Расчет вторичных источников питания проводится с выбором элементов схемы. Следует стремиться к пользованию нормализованных трансформаторов (ТА, ТАН, ТН, ТПП) и дросселей. При выборе нетиповых трансформаторов и дросселей выполняется их полный расчет. Следует обращать внимание на частотные характеристики всех элементов схем выпрямителя и фильтра. Основные соотношения, необходимые для расчета выпрямителя, сглаживающего фильтра и трансформатора представлены в табл. 5.
Таблица 5 – Основные соотношения параметров схем выпрямления
| Схема выпрямления | Трансформатор | Вентили | Нагрузка | ||||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| |
| Однополу- периодная | 2,22 | 1,57 | 
| 3,5 | p | 1 | p | 1 | 1,57 |
| Двухполупе-риодная, с нулевой точ-кой транс-форматора | 1,11 | 0,785 | 
| 1,48 | p | 0,5 | 
| 2 | 0,67 |
| Однофазная мостовая | 1,11 | 1,11 |
| 1,23 |
| 0,5 |
| 2 | 0,67 |
| Трехфазная, с нулевой точкой трансфор-матора | 0,855 | 
| 
| 1,35 | 2,1 | 
| 1,21 | 3 | 0,25 |
| Трехфазная мостовая (схема Ларионова) | 0,437 | 0,817 | 
| 1,05 | 1,05 |
| 
| 6 | 0,057 |
Номер варианта задания соответствует последней цифре порядкового номера фамилии студента в списке группы. Схема выпрямления выбирается в соответствии с порядковым номером фамилии студента в журнале группы (1-10 – однофазная с выводом нулевой точки трансформатора, 11-20 - однофазная мостовая, 21-30 – трехфазная с нулевым выводом трансформатора).
Задание №1
Рассчитать выпрямитель без сглаживающего фильтра, работающий на активную нагрузку. Данные для расчета приведены в табл. 6. Рабочую температуру вентилей принять не более 50 0C.
При решении задачи требуется:
- выбрать подходящий по параметрам тип вентиля;
- определить величины среднего 
и максимального 
значений выпрямленного тока, проходящего через каждый вентиль в прямом направлении; амплитудное значение обратного напряжения 
, приложенного к каждому вентилю в непроводящий отрезок времени; действующие значения токов 
, 
и напряжения 
во вторичной обмотке трансформатора; расчетные мощности первичной 
и вторичной 
обмоток, а также расчетную (типовую) мощность 
трансформатора; определить сопротивление нагрузки трансформатора;
- построить временные диаграммы токов и напряжений с указанием на осях координат их обозначений, единиц измерения и масштаба.
Задание №2
Выбрать и рассчитать сглаживающий фильтр к выпрямителю, рассчитанному в задании №1. Данные к расчету приведены в табл. 6. Начертить схему выпрямителя с фильтром и активной нагрузкой.
Таблица 6 – Данные для выполнения заданий работы № 2
| Номер варианта | 
| 
| 
| 
| 
|
| 0,5 | |||||
| 0,3 | |||||
| 0,25 | |||||
| 0,5 | |||||
| 0,75 | |||||
| 0,25 | |||||
| 1,5 |
Методика расчета
Данная методика предполагает использование в качестве схемы выпрямления однофазной мостовой схемы. В случае использования других схем расчетные соотношения выбираются из табл. 5.
1) Выбирают тип вентилей, предварительно рассчитав следующие параметры:
- среднее значение тока, проходящего через вентиль
;
- максимальное значение тока, проходящего через вентиль
.
- максимальное значение обратного напряжения, приложенного к вентилю
.
Выбирают тип вентиля, параметры которого превышают рассчитанные выше. Указывают основные электрические параметры выбранного типа вентиля.
Если в справочнике не оказалось подходящего типа вентиля, то вместо одного в соответствующей ветви схемы выпрямления можно включить несколько, соединив их последовательно или параллельно.
Временные диаграммы токов и напряжений однофазной мостовой схемы выпрямления изображены на рис. 12.
Рисунок 12 – Диаграммы токов и напряжений
2) Рассчитывают параметры трансформатора.
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
.
Коэффициент трансформации
.
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора
.
Мощность, потребляемая нагрузкой
.
Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток
.
Типовая мощность трансформатора
.
Сопротивление нагрузки
.
Выбирают тип трансформатора, в соответствии с рассчитанными параметрами.
Если в справочнике не оказалось подходящего типа трансформатора, выполняется полный расчет составляющих его элементов.
Для расчета сечения сердечника трансформатора и определения числа витков используют эмпирические формулы:
,
,
где 
– площадь сечения сердечника трансформатора;
– требуемая мощность трансформатора;
– число витков на 1 В.
Для маломощных трансформаторов КПД 
можно принять равным 0,7, тогда
.
Число витков первичной обмотки
.
Число витков вторичной обмотки
.
Определяют диаметр проводов первичной и вторичной обмоток.
Предельно допустимую плотность тока для катушек можно принять равной 
. Тогда сечение провода первичной обмотки
,
а диаметр провода
.
Аналогично рассчитываются 
и 
для провода вторичной обмотки.
3) Рассчитывают параметры фильтра.
Коэффициент пульсаций на выходе фильтра
.
Так как коэффициент пульсаций на входе фильтра (на выходе мостовой схемы выпрямления) равен 0,67, то необходимый коэффициент сглаживания фильтра
.
Для получения рассчитанного коэффициента сглаживания выбирают индуктивный, емкостной, Г -образный LC - или Г -образный RC -фильтр. При этом при больших сопротивлениях нагрузки выпрямителя целесообразно применять емкостной или Г-образный RC -фильтр фильтр, а при малых – индуктивный или Г -образный LC -фильтр. Если получается 
, то необходимо использовать многозвенные фильтры.
Так, например, если выбран двойной Г -образный LC -фильтр, дальнейший расчет проводят следующим образом.
Рассчитывают коэффициент сглаживания каждого звена фильтра
.
Параметры составляющих звенья фильтра элементов находят из формулы коэффициента сглаживания звена. Для выбранного типа фильтра
,
где 
– количество пульсаций выпрямленного напряжения однофазной мостовой схемы выпрямления за период входного переменного напряжения.
Для обеспечения индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, находят критическое значение индуктивности. Индуктивная реакция необходима для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя, меньших значений токов в вентилях и обмотках трансформатора, меньшей габаритной мощности трансформатора.
.
Из справочной литературы по значению 
и условию 
выбирают тип дросселя с требуемыми параметрами.
Тогда емкость конденсатора
.
Из стандартного ряда емкостей выбирают ближайшее большее номинальное значение 
.
При проектировании фильтра также необходимо обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при котором не возникают резонансные явления на частоте пульсаций выпрямленного напряжения.
Условием отсутствия резонанса является
,
где 
– собственная угловая частота фильтра;
– угловая частота напряжения сети.
Схема однофазного мостового выпрямителя с фильтром и активной нагрузкой изображена на рис. 13:
Рисунок 13 – Схема выпрямителя с фильтром и активной нагрузкой
Литература
1. Промышленная электроника / Ю. С. Забродин. – Москва: Высшая школа, 1982. – 496 с.
2. Расчет источников электропитания устройств связи / В. Е. Китаев [и др.]. – Москва: Радио и связь, 1993. – 232 с.
3. Электронные устройства автоматики / Г. В. Королев. – Москва: Высшая школа, 1991. – 256 с.
4. Полупроводниковые приборы: Справочник / В. И. Галкин [и др.]. – Минск: Беларусь, 1987. – 285 с.
5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник / Н. Н. Акимов [и др.]. – Минск: Беларусь, 1994. – 591 с.
6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. В. Якубовский [и др.]. – Москва: Радио и связь, 1990. – 496 с.
7. Расчет электронных устройств на транзисторах / Л. Н. Бочаров [и др.]. – Москва: Энергия, 1978. – 208 с.
8. Расчет электронных схем. Примеры и задачи / Г. И. Изъюрова [и др.]. – Москва: Высшая школа, 1987. – 335 с.
9. Электротехника и основы электроники: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Б. П. Соколов, В. Б. Соколов – Москва: Высшая школа, 1985. – 128 с.
10. Электронные устройства автоматики. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ студентами дневной формы обучения и контрольных работ студентами заочного факультета специальности Т.11.03 «Автоматизация технологических процессов и производств» / Г. П. Рыжков – Витебск: Министерство образования РБ, УО «ВГТУ», 2002. – 21 с.
11. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по курсу «Электротехника и основы электроники» / А. В. Ильющенко – Витебск: Миннаробраз БССР, ВТИЛП, 1988. – 20 с.
12. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе: Учебно-
методическое пособие: Для студентов заочного и очного обучения / С. Г. Прохоров, В. Г. Трусенев – Казань: КГТУ, 2001. – 40 с.
13. Электроника. Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером: методические указания по выполнению домашней работы / М. С. Родюков, Н. Н. Коновалов – Москва: МГУПИ, 2011. – 48 с.