Расчет основных параметров для выбора диодов

1. В соответствии с выбранной схемой выпрямления определяются основные параметры для выбора диодов:

Iпр.ср. – среднее значение прямого тока диода, А;

Uобр.и.п. – повторяющееся импульсное обратное напряжение на диоде, В;

Iпр.и.п. – повторяющийся импульсный прямой ток через диод, А, который затем уточняется с помощью формул таблицы 2.

2. По приложению 1 выбирается тип диода с параметрами Iпр.ср.мах, Uобр.и.махи Iпр.и.мах, которые превышают соответствующие значения, определенные в п. 1. При отсутствии таких диодов можно использовать имеющиеся, соединив их параллельно или последовательно, при этом их число при параллельном соединении N_пар и последовательном N_посл определяется по соотношениям:

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!!!

Полученные значения N _пар и N _посл округляются до ближайшего БОЛЬШЕГО ЦЕЛОГО значения, так как ЭТО КОЛИЧЕСТВО ДИОДОВ в схеме выпрямления.

Общее число диодов в схеме выпрямления:

где K_в – число вентильных элементов в выбранной схеме выпрямления (в однополупериодной K_в = 1, в двухполупериодной K_в = 2, в мостовой K_в = 4).

Таким образом, для увеличения среднего прямого тока (I_пр) используют параллельное включение диодов с выравнивающими элементами (рис. 3).

Рисунок 3 – Параллельное включение диодов.

При параллельной работе диодов из-за несовпадения их ВАХ, токи в них распределяются неравномерно (в одном из них будет преобладать средневыпрямленный ток ). Это может привести к выходу из строя одного из диодов.

Для выравнивания токов используются дополнительные элементы: для средней и малой мощности – резисторы.

Величина резисторов R_В должна быть больше дифференциального сопротивления любого из диодов, чтобы ток в ветви определял именно резистор, а не диод.

Для увеличения U_обр диоды включают последовательно с выравнивающими элементами (рис. 4).

Рисунок 4 – Последовательное включение диодов.

Для выравнивания напряжений (U_обр), в маломощных выпрямителях, последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, сопротивления которых равны и в несколько раз меньше обратного сопротивления диода (ток резистивного делителя I_дел должен быть больше тока I_обр).

При последовательном соединении диодов они шунтируются резисторами Rш (для устранения разброса по обратному напряжению диодов), значение которых зависит от мощности диода: для маломощных диодов (Iпр.ср.мах ≤ 0,3 А) Rш = 80–100 кОм на каждые 100 В обратного напряжения; для мощных диодов (Iпр.ср.мах ≥ 5 А) Rш =10–15 кОм на каждые 100 В обратного напряжения; для диодов средней мощности Rш = 15–100 кОм.

Электрический расчет выпрямителя (с целью полученияосновных данных для расчета трансформатора и сглаживающего фильтра).

1. Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке:

где K_rc – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления и определяемый из табл. 2;

В – магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора, Тл (для трансформаторов с мощностью до 1000 Вт при частоте сети fc = 50 Гц индукция В= 1,2–1,6 Тл, а при fc = 400 Гц индукция В = 1,0–1,3 Тл);

σ – число стержней магнитопровода (для магнитопроводов типа ШЛ и ОЛ σ = 1; типа ПЛ с обмотками на обоих стержнях σ = 2; для трехфазных трансформаторов σ = 3).

2. Дифференциальное сопротивление диодов (одного плеча схемы):

3. Активное сопротивление фазы выпрямителя r₀ определяется из табл. 3 в зависимости от выбранной схемы выпрямления и полученных значений r_тр и r_диф.

Таблица 3 Формулы для электрического расчета выпрямителя с емкостной нагрузкой.

4. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора, приведенная к его вторичной обмотке. При этом коэффициент 0,5 соответствует σ=2 (если σ = 1, то в этой формуле коэффициент равен 1, а не 0,5).

5. Соотношение между активным и реактивным сопротивлениями фазы выпрямителя определяется по формуле tgφ = = 2πf_cL_s/r₀, из которой находится соответствующий угол φ.

6. Расчет выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку, основывается на методе номограмм. Определяется сначала вспомогательный коэффициент А по формуле А = I₀πr₀/(mU₀) (здесь m – коэффициент пульсации выпрямляемого напряжения, берется из табл. 1), а затем коэффициенты В, D, F и Н из графиков рис. 5 – 8 по найденному значению коэффициента А.

7. Определяется уточненное значение Iпр.и.п. из табл. 2. Если оно окажется больше Iпр.и.мах выбранного диода, необходимо взять диод с большим значением тока Iпр.и.мах.

8. Определяются электрические параметры трансформатора (габаритная мощность (Р_Г), напряжение (U2) и токи в обмотках (I1и I2)), необходимые для расчета трансформатора (или выбора готового), по формулам из табл. 3.

9. Емкость входного конденсатора фильтра:

где К_П% – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на входе фильтра; обычно К_П% выбирается в пределах 5–15 %.

Полученное значение С₀ округляют до ближайшего (большего) стандартного значения из номинального ряда и уточняют значение К_П% по формуле:

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента B от коэффициента A при различных значениях угла φ.

Рисунок 6 – Зависимость коэффициента D от коэффициента A при различных значениях угла φ.

Рисунок 7 – Зависимость коэффициента F от коэффициента A при различных значениях угла φ.

Рисунок 8 – Зависимость коэффициента H от коэффициента A при различных значениях угла φ.