Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные параметры выпрямителей (при работе на активную нагрузку)

Методические указания

по выполнения контрольной работы

для заочного отделения профилей «Электроснабжение», «Электропривод»

по дисциплине «Электроника»

Подготовил: Доцент Гаврилов Е. Н.

Нижнекамск, 2016 г.

Контрольная работа оформляется в тетради. Задачи выполняются в строгой последовательности, условия и данные задачи указываются в начале задания. Все рисунки и графики должны иметь порядковые номера.

Задания к контрольной работе

ЗАДАЧА 1. Напряжение и частота сети переменного тока заданы в таблице 1. Тип выпрямителя, мощность и номинальное напряжение нагрузки, тип фильтра и допустимый коэффициент пульсации напряжения на нагрузке приведены в таблице 2.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему выпрямителя с фильтром, на которой обозначить напряжения и токи в обмотках трансформатора, вентилях и нагрузке. Указать полярность выходных клемм.

2. Рассчитать необходимые параметры и выбрать тип вентилей при условии работы выпрямителя на заданную активную нагрузку. Индуктивностью и сопротивлением обмоток трансформатора пренебречь.

3. Определить расчетную мощность, напряжение вторичной обмотки и коэффициент трансформации трансформатора. Вентили считать идеальными.

4. Рассчитать амплитуды тока и напряжения при работе выпрямителя без фильтра и начертить в масштабе временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке.

5. Рассчитать параметры сглаживающего фильтра, который обеспечит допустимый коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке.

6. Указать на схеме выпрямителя тип вентилей, параметры элементов фильтра, мощность и коэффициент трансформации трансформатора.

Таблица 1

Группа
U _с, B
f _c, Гц

ПримечаниЯ.

1. Для трехфазных выпрямителей в таблице 1 приведены фазные напряжения трехфазной сети.

2. Если приведенные в Приложении 3 диоды по предельным параметрам не удовлетворяют требованиям схемы, их надо включать параллельно или последовательно.

3. Если параметры элементов фильтра оказываются слишком большими (индуктивность >1 Гн, емкость >10000 мкФ) рекомендуется выбрать более сложный или многозвенный фильтр (Приложение 2).

4. Для выпрямителей приняты следующие обозначения:

A - однофазный однополупериодный;

Б - однофазный с нулевым выводом;

В - однофазный мостовой;

Г - трехфазный с нулевым выводом;

Д - трехфазный мостовой.

5. Для обозначения типа фильтра приняты следующие обозначения:

I - простой емкостной фильтр;

II - простой индуктивный фильтр;

III - Г-образный индуктивно-емкостной фильтр;

IV - П-образный LC -фильтр;

V - Г-образный RC -фильтр.

Таблица 2

Вариант	Тип выпрямителя	Номинальное напряжение нагрузки, В	Номинальная мощность нагрузки, Вт	Тип фильтра	Допустимый коэффициент пульсации, %
	А Б В Г Д			V I III III II	5.0 5.0 3.0 10.0 2.0
	А Б В Г Д			V IV IV III II	10.0 1.0 2.0 2.0 1.0
	А Б В Г Д			V I III II II	5.0 1.0 1.0 5.0 1.5
	А Б В Г Д			I IV IV III II	10.0 2.0 1.0 5.0 1.0
	А Б В Г Д			I III IV III II	5.0 3.0 1.0 5.0 1.0
	А Б В Г Д			V III IV III II	1.0 5.0 0.5 5.0 3.0

ЗАДАЧА 2. На основе операционного усилителя (ОУ) проектируется усилитель низкой частоты с заданным коэффициентом усиления напряжения. Тип ОУ, требуемый коэффициент усиления и минимальное входное напряжение U _вх_min приведены в таблице 3. Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

ЗАДАНИЕ.

Начертить заданную схему усилителя с цепью обратной связи и источниками питания. Указать входное и выходное напряжения.
Рассчитать сопротивления резисторов схемы для получения требуемого коэффициента усиления.
Определить максимальную амплитуду входного синусоидального сигнала, при которой не будет значительных искажений выходного сигнала.
Начертить амплитудную характеристику усилителя.

Таблица 3

Вариант	Тип ОУ	Требуемый коэффициент усиления	U _вх_min, мВ	Тип усилителя
Группа 1, 4	Группа 2, 5	Группа 3, 6
	К140УД1А				инвертирующий “ “ неинвертирующий “ “
	К140УД1Б				инвертирующий “ “ неинвертирующий “ “
	К140УД2А				инвертирующий “ “ неинвертирующий “ “
	К140УД6				инвертирующий “ “ неинвертирующий “ “
	К140УД7				инвертирующий “ “ неинвертирующий “ “

ЗАДАЧА 3. На основе операционного усилителя проектируется сумматор для выполнения заданной операции. Тип ОУ, выполняемая операция и сопротивление резистора обратной связи приведены в таблице 4. Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему сумматора для реализации заданной операции с указанием источников питания, входного и выходного напряжений.

2. Рассчитать величину сопротивлений резисторов входных цепей.

Таблица 4

Вариант	Тип ОУ	Выполняемая операция	Сопротивление обратной связи, кОм	Тип сумматора
Груп- па 1, 4	Груп- па 2, 5	Груп- па 3, 6
	К140УД1А	U ₁+2 U ₂+3 U ₃ 4 U ₁+ U ₂+ U ₃ 2 U ₁+ U ₂+2 U ₃ -(U ₁+2 U ₂+3 U ₃) -(4 U ₁+ U ₂+ U ₃) -(2 U ₁+ U ₂+2 U ₃) U ₁+2 U ₂-3 U ₃-4 U ₄ 2 U ₁+ U ₂-3 U ₃-2 U ₄			неинвертирующий “ “ инвертирующий “ “ параллельный “
	К140УД2А	3 U ₁+2 U ₂+2 U ₃ U ₁+4 U ₂+2 U ₃ 2 U ₁+3 U ₂+ U ₃ -(3 U ₁+2 U ₂+2 U ₃) -(U ₁+4 U ₂+2 U ₃) -(2 U ₁+3 U ₂+3 U ₃) 3 U ₁+ U ₂-2 U ₃- U ₄ 4 U ₁+2 U ₂-3 U ₃-2 U ₄			неинвертирующий “ “ инвертирующий “ “ параллельный “
	К140УД6	5 U ₁+ U ₂+ U ₃ 3 U ₁+ U ₂+4 U ₃ 2 U ₁+5 U ₂+ U ₃ -(5 U ₁+ U ₂+ U ₃) -(5 U ₁+ U ₂+2 U ₃) -(3 U ₁+ U ₂+4 U ₃) 5 U ₁+ U ₂- U ₃- U ₄ 2 U ₁+ U ₂-5 U ₃- U ₄			неинвертирующий “ “ инвертирующий “ “ параллельный “
	К140УД7	6 U ₁+2 U ₂+ U ₃ 6 U ₁+4 U ₂+ U ₃ -(U ₁+6 U ₂+ U ₃) -(2 U ₁+2 U ₂+5 U ₃) 5 U ₁+2 U ₂-3 U ₃- U ₄ U ₁+6 U ₂- U ₃-4 U ₄			неинвертирующий “ инвертирующий “ параллельный “

ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ К ЗАДАЧАМ

ПРИМЕР 1. Схема выпрямителя с П-образным индуктивно-емкостным фильтром приведена на рис. 1. Номинальное напряжение нагрузки 100 В, номинальная мощность – 50 Вт, допустимый коэффициент пульсации 0,5%, напряжение сети переменного тока 220В при частоте 50 Гц.

Выбрать тип вентилей, определить расчетную мощность и коэффициент трансформации трансформатора, параметры фильтра.

РЕШЕНИЕ.

1. Выбор вентилей.

Ток нагрузки

Рис. 1

Для однофазного мостового выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль (Приложение 1)

Обратное максимальное напряжение на вентиле

Выбираем вентили КД105Б (Приложение 3), для которых

2. Определение параметров трансформатора.

Для однофазного мостового выпрямителя действующее значение вторичного напряжения

Откуда коэффициент трансформации

Расчетная мощность

Выбираем трансформатор

U ₁/ U ₂ = 220/110 B;

3. Определение параметров фильтра (Приложение 2).

Коэффициент пульсаций на выходе однофазного мостового выпрямителя

Требуемый коэффициент пульсаций

Коэффициент сглаживания фильтра

П-образный фильтр состоит из простого C -фильтра и Г-образного LC -фильтра. Его коэффициент сглаживания

Принимаем емкость конденсаторов фильтра C ₁ = C ₂ = 100 мкФ. Тогда

где m – число пульсаций выпрямленного напряжения за период (Приложение 1);

R _н – сопротивление нагрузки:

Тогда коэффициент сглаживания LC -фильтра

Для LC -фильтра

При C ₂ = 100 мкФ

Параметры фильтра C ₁ = C ₂ = 100 мкФ, L _ф = 0,3 Гн удовлетворяют условиям эффективной работы (Приложение 2):

и .

