Электрическое питание устройств связи

Контрольная работа №1

Задача №1

Начертить схему выпрямителя и с помощью  временных диаграмм пояснить принцип  её работы.

Рассчитать заданный выпрямитель  по следующим пунктам:

1) Выбрать тип кремниевых диодов.

2) Определить действующие значения  напряжения и тока во вторичной  обмотке трансформатора.

3) Определить коэффициент трансформации  силового трансформатора.

4) Определить коэффициент полезного  действия (КПД) выпрямителя.

5) Определить коэффициент пульсации  К_П1 и частоту пульсации f₁ основной (первой) гармоники.

Данные  для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1

Выпрямленное напряжение U0, В	24
Выпрямленный ток I0, А	6
Схема выпрямления	Однофазная двухполупериодная  с выводом средней точки трансформатора
Напряжение сети UС, В	220
Частота сети fС, Гц	50
Коэффициент пульсации первой гармоники на нагрузке (на выходе фильтра) КП ВЫХ	0,005

 

Решение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема

 двухполупериодного выпрямителя

 

Каждая  полуобмотка вторичной обмотки  через диод соединяется с нагрузкой. Ток через каждый диод протекает  один раз за период, когда напряжение на его аноде имеет положительную  полярность относительно средней точки  трансформатора.

Ток в нагрузке за один период протекает  два раза, поэтому число фаз  выпрямления в этой схеме m = 2.

 

 

 

 

Рисунок 2 – Временные диаграммы  двухполупериодного выпрямителя:

а) кривые изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

б) кривые изменения тока и напряжения нагрузки

 

1) Определяем тип кремниевых диодов, для этого находим обратное напряжение U_обр и средний прямой ток I_ср через диод.

 В

 А

U_обр, I_ср взяты из таблицы 2 стр. 24.

Выбираем  тип диода, исходя из требований:

U_{обр max} > U_обр,

U_{обр max} > 75,36 В,

I_{пр ср} > I_ср,

I_{пр ср} > 3 А

Тип диода – КД202В.

Данные диода: U_{обр max} = 100 В, I_{пр ср} = 5 А, U_{пр ср} = 1,0 В, I_{обр ср} = 1,0 А.

2) Определяем действующее значение  U₂ и I₂ во вторичной обмотке трансформатора:

U₂ =

U₂ = В

 А

U₂ и I₂ взяты из таблицы 2 стр. 24.

3) Определяем коэффициент трансформации  силового трансформатора:

,

где  U₁ – действующее значение фазного U в первичной обмотке, U₁ = U_С (В);

U₂ - действующее значение напряжения во вторичной обмотке трансформатора (В).

4) Определяем КПД выпрямителя, предварительно определяем потери мощности в элементах схемы:

а) определим потери мощности в  трансформаторе:

,

где (Вт) - расчетная мощность трансформатора, определяется по данным таблицы 2 стр. 24;

- КПД трансформатора, для расчета  принимаем равным 0,85.

 Вт

 Вт

 Вт

б) определим потери мощности в  диодах по формуле:

,

где (В) - допустимое прямое напряжение на выбранном диоде.

 Вт

в) КПД выпрямителя определим  по формуле:

,

где  - активная мощность на нагрузке, Вт;

- потери мощности в трансформаторе, Вт;

- потери мощности в диодах, Вт.

= 80,4%

5) Определим коэффициент пульсации  К_П1 и частоту пульсации f₁ основной гармоники.

Коэффициент пульсации рассчитаем по формуле:

К_П1 = ,

где m – фазность выпрямителя (из таблицы 2 стр. 24).

К_П1 =

Частоту пульсации основной гармоники найдем по формуле:

,

где – частота сети.

 Гц

Задача №2

Рассчитать  сглаживающий Г – образный LC – фильтр, включенный после выпрямителя, по следующим пунктам:

1 Определить коэффициент сглаживания  q.

2 Определить элементы L и C сглаживающего фильтра.

3 Начертить схему рассчитанного  Г – образный LC – фильтра, учитывая количество звеньев в фильтре.

Данные для расчета приведены  в таблице 2 и 3.

Таблица 2

Выпрямленное напряжение U0, В	24
Выпрямленный ток I0, А	6
Схема выпрямления	Однофазная двухполупериодная  с выводом средней точки трансформатора
Напряжение сети UС, В	220
Частота сети fС, Гц	50
Коэффициент пульсации первой гармоники на нагрузке (на выходе фильтра) КП ВЫХ	0,005

 

Таблица 3

Параметры	Схема выпрямления
	Однофазная двухполупериодная с выводом средней точки  трансформатора
Обратное напряжение на диоде Uобр, В	3,14 U0
Среднее значение прямого тока через  диод Iср	0,5 I0
Фазность выпрямителя m	2
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора U2	1,11 U0
Действующее значение тока вторичной  обмотки трансформатора I2	0,707 I0
Действующее значение тока первичной  обмотки трансформатора I1
Расчетная мощность трансформатора Ртр	1,34 Р0

Решение:

Рассчитаем сглаживающий Г –  образный LC – фильтр, включенный после выпрямителя. Для этого:

1 Определим коэффициент сглаживания  q:

,

где К_П1 – коэффициент пульсации 1-ой  гармоники на входе фильтра (на входе выпрямителя),

К_Пвых – коэффициент пульсации 1-ой  гармоники на выходе фильтра (на нагрузке).

Т.к. > 25, то применяется двухзвенный LC – фильтр, включаются однотипные элементы L и C (это более экономично), коэффициент сглаживания каждого звена определяется по формуле:

= 11,5

2 Определяем элементы L и C сглаживающего фильтра:

Определим индуктивность дросселя по формуле:

 мГн

Определим значение емкости фильтра по формуле:

 мкФ

Из  справочного материала методички  табл. 4 «Конденсаторы с оксидным диэлектриком» выбираем номинальную емкость конденсатора, исходя из расчетного и номинального напряжения U_ном.

 

Исходя  из условий выбора, выбираем конденсатор  типа К50-32А, 4700 мкФ, U_ном=40В.

3 Начертим схему рассчитанного  сглаживающего Г – образного  двухзвенного LC фильтра, рисунок 3.

 

Рисунок 3 - Сглаживающий Г – образный двухзвенный  LC фильтр

Литература

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи. – М.: Радио и связь, 1986.
2. Сизых Г.Н. Электропитание устройств связи. – М.: Радио и связь, 1982.
3. Методические указания. – Москва, 2005.