РАСЧЕТ  ВЫПРЯМИТЕЛЯ  НА  АКТИВНУЮ  НАГРУЗКУ,  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ  ПОКАЗАТЕЛЕЙ  ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Темников  Евгений  Александрович

Милютин  Алексей  Юрьевич

Ахтырская  Анастасия  Юрьевна

студенты  3  курса,  энергетического  института,  Омского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Омск

Е-mail :  EvgenTemnikov@mail.ru

Энергия,  получаемая  с  помощью  природных  источников  (уголь,  мазут,  вода,  газ  и  др.)  преобразуется  в  энергию  электрическую,  благодаря  источникам  первичного  электропитания  (ТЭЦ,  АЭС,  ГЭС  и  др.).  Использование  источников  первичного  электропитания  связано  с  некоторыми  трудностями,  основная  трудность  заключается  в  том,  что  их  выходное  напряжение  обычно  является  стандартным  —  переменным.  В  нашей  стране  большая  часть  электроэнергии  потребляется  в  виде  постоянного  напряжения  различных  значений  или  тока,  имеющего  нестандартную  частоту.  Чтобы  найти  выход  из  данной  ситуации  используется  выпрямитель,  который  изменяет  параметры  входного  тока.  В  нашей  работе  будем  рассматривать  неуправляемый  выпрямитель,  произведём  расчеты  для  этого  выпрямителя  при  режиме  работы  с  активной  нагрузкой  и  определим  его  энергетические  показатели. 

Рассчитаем  выпрямитель  на  активную  нагрузку:

Возьмём  средние  значения  выпрямленного  напряжения  и  тока: 

Находим  рациональную  схему  выпрямителя:

Чтобы  определить  тип  схемы  выпрямителя  необходимо  рассчитать  мощность,  которая  потребляется  на  нагрузке:

В  результате  расчетов  наиболее  оптимальным  являетсяоднофазная  мостовая  схема  выпрямителя  (рис.  1),  именно  её  мы  и  выбираем.  В  выбранной  схеме  диоды  будут  работать  попарно:  за  один  полупериод  ток  будет  проходить  от  вторичной  обмотки  трансформатора  через  два  диода  VD2  и  VD3,  а  за  время  второго  полупериода  —  через  другие  два  диода  VD1  и  VD4.  Получаем,  что  в  каждом  полупериоде  через  нагрузку  ток  будет  протекать  лишь  в  одном  направлении,  что  и  будет  являться  выпрямлением  параметров  тока.

Рисунок  1.  Принципиальная  схема  однофазного  мостового  выпрямителя

Зная,  чтоотсутствуют  потери  в  фазах  получаем,  можно  принять  равным  нулю  активное  сопротивление  обмоток  трансформатора,  индуктивность  рассеяния,  пороговое  напряжение  и  динамическое  сопротивление:  .  Вследствие  этого  схема,  приведенная  на  рисунке  1  принимает  следующий  вид: 

Рисунок  2.  Изменённая  эквивалентная  схема  однофазного  мостового  выпрямителя,  в  которой  учитываются  допущения,  сделанные  выше

Найдём  качественные  показатели  выпрямителя:

Частоту  пульсаций  (f_П(1))  находим  по  следующей  формуле: 

где:  m₂  —  число  фаз  вторичной  обмотки  преобразовывающего  трансформатора,  m₂  =  1;

p  —  тактность  выпрямителя,  p  =  2;

f₁  —  частота  питающей  сети,  f₁  =  50  Гц.

Коэффициент  пульсаций  (k_П(1))  будем  рассчитывать  по  следующей  формуле:

Воспользовавшись  законом  Ома,  найдём  значение  сопротивления  нагрузки  (R₀):

Рассчитаем  среднее  значение  прямого  тока(I_ср.v)  вентиля  (идеального  электрического  ключа),  используя  следующую  формулу  [1]:

Рассчитываем  эффективное  значение  прямого  тока(I_эфф.v)  по  формуле  [1]:

где:  k_ф.v  —  коэффициент  формы  кривой  тока  вентиля, 

k_ф.v  =  1,57  —  принимаем,  учитывая  параметры  схемы  нашего  выпрямителя  [1].