Пример 2. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен 20. Усилитель на ОУ К140УД2Б, который имеет следующие основные параметры: напряжение источников питания E _п= ±6,3 В, разность входных токов Δ I _вх=0,2 мкА, коэффициент усиления K `_u=3000, максимальное выходное напряжение U _вых_m= ±3 В, входное сопротивление R `_вх=0,3 МОм, выходное сопротивление R `_вых=1 кОм.

Рассчитать сопротивления резисторов схемы для получения заданного коэффициента усиления, определить входное и выходное сопротивления усилителя с обратной связью и максимальную амплитуду входного синусоидального сигнала, при которой не будет заметных искажений выходного сигнала. Сопротивлением нагрузки пренебречь.

Решение.

Схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 2.

Параметры ОУ приведены в Приложении 4.

1. Для инвертирующего усилителя на ОУ входное сопротивление R _вх= R ₁. Чтобы не загружать источники сигнала, величину R ₁ желательно иметь большой. Но падение напряжения на R ₁ от разностного тока Δ I _вхвоспринимается усилителем как сигнал. Чтобы отстроить эту помеху от полезного сигнала, надо иметь Δ I _вх· R ₁ значительно меньше, чем U _вх_min.

Рис. 11

Принимаем R ₁= 5 кОм, тогда Δ I _вх· R ₁= 0,2·5= 1 мВ << U _вх_min= 10 мВ.

Сопротивление обратной связи

R ₂= K _u· R ₁= 20·5= 100 кОм.

Для уравнивания входных токов ОУ по обоим входам в цепь неинвертирующего входа включают резистор R ₃:

2. Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ с обратной связью

Выходное сопротивление

3. Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения (для данного типа ОУ – 3 В). Поэтому максимальная амплитуда входного синусоидального сигнала составит

Пример 3. Параллельный сумматор для реализации операций U _вых=10 U ₁+ U ₂-2 U ₃-5 U ₄ выполнен на ОУ К14ОУД8А, который имеет следующие основные параметры: напряжения источников питания E _п= ±15 B, максимальное выходное напряжение U _{вых m}=±10 В, коэффициент усиления K `_u= 50000. Сопротивление обратной связи равно 40 кОм. Определить сопротивления резисторов во входных цепях схемы и максимальную величину входного единичного напряжения U.

Решение.

Схема параллельного сумматора для реализации заданной функции приведена на рис. 3. Число неинвертирующих входов соответствует числу положительных, а число инвертирующих – числу отрицательных членов функции.

1. Выходное напряжение параллельного сумматора U _вых= K _iн· U _iн - K _iи· U _iи, где K _iн, U _iн, K _iи, U _iи – коэффициенты усиления (весовые коэффициенты) и входные напряжения по каждому из неинвертирующих и инвертирующих входов:

где R _oc– сопротивление обратной связи (резистор R ₅), R _i – сопротивление в цепи данного входа. По заданному значению R ₅ и весовым коэффициентам входов (K ₁=10, K ₂=1, K ₃=2, K ₄=5) определяем

Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появиться разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет U _вых при отсутствии U _вх. Входное сопротивление по инвертирующему входу

по неинвертирующему входу

Чтобы выровнять входные сопротивления параллельно инвертирующему входу, надо включить резистор R ₆ так, чтобы

2. Выходное напряжение при выполнении данной операции U _вых=10 U + U -2 U -5 U =4 U. При максимальном выходном напряжении ОУ 10 В единичное входное напряжение (равное по всем входам)

3. При единичном входном напряжении 100 мВ U _вх1= U _вх2= U _вх3= U _вх4=100 мВ. Доля выходного напряжения за счет первого входа U _вых1= K ₁ U _вх1=10·100=1000 мВ. Для других входов U _вых2= K ₂ U _вх2=1·100=100 мВ, U _вых3=- K ₃ U _вх3= -2·100= -200 мВ, U _вых4=- K ₄ U _вх4=-5· ·100= -500 мВ. Выходное напряжение сумматора

Литература

1. Бладыков Ю. В. Электроника: Метод. пособие к выполнению расчетно-графической работы по дисц. «Электроника», «Электротехника и электроника», «Электроника и микропроцессорная техника», «Электроника и информационно-измерительная техника» / Ю.В. Бладыко, Г.С.Климович, Л.С. Пекарчик. Под общ. ред. Ю.В. Бладыко. – Мн.: БНТУ, 2004. – 50 с.

