутренний диаметр d = 20 мм, наружный диаметр D = 25 мм, ширина ленты b = 6,5 мм и площадью поперечного сечения Qст = 0,162 см².

Для определения параметров сглаживающего фильтра, рассчитаем минимальную индуктивность дросселя фильтра по следующей формуле:

(2.5).

где L — индуктивность дросселя, Гн;

f — частота преобразования;

Iн — ток, А.

Подставив данные в формулу (2.5) получим L = 99*10−6 Гн. По заданному значению выпрямленного тока и найденному значению индуктивности, выберем дроссель Д201Т [4] со следующими параметрами: ток подмагничивания 3,2 А, индуктивностью при номинальном токе 150*10−6 Гн и с сопротивлением обмоток (др) 0,017 Ом. Габаритные размеры: В=25мм. С1=12мм. Н=27.5мм. А=29 мм. Масса 40 г.

Для определения емкости сглаживающего фильтра необходимо определить коэффициент сглаживания фильтра (qn) по следующей формуле:

где Кn и Кn — коэффициент пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

Коэффициент пульсации на входе фильтра для = 250 равен 0,7, коэффициент пульсации на выходе фильтра по начальным условиям равен 1,0, тогда отсюда следует qn = 0,7, далее рассчитаем емкость сглаживающего фильтра по формуле приведенной ниже:

(2.7).

где С — емкость сглаживающего фильтра, мкФ;

L — индуктивность для выбранного типа дросселя, Гн;

f — частота преобразования, Гц.

Подставив значения величин, получим следующую величину емкости С:

Ф.

Далее проведем определение ориентировочного сопротивления обмоток тр трансформатора Т1, приведенное к фазе вторичной обмотки по выражению:

(2.8).

Подставив значения, получим:

Ом.

Найдем среднее значение э.д.с. U2 фазы вторичной обмотки трансформатора Т1:

(2.9).

Подставив значения, получим:

В.

Необходимо провести уточнение обратного напряжения U*обр.в на вентиле:

(2.10).

где Uобрвмаксимальное напряжение на диоде.

Подставив в выражение (2.10) данные, получим U*обр.в=78.62 В. Максимальное обратное напряжение для выбранного диода составляет 100 В, что больше U*обр.в т. е. условие (2.10) выполняется.

Выбираем конденсатор для сглаживающего фильтра. Рабочее напряжение для конденсаторов должно быть не менее, чем Так как =39,31 В, то из справочника электрорадиоэлементов [4] выберем конденсатор К50−6 МРТУ11 ОЖО.464.031 ТУ с номинальной емкостью 1 мкФ и номинальным напряжением 50 В. Габаритные размеры: высота — 13 мм, диаметр — 6 мм. Масса 0,8 г.

Эффективное значение тока I2 вторичной обмотки трансформатора Т1 рассчитывается по следующему выражению:

А.(2.11).