Розрахунок випрямляча з ємнісним фільтром
Автор програми: Електромонтер
Програму завантажувати з 0-ї сторінки. В/О, С/П.
Схема 1/2? Вибираємо одно- або двонапівперіодну (мостову) схему випрямляча, наприклад, двонапівперіодну, 2 С/П. При введенні числа менше 1 і більше 2 програма повторить питання.
Uвх =? Вводимо напругу на вході випрямляча, наприклад 15 (В) С/П.
2Uпул =?. Вводимо подвійну напругу (розмах) пульсацій, наприклад, 2 (В), С/П.
Iн =? Вводимо споживаний струм навантаження, наприклад, 1 (А), С/П.
Uдпр =? Вводимо пряме падіння напруги на діодах, наприклад, 0,6(В), С/П.
Cф=? Отримуємо розрахункову ємність конденсатора, що фільтрує, 4247,1095 мкФ. Вводимо стандартне значення, 4700 (мкФ), С/П. Отримуємо напругу на виході випрямляча, Uвих = 19,101649, тобто приблизно 19,1В. З/П. Отримуємо реальний розмах пульсацій, 2Uпул = 1,8231091, тобто приблизно 1,82В. З/П. Отримуємо найбільший імпульсний струм через діоди випрямляча, Iді = 13,703831, тобто приблизно 13,7А. З/П. Можна розраховувати далі.
Розмах напруги пульсацій не повинен перевищувати 20% вихідної напруги, інакше може вийти з ладу електролітичний конденсатор на виході випрямляча. Зауважте, імпульсний струм значно перевищує середньовипрямлений! Діоди мають його витримувати.
Мал. 1. Однонапівперіодна схема випрямляча.
Мал. 2. Двонапівперіодна (мостова) схема випрямляча.
На прохання трудящих викладаю короткий опис роботи схеми та свою методику розрахунку випрямляча з ємнісним фільтром, на основі якої була написана програма.
Короткий опис роботи схеми
На вхід випрямляча подається синусоїдальна змінна напруга. Амплітуда вхідної напруги в 1,4142 рази перевищує ефективне значення вхідної напруги:Um = 1,4142 Uвх.
Як тільки миттєве значення напруги на вході випрямляча перевищить напругу на конденсаторі фільтра, діоди випрямляча відкриються і конденсатор виявиться підключеним до джерела змінного струму. Різниця напруг амплітудного вхідного та на конденсаторі в момент включення діодів є розмах пульсацій вихідної напруги
2Uпул = Um-Ucфmin. Кут включення діодів визначається виразом Овкл=arccos(Ucфmin/Um), тобто Oвкл=arccos(1-(2Uпул/Um)) Споживаний струм від джерела змінного струму дорівнює сумі струмів заряду конденсатора і споживання навантаженням. Iді=2*pi*F*Um*Cф*sinOвкл+Ін.
При досягненні амплітудної напруги на вході випрямляча струм, споживаний конденсатором фільтра стає рівним нулю, а далі стає негативним. Як тільки струм розряду конденсатора фільтра перевищить струм споживання навантаження, діоди випрямляча закриються.
Напруга на навантаженні буде підтримуватись за рахунок заряду конденсатора фільтра, поки миттєва напруга на вході випрямляча знову не перевищить напругу на конденсаторі фільтра. Час, підтримання напруги за рахунок заряду конденсатора фільтра визначається виразами t=(180-Oвкл-Oвыкл)/(180*2*F) для бруківки і t=(360-Oвкл-Oвыкл)/(180*2*F) для однонапівперіодної схеми випрямляча
Необхідна ємність конденсатора фільтра: Cф=Iн*t/2Uпул. Розмірності вищенаведених формул: напруга, В; струм, А; частота, Гц; ємність, Ф; кут, градуси.
Методика розрахунку
Передбачається, що випрямляч працює в режимі, що встановився, внутрішній опір джерела змінного струму і діодів випрямляча дорівнює нулю. Частота змінного струму дорівнює 50Гц, розмірність ємності конденсатора- Мкф.
Вибираємо схему випрямляча, одно-, або двонапівперіодну. Задаємося вхідною напругою, Uвх, В; розмахом напруги пульсацій, 2Uпул,; споживаним струмом навантаження, Iн, А; прямим падінням напруги на діодах, Uдп, Ст.
1) Отримуємо амплітудне значення вхідної напруги Um=1,4142*Uвх (В) (1) Робоча напруга конденсатора фільтра має перевищувати амплітудне вхідне. Розраховуємо:
2) Кут включення діодів, Oвкл = arccos (1-(2Uпул/Um)) (2);
3) Ємність конденсатора фільтра для двонапівперіодної схеми, Cф=10000*Iн*(1-(Oвкл+Oвикл)/arccos(-1))/2Uпул (мкФ) (3); або для однонапівперіодної схеми Cф=10000*Iн*(2-(Oвкл+Oвикл)/arccos(-1))/2Uпул (мкФ) (4) Поки значення Oвикл не відомо, задамося Oвыкл=0;
4) Oвикл=arcsin(10000*Iн/(pi*Uвих*Cф)) (5) Підставляємо Oвикл у формулу (3) або (4) і отримуємо уточнене значення ємності конденсатора фільтра. Якщо необхідно ще раз уточнити значення ємності конденсатора фільтра, повторно розраховують Oвикл за формулою (5), а потім отримуємо значення ємності конденсатора фільтра за формулою (3) або (4).
Знаходимо найближче до розрахункового, стандартне значення ємності конденсатора, і робимо перевірочний розрахунок. Розраховуємо:
5) Oвикл за формулою (5)
6) Розмах пульсацій вихідної напруги для двонапівперіодної схеми, 2Uпул=10000*Iн*(1-(Oвкл+Oвикл)/arccos(-1))/Cф (В) (6); або для однонапівперіодної схеми 2Uпул=10000*Iн*(2-(Oвкл+Oвикл)/arccos(-1))/Cф (В) (7);
7) Кут включення діодів, Oвкл за формулою (3) Підставляємо Oвкл у формулу (6) або (7) і отримуємо уточнене значення розмаху пульсацій вихідної напруги. Якщо необхідно ще раз уточнити значення розмаху пульсацій вихідної напруги, повторно розраховуємо Oвкл за формулою (3), а потім отримуємозначення розмаху пульсацій вихідної напруги за формулою (6) чи (7).
8) Середнє значення вихідної напруги для двонапівперіодної схеми Uвих=Um-2Uпул/2-2*Uдп (8); або для однополуперіодної схеми Uвых=Um-2Uпул/2-Uдп (9);
9) Найбільший імпульсний струм діодів, Iді=pi*Uвих*Cф*sinOвкл/10000+Iн. (10).
Результати розрахунків добре узгоджуються з результатами, розрахованими за поширеними методиками, описаними в технічних довідниках.