Пример расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента




Рассчитать выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение = 120 В при токе = 10 А. Питающая сеть - промышленная трехфазная с нулем (четырехпроводная) 220/380 В, 50 Гц. Коэффициент пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике = 0,012.

Решение.

 

1. Найдем сопротивление нагрузки выпрямителя

 

(Ом)

 

При этом полезная мощность в нагрузке

 

(Вт)

2. В качестве схемы выпрямления выбираем трехфазную мостовую (схема Ларионова), которая характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и может быть рекомендована для использования в устройстве заданной мощности.

3. Для выбранной схемы выпрямления определяем средний ток вентиля, значение обратного напряжения на вентиле и максимальное значение тока через вентиль по приближенным формулам (см. таблицу 2.5)

 

(А),

 

(В),

 

(А).

 

Выбираем в качестве вентилей диоды 6F20 [11]: = 200 В, = 6А, = 9,5 А. Вольт-амперная характеристика диода серии 6F(R) приведена на рис. 2.23 (приводится из технических данных [11]).

Исходя из заданного режима работы вентиля по току в прямом направлении определим внутреннее сопротивление диода для диапазона прямых токов до при º С согласно формуле (1.5):

 

(Ом)

Рис. 2.23. ВАХ выпрямительных диодов серии 6F(R).

 

4. Ориентировочные значения активного сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяем согласно (1.2) и (1.3) и данным таблицы 2.5:

 

(Ом)

(мГн)

 

Принято: амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе - 1 Тл, число стержней трансформатора s = 3, p = 2.

5. Определяем падение напряжения на активном и реактивном сопротивлениях трансформатора по формулам таблицы 2.5 для схемы Ларионова:

 

(В)

(В)

 

6. Определяем падение напряжения на диодах в выбранной схеме выпрямителя по формулам таблицы 2.5:

 

(В)

 

7. Определяем ориентировочное значение падения напряжения на дросселе в зависимости от выпрямленной мощности по данным табл. 2.5:

(В), = 0,6 (Ом).

 

8. Определяем выпрямленное напряжение при холостом ходе согласно (2.36):

 

(В)

 

9. Считаем, что выпрямитель должен работать в режиме “непрерывных токов” в диапазоне от до . Определяем значение критической индуктивности дросселя фильтра по формуле (2.37):

 

(А),

(мГн).

 

Выбираем с учетом допуска на величину индуктивности ±10% и некоторым запасом значение L = 5 мГн. Подобрать дроссель с подходящими параметрами можно на сайте https://www.epcos.com в разделе параметрического поиска (Inductors/Chokes). Если активное сопротивление выбранного дросселя отличается значительно от расчетного, то расчет следует повторить с новым сопротивлением дросселя.

10. Уточняем амплитуду обратного напряжения на диоде по формулам таблицы 2.5:

 

(В)

< = 200 (В)

 

11. Действующее значение ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора (табл. 2.5):

 

(В)

 

12. Рассчитаем действующее значение тока вторичной обмотки и действующее значение тока через диод (табл. 2.5):

 

(А)

(А) < = 9,5 (А)

 

13. Находим коэффициент трансформации:

 

14. Рассчитаем действующее значение тока первичной обмотки (табл. 2.5):

 

(А)

 

15. Определяем мощности вторичной и первичной сторон трансформатора

 

(ВА),

(ВА).

 

16. Вычисляем точное значение габаритной мощности трансформатора:

 

(ВА)

 

или согласно табл. 2.5:

 

(ВА)

 

17. Коэффициента использования трансформатора по мощности:

 

0,816

 

18. Найдем согласно (2.35) коэффициент сглаживания пульсации по 1-й гармонике фильтра:

 

 

где - коэффициент пульсаций по 1-й гармонике на входе фильтра (см. табл. 2.5) для схемы Ларионова.

19. По найденному коэффициенту сглаживания и выбранной индуктивности дросселя фильтра L находим из (2.35) емкость фильтра:

 

(мкФ)

 

Выбираем емкость конденсатора из стандартного ряда номиналов с учетом допустимого отклонения емкости в пределах ±20% и некоторым запасом: = 470 (мкФ).

20. Коэффициент пульсаций выходного напряжения согласно (2.34):

 

= 0,01

 

21. Определим амплитуду и действующее значение 1-й гармонической тока через конденсатор фильтра (на частоте ) по заданному коэффициенту пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике:

 

(В),

 

(А),

 

0,622 (А).

 

Следовательно, допустимое действующее значение тока пульсации для выбранного типа ЭК должно составлять не менее 0,63 А при максимальной рабочей температуре ЭК и частоте 300 Гц.

22. В схеме Ларионова при соединении вторичной обмотки в звезду напряжение х.х. согласно (2.26):

 

146,25 (В)

 

Однако, особенностью переходных процессов, связанных с включением выпрямителей с LC -фильтрами в питающую сеть, является наличие опасных перенапряжений на элементах фильтра.

По данным таблицы 1.2 ближайший стандартный номинал рабочего напряжения ЭК = 160 В, следующий за ним - 180 В. Предельное напряжение (surge voltage), которое способен выдержать ЭК с = 160 В (в течение 30 сек), - 200 В.

Имеется большое количество серий ЭК на данное рабочее напряжение = 160 В и емкость С ≥ 470 мкФ: Hitachi AIC – HCGH (тип - под “винт”), HP3, HU3, HF2, HV2 (все типа “snap-in”) [15], Hitano – ELP, EHP, EHL (все типа “snap-in”), EPCOS – B43821, B43851, B43231, B43254.

Так как для срока службы ЭК одним из двух определяющих параметров является рабочее напряжение, то возможно имеет смысл выбрать ЭК на = 180 В и из тех же серий - HP3, HU3, HF2, HV2 (Hitachi AIC).

Выберем два ЭК одной серии HP3 (Hitachi AIC) на рабочие напряжения 160 В и 180 В и емкостью 470 мкФ (рис. 2.24) [15]. Проведем расчет их срока службы.

 

Рис. 2.24. Параметры ЭК серии HP3.

 

Величину действительного значения тока пульсации выберем с запасом относительно первой гармонической:

 

(300 Гц, 20º) 0,75 (А).

 

Мощность потерь в ЭК согласно формуле (1.15):

 

= 0,172 (Вт),

= 0,15 (Вт),

 

где индекс “ U1 ” относится к ЭК на 160 В, а индекс “ U2 ” к ЭК на 180 В.

Выберем ЭК типоразмера D x L = 25 х 25 мм, согласно данным рис. 1.16 тепловое сопротивление порядка = 22,8 ºС/Вт. Тогда из формулы (1.17):

 

4º C, = 3,4º C.

 

При температуре окружающей среды = 40º С получим:

 

= 44º C, = 43,4º C.

 

Воспользуемся формулой (1.18) для оценки срока службы ЭК:

 

,

.

 

Здесь = 85º С, = 2000 часов, рабочее напряжение В.

Таким образом, в данном случае потери мощности в ЭК малы и он практически не нагревается. Это и определяет, в значительно большей степени, чем величина номинального рабочего напряжения, срок службы ЭК.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-02 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: