Расчет мостового выпрямителя

Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее. При упрощенном качественном анализе работы схем выпрямителей диоды, трансформаторы и нагрузки считаются идеальными, т. е. сопротивление диода в прямом направлении — нулевое, а в обратном — бесконечно большое; сопротивление обмоток трансформатора принимается равным нулю, а нагрузка — активная.

Для преобразования напряжения переменного тока в пульсирующее в ИП в настоящее время применяются полупроводниковые диоды или диодные сборки. Выпрямительные диоды характеризуются двумя основными параметрами:

а) максимально допустимым прямым постоянным током или средним значением импульсного (любой формы) тока.

.

б) напряжением на диоде.

.

Этим параметрам соответствует диодный столб КЦ201Е, с характеристиками [3, стр. 493]:

Максимальный прямой ток 500мА, напряжение U_обр =15 000кВ, масса 90 г.

Рисунок 9 — Диодный столб КЦ201Е.

Расчет силового трансформатора

Силовой трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, имеющее не менее двух индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции напряжения электрической сети в напряжения, необходимые для питания излучателя и информационной части источника электропитания. Трансформатор состоит из магнитопровода и двух или нескольких обмоток, выполненных из изолированного медного или алюминиевого провода.

Конструктивно магнитопроводы трансформаторов подразделяются на броневые, стрежневые и тороидальные (кольцевые). Соответственно трансформаторы в зависимости от конструкции применяемого магнитопровода подразделяются на броневые, стрежневые и тороидальные. Магнитопровод броневого трансформатора выполняется Ш — образной формы, все обмотки располагаются на среднем стрежне, т. е. обмотки частично охватываются (бронируются) магнитопроводом. В условное обозначение такого трансформатора входит буква «Ш». В броневых трансформаторах магнитный поток разветвляется на правую и левую части, в результате чего в крайних стержнях его величина в 2 раза меньше, чем в среднем. Поэтому сечения крайних стержней вдвое меньше сечения среднего.

Броневые трансформаторы характеризуются следующими достоинствами: наличием только одной катушки с обмотками, более высоким заполнением окна магнитопровода обмоточным проводом, частичной защитой от механических повреждений катушки ярмом магнитопровода. Поскольку номенклатура серийно выпускаемых магнитопроводов обеспечивает весь диапазон мощностей проектируемых в курсовой работе источников питания, то этот тип магнитопровода и рекомендуется выбрать.

В диапазоне частот переменного напряжения электросети от десятков герц до единиц килогерц в качестве материала магнитопровода используется электротехническая сталь в виде пластин или лент.

Порядок расчета силового трансформатора:

Определяем вторичную мощность трансформатора. Она будет равна мощности, потребляемой излучателем Так как информационной частью является неоновая лампа, то отсутствует и вторичная мощность будет равна:

Определяем первичную мощность трансформатора,.

где — КПД трансформатора Определяем поперечное сечение сердечника трансформатора броневого типа:

Выбираем из унифицированного ряда магнитопроводов типа Ш ближайший по площадке поперечного сечения сердечника, пользуясь неравенством:

Этому неравенству соответствует магнитопровод Ш40×100 с параметрами ([4] стр.47):

Площадь окна магнитопровода S_ок=40см²,.

Площадь сечения стали, умноженная на площадь окна S_ст· S_ок=1600см⁴,.

Средняя длина проводника l_ср=34,3 м, Активный объем магнитопровода V_ст=1370см³,.

Конструктивная постоянная в=1,3599 см²,.

Ориентировочная масса 9860 г.

Размеры магнитопровода:

а=20мм; h=100мм; l=40мм; l₁=40мм; L=160мм; В=100мм; Н=140мм.

Определяем число витков первичной обмотки:

(11).

где B — индукция насыщения магнитопровода, которую принимаем равной 1 Тл.

Формула для расчёта — инженерная, поэтому при подстановке значений входящих в неё переменных необходимо использовать следующие единицы измерения:

.

Для компенсации потерь напряжения в проводах обмоток и на диодах выпрямителя увеличивают полученные значения на 10%:

.

Определяем число витков вторичной обмотки:

;

;

Определяем ток первичной обмотки:

.

Находим сечение и диаметр медной жилы провода первичной обмотки, приняв плотность тока :

Для изготовления обмоток трансформаторов применяются обмоточные провода круглого или прямоугольного сечения, как правило, из меди с изоляционным покрытием. Иногда применяется медная или алюминиевая фольга.

Из [4, стр. 15] выбираем обмоточный провод с ПЭВ-1. Его характеристики:

Номинальный диаметр провода по меди 1,4 мм Сечение провода по меди 1,5394 мм².

Диаметр провода с изоляцией 1,48 мм Сопротивление 1 м провода при 20єС 0,0113 Ом Для второй обмотки:

Из [4, стр. 14] выбираем обмоточный провод ПЭВ-1. Его характеристики:

Номинальный диаметр провода по меди 0,16 мм Сечение провода по меди 1,5394 мм²

Диаметр провода с изоляцией 0,187 мм Сопротивление 1 м провода при 20єС 0,873 Ом.

Рассчитываем суммарное сечение обмоток:

проверяем, чтобы коэффициент заполнения окна магнитопровода трансформатора К_ок удовлетворял неравенству:

(12).

Выполнение неравенства К_ок < 0,3 является предпосылкой успешного размещения обмотки в окне магнитопровода.

Тогда коэффициент заполнения окна магнитопровода:

Находим габариты и массу трансформатора. При оценке габаритов сечение обмотки вне сердечника принимается равной сечению окна, а масса определяется суммой масс сердечника и медной обмотки, которую можно оценить по плотности меди и габаритному объему обмотки, умноженному на коэффициент заполнения.

Рис. 11. Сечения трансформатора для определения его массы и габаритов

а=40мм; h=100мм; b=100мм; с=40мм При оценке массы трансформатора принять, что она складывается из массы сердечника и провода обмоток.

(13).

(14).

(15).