Приложение 1

Основные параметры выпрямителей (при работе на активную нагрузку)

Число	Выпрямитель	Трансформатор	Вентили	Нагрузка
фаз		U _2ф/ U _d	I _2ф/ I _d	I _1ф· n / I _d	S _т/ P _d	U _в/ U _d	I _a/ I _d	U _d/ U _2ф	q ₁	m
Одно-	Однополупериодный	2.22	1.57	1.21	3.09	3.14		0.45	1.57
фазный	Нулевой (со средней точкой)	1.11	0.785	1.11	1.48	3.14	0.5	0.9	0.667
	Мостовой	1.11	1.11	1.11	1.23	1.57	0.5	0.9	0.667
Трех-	Нулевой (со средней точкой)	0.855	0.577	0.476	1.35	2.09	0.333	1.17	0.25
фазный	Мостовой (Y/Y, D/Y)	0.427	0.817	0.817	1.045	1.045	0.333	2.34	0.057
	Мостовой (D/D, Y/D)	0.74	0.47	0.47	1.045	1.045	0.333	1.35	0.057
	Шестифазный нулевой	0.74	0.41	0.58	1.55	2.09	0.167	1.35	0.057
	Двойной с уравнительным реактором	0.855	0.29	0.405	1.26	2.09	0.167	1.17	0.057

U _2ф – действующее значение напряжения вторичной обмотки (фазного для трехфазных схем);

U _d – расчетное среднее значение выпрямленного напряжения: U _d= N _в U _пр+ U _н;

N _в – число последовательно включенных диодов;

U _пр – прямое падение напряжения на диоде;

U _н – среднее значение напряжения на нагрузке;

I _2ф – действующее значение тока вторичной обмотки (фазного);

I _d – расчетное среднее значение тока через нагрузку;

I _1ф – действующее значение тока первичной обмотки (фазного);

n = U _1ф/ U _2ф – коэффициент трансформации;

S _т – расчетная мощность трансформатора;

P _d – расчетное значение мощности нагрузки: P _d= U _d· I _d;

U _в – максимальное обратное напряжение на диоде;

I _a – среднее значение тока диода;

q ₁ – коэффициент пульсаций выходного напряжения (отношение амплитуды основной гармоники к U _d);

m – число пульсаций выходного напряжения за период (отношение частоты основной гармоники пульсаций к частоте сети)

Тип фильтра	Коэффициент сглаживания фильтра	Условия эффективной работы
1. Емкостный
2. Индуктивный
3. Г -образный LC -фильтр		;
4. П -образный LC -фильтр		C _ф2 = (1 … 2) C _ф1,
5. Г -образный RC -фильтр

Приложение 2

Параметры сглаживающих фильтров

m – число пульсаций выпрямленного напряжения;

- угловая частота сети;

R _н – сопротивление нагрузки

Приложение 3

Предельные параметры некоторых выпрямительных диодов и столбов

Тип	Средний выпрямленный ток, А	Допустимое обратное напряжение, В	Диапазон температур, ⁰С
КД105Б КД105В КД105Г КД209А КД209Б КД208А КД206А КД206В ДЗ02 ДЗ03 ДЗ04 ДЗ05	0,3 0,3 0,3 0,7 0,7 1,5 10,0 10,0 1,0 3,0 5,0 10,0		-60…+55 -60…+55 -60…+55 -60…+55 -60…+55 -40…+85 -60…+70 -60…+70 -60…+50 -60…+50 -60…+50 -60…+50
КЦ106А КЦ106Б КЦ106В КЦ106Г КЦ201А КЦ201Д	0,01 0,01 0,01 0,01 0,1 0,5		-60…+85 -60…+85 -60…+85 -60…+85 -60…+85 -60…+85

Приложение 4

Некоторые параметры операционных усилителей серии 140

Тип ОУ	Напряжение источников питания, В	Коэффициент усиления	Максимальное выходное напряжение, В	Входное сопротивление, МОм	Выходное сопротивление, кОм	Входной ток, мкА	Разность входных токов, мкА
К140УД1А К140УД1Б К140УД2А К140УД2Б К140УД6 К140УД7 К140УД8А	±6,3 ±12,6 ±12,6 ±6,3 ±15,0 ±15,0 ±15,0		±3,5 ±8,0 ±10,0 ±3,0 ±11,0 ±10,5 ±10,0	0,6 0,4 0,3 0,3 1,0 0,4	0,7 0,7 1,0 1,0 0,1 0,1 0,2	0,7 0,7 0,1 0,4 0,2	1,5 1,5 0,2 0,2 0,02 0,2 0,02

Воспользуйтесь поиском по сайту: