Курсовая работа: Расчет выпрямителя расчет транзисторного усилительного каскада синтез логических схем

Свойства выпрямителя в значительной степени зависят от характера нагрузки на его выходных зажимах, которая может быть активной (омической), начинающейся с индуктивности и начинающейся с емкости.

Однофазная мостовая схема (рис. 1.2) строится на однофазном трансформаторе Т. Диодная группа образует мост, к одной диагонали которого подводится переменное напряжение, а в другую диагональ включается нагрузка. Диоды работают парами поочередно (рис. 1.3): в положительные полупериоды напряжения U₂ ток проводят диоды VD2 и VD3, иначе – диоды VD1 и VD4.

Рисунок 1.2 – Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Рисунок 1.3 – Диаграммы токов и напряжений

Через нагрузку протекает пульсирующий ток в оба полупериода напряжения u₂ . Преимуществами данной схемы выпрямления (по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления) являются увеличение среднего значения выпрямленного тока и напряжения в два раза и значительное уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения, при этом значение обратного напряжения на закрытых диодах такое же, как и в однополупериодной схеме выпрямления.

Схемы выпрямления трехфазного тока применяются в основном для питания потребителей большой и средней мощности. Они равномерно нагружают сеть трехфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора, низким уровнем пульсаций. Ниже рассматриваются две часто применяемые схемы.

Трехфазные выпрямители с нейтральным выводом строятся на трехфазном трансформаторе (рис. 1.4), вторичные обмотки которого соединяются «звездой». Нагрузка включается между объединенными катодами диодов и нулевой точкой трансформатора. Из временных диаграмм (рис. 1.5) видно, что диоды проводят ток поочередно, каждый – в течение одной трети периода, когда потенциал начала одной фазы более положителен, чем двух других. Два других диода в этот период закрыты.

Рисунок 1.4 – Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом

Рисунок 1.5 – Диаграммы токов и напряжений

Такая схема нашла применение на средних мощностях (P_d > 1 кВт) при невысоких требованиях к пульсациям выпрямленного напряжения. Достоинство такого выпрямителя – высокая надежность (минимальное число диодов) и низкое значение k_п (по сравнению с однофазной схемой выпрямления). Недостаток схемы – подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, что приводит к снижению его КПД.

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 1.6) можно рассматривать как два трехфазных выпрямителя, соединенных последовательно. Первый содержит диоды VD1, VD3, VD5, второй – диоды VD2, VD4, VD6. В результате среднее значение выпрямленного напряжения в два раза превышает напряжение в трехфазной схеме с нулевым выводом. Ток в нагрузке и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение. Из временных диаграмм (рис. 1.7) видно, что в интервале времени t₁ – t₂ открыты диоды VD1, VD4, t₂ – t₃ – VD1, VD6, t₃ – t₄ – VD3, VD6 и т. д. Продолжительность работы каждого из диодов составляет 1/3 периода. Схема Ларионова обеспечивает наилучшие показатели использования трансформатора и диодов, дает минимальное значение коэффициента пульсаций и получила высокое распространение. Основные параметры рассмотренных схем выпрямления приведены в табл. 1.

Рисунок 1.6 – Трехфазный мостовой выпрямитель

Рисунок 1.7 – Диаграммы токов и напряжений

Обязательной принадлежностью выпрямителя является сглаживающий фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую выпрямленного напряжения и снижающий его пульсации. Основным параметром, характеризующим работу сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания S. Он равен отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра

. (1.10)

Простейшими фильтрами являются конденсатор, включенный параллельно нагрузке (емкостный фильтр, рис. 1.8, а), и дроссель, включенный последовательно с нагрузкой (индуктивный фильтр, рис. 1.8, б).

Пульсации на выходе емкостного фильтра определяются постоянной разряда конденсатора , поэтому такие фильтры целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором при небольшой мощности выпрямителя.

а

б

Рисунок 1.8 – Однополупериодный выпрямитель с различными фильтрами

Эффективность индуктивного фильтра зависит от его постоянной времени . Длительность импульса тока увеличивается с ростом t. Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра

. (1.11)

Чем больше значение L_ф или меньше R_н , тем эффективнее фильтр. Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощности с малым значением сопротивления нагрузки.

Если необходимо обеспечить коэффициент сглаживания 20 < S < 40, применяют Г-образные (LC-, RC-типа) (рис. 9) и многозвенные П-образные фильтры.

а

б

Рисунок 1.9 – Г-образные фильтры: а – LC-фильтр; б – RC-фильтр