Вычисляем  E₂  (действующее  значение  фазных  ЭДС)  иI₂  (действующее  значение  тока)  по  формулам  [1]:

Найдём  максимальное  обратное  напряжение  на  вентиле,  используя  формулу  [1]:

Теперь  определим  энергетические  показатели  выпрямителя:

Выбираем  тип  диода  и  тиристора  для  нашего  выпрямителя.  НаходимU_пор.v  (пороговое  напряжение)  и  R_gv  (динамическое  сопротивление)  прямой  ветви  вольт-амперной  характеристики.

За  счет  прохождения  прямого  тока  и  коэффициента  использования  (K_2,T)  вентильной  обмотки  трансформатора,  определяемP_пот.v  (мощность  потерь  в  вентиле).

Рассчитываем  ЭДС  (E₂),  необходимую  нам  для  нахождения  заданного  напряжения  (U₀)  при  нагрузочном  токе  (I₀)  у  реального  выпрямителя  с  активно-индуктивной  нагрузкой.  Выбираем  преобразующий  трансформатор  и  двигатель  постоянного  тока.  Рассчитываем  коэффициент  полезного  действия  (КПД)  такого  выпрямителя.

Выбираем  диод  и  тиристор:

Диод  и  тиристор  будем  выбирать  по  допустимому  прямому  току(I_пр.доп)  и  амплитудному  обратному  напряжению  (U_обр.max),  которые  мы  рассчитаем  ниже.

где:  K_I,  K_U  —  коэффициенты  использования  вентиля

Ищем  значения,  необходимые  нам  для  выбора  диода,  в  которомI_ср.v  =  50  А  и  U_max.v  =  94,2  В.  Значения  расчётных  коэффициентов  возьмём  равными  .

По  рассчитанным  нами  данным  берём  силовой  диод  типаД2997.

Таблица  1. 

Основные  характеристики  силового  вентиля  Д2997  [1]

Точно  таким  же  образом  находим  значения  для  выбора  тиристора,  в  котором

По  найденным  значениям  берём  тиристор  типаT232-50.

Таблица  2. 

Основные  характеристики  тиристораT 232-50  [1]

Рассчитаем  пороговое  напряжение  (U_пор.v)  и  динамическое  сопротивление  (R_gv)  прямой  ветви  вольт-амперной  характеристики  (ВАХ)  у  найденных  расчётным  путём  вентилей.

где  I  —  среднее  значение  прямого  тока  вентиля,  А.

Находим  мощность  потерь(P_пот.v)в  вентилях  при  прохождении  прямого  токапри  активной  нагрузке[1]:

где:  n  —  число  диодов, 

n  =  4  —  мостовая  однофазная  схема.

В  данной  работе  мы  рассмотрели  неуправляемый  выпрямитель,  по  произведённым  нами  расчётам  подобрали  подходящий  тип  схемы  выпрямителя  и  составили  принципиальную  и  эквивалентную  схемы  данного  выпрямителя.  Нашли  частоту  (f_П(1))  и  коэффициент  пульсаций  (k_П(1))  выпрямленного  напряжения  (u₀);  сопротивление  на  нагрузку  (R₀)  и  мощность  этой  нагрузки  (P₀),  значения  прямого  тока  вентиля.

Используя  полученные  значения  мы  выбрали  тип  диода  и  тиристора  для  нашей  схемы  выпрямителя.  Вычислили  пороговое  напряжение  (U_пор.v)  и  динамическое  сопротивление  (R_gv).  Рассчитали  мощность  потерь  (P_пот.v)  в  вентиле  при  прохождении  прямого  тока  при  режиме  работы  с  активной  нагрузкой.  Нашли  коэффициент  (K_2,T)  вентильной  обмотки  трансформатора. 

Список  литературы:

1.Акимов  Н.Н.  Резисторы,  конденсаторы,  трансформаторы,  дроссели,  коммутационные  устройства  РЭА:  Справочник.  Минск  :  Беларусь,  1994.  —  С.  591.

2.Герасимов  В.Г.  Электротехнический  справочник.:  В  3-х  томах.  Том  2.  Электротехнические  изделия  и  устройства.  М.:  Энергоатомиздат,  2003.  —  С.  600.

3.Кузнецов  Е.М.  Расчет  и  моделирование  электропитающих  устройств  для  промышленных  установок:  Учебное  пособие.  2000  г.