, 
где 
и 
- мгновенные значения напряжения и тока нагрузки;
T - период повторяемости формы выпрямленного напряжения (тока).
Сначала определяют действующее значение входного
напряжения выпрямителя U2 (необходимое для выбора или расчёта трансформатора). U2
находят по известным величинам Uср и Кп с учётом падения напряжения на вентилях,
которое зависит от схемы включения: 
, где m
- число одновременно открытых диодов в
схемах рис.1.
Для выбора диодов необходимо знать максимальное Iв.м.
и среднее Iв.ср. значения тока, протекающего через каждый вентиль
в прямом направлении, а также максимальное значение обратного напряжения на вентиле.
Действующее значение тока Iв на входе выпрямителя нужно для расчёта необходимого
диаметра провода трансформатора. Значения Iв.м., Iв.ср.
и Iв следует выражать через среднее значение тока
выпрямителя (Iср., т. е. через
заданный ток нагрузки Iн),
а максимальное значение напряжения - через действующее
значение напряжения вторичной обмотки трансформатора (U2). Поскольку
через открытый диод во время tзар протекает
ток заряда конденсатора и ток нагрузки, то максимальное значение тока через
диод Iв.м. (или Iимп) – это сумма тока нагрузки Iн и
тока заряда конденсатора Iзар. В установившемся режиме работы емкостного фильтра
величина заряда, отдаваемого конденсатором в нагрузку за время разряда 
,
равна величине заряда, сообщаемого конденсатору за время заряда 
. Из
этого следует, что 
. Среднее значение тока через диод Iв.ср.,
которое зависит от используемой схемы выпрямителя, может равняться току Iн
(рис.1а) или быть вдвое меньше тока Iн (рис.1б,в), – а действующее
значение тока Iв определяется путем подстановки величины Iв.м.
в формулу:
, где
tзар -
время открытого состояния вентиля, Tср – период осреднения.
При необходимости расчёта действующего значения тока через диод период осреднения выбирается равным целому периоду сети.
По приведённой выше формуле выполняют расчёт
действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора (входного тока выпрямителя)
для выбора диаметра провода этой обмотки. При расчёте действующего значения
тока вторичной обмотки трансформатора, работающего на мостовой выпрямитель,
период осреднения Тср равен периоду пульсаций Тп=Тс/2, поскольку ток мостового
выпрямителя протекает по вторичной обмотке трансформатора за период сети дважды
– в прямом и обратном направлении. Для схем рис.1а или рис.1б Тср=Тс. Если плотность
тока J не превышает 3А/мм2, то диаметр провода
вторичной обмотки (без изоляции) должен быть не менее 
.
Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора для
маломощных выпрямителей проводят по известным параметрам нагрузки (Uср, Iср
или Rн), коэффициенту Кп и частоте пульсаций fп с
учётом того, что при закрытом вентиле размах пульсаций на нагрузке определяется
разрядом конденсатора, из чего следует, что 
и [1].
Необходимое для расчётов значение времени разряда (заряда) зависит от выбранной схемы выпрямления (однополупериодная или двухполупериодная) и периода сети Tс. Экспериментально установлено, что для Кп в пределах 1-10% время разряда почти неизменно и составляет:
Пример. Необходимо получить однополярное напряжение питания нагрузки Uн=10В при максимальном токе нагрузки Iн=1А с качеством 1% (Кп=0.01). Частота сети 50Гц.
1. Для построения маломощного выпрямителя выбираем мостовую схему. Достоинством мостового выпрямителя является использование им только одной обмотки трансформатора (уменьшение массы источника в сравнении со схемой рис.1б) и удвоенная частота пульсаций (увеличение числа выпрямляемых полупериодов позволяет уменьшить значение необходимой ёмкости сглаживающего конденсатора, а значит – габариты источника), а также отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора (которое будет происходить в схеме рис.1а, ведя к росту потерь).
2. Действующее значение входного напряжения выпрямителя:
3. Максимальное обратное напряжение диода: 
Среднее значение тока диода: Iв.ср.=Iн/2=1/2=0.5А
Импульсный ток диода: 
Действующее значение тока диода (период осреднения равен периоду сети):
Действующее значение тока вторичной обмотки
Диаметр провода вторичной обмотки: 
3. Ёмкость сглаживающего конденсатора:
4. 
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
В лабораторной работе поочерёдно исследуется три схемы выпрямителей (см. рис.1). Перед проведением исследований необходимо подготовить схему эксперимента согласно рис.2.
Рис.2 Схема исследования работы однофазного выпрямителя
Перед сборкой схемы убедиться в исправности измерительных приборов и соединительных проводов.
Сопротивление шунта Rш необходимо для наблюдения формы выходного тока выпрямителя при работе на активную и активно-емкостную нагрузку. При наблюдении формы тока через шунт (и напряжения на диоде) к схеме следует подключать только один канал осциллографа для исключения коротких замыканий.
При установке в схему конденсатора с расчётным значением емкости С (см. таблицу 1) необходимо соблюдать полярность электродов ёмкости.
Для включения лабораторного блока питания нужно перевести правый выключатель в положение ВКЛ. При этом должен загореться индикатор «СЕТЬ». Поскольку лабораторный блок питания имеет защиту от короткого замыкания в нагрузке, то подключение к выходу выпрямителя разряженного конденсатора может привести к отключению источника зарядным током ёмкости. Чтобы уменьшить ток включения, нужно установить переключатель переменного однофазного напряжения в положение, соответствующее минимальному входному напряжению выпрямителя (5В) и только после этого включить источник переменного однофазного напряжения (тумблер слева). Убедившись в работе схемы можно увеличить напряжение U2 до необходимого по расчету значения.
При настройке осциллографа рекомендуется устанавливать чувствительность по первому и второму каналам 5В/дел. При этом должна использоваться внутренняя синхронизация по первому каналу. Для настройки уровня «нуля» входным переключателем осциллографа отключить 1-й канал и, регулируя ручку перемещения луча по вертикали, установить луч на линии разметки "время/дел". Перевести входной переключатель в положение, соответствующее открытому входу усилителя вертикального отклонения луча. Аналогично следует произвести настройку 2-го канала. Регулировкой развёртки осциллографа добиться устойчивого изображения одного-двух периодов напряжения U2. При необходимости изменить чувствительность канала так, чтобы размах напряжения U2 занимал около 4/5 высоты экрана ЭЛТ осциллографа.
В отчете на осциллограммах должна быть указана цена деления по времени и напряжению.
3. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1. Лабораторный блок питания.
2. Источник парафазного напряжения.
3. Макет лабораторного стенда №1 по дисциплине «Преобразовательная техника» (ПТ).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.