Указания к решению задачи№7

Задача №7 относится к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устройствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение Uобр, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.

Обычно, при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя Pd, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением Ud, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя Id=PdUd. Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т.е. следует соблюдать условие Iдоп>Id. Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через диод равен половине тока потребителя, т. е. следует соблюдать усло-

вие Iдоп>0,5Id. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть тока потребителя, следовательно, необходимо, чтобы Iдоп>1/3Id.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период Uв, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей Uв=pUd=3,14Ud, для мостового выпрямителя Uв=pUо/2=1,57Ud, а для трехфазного выпрямителя Uв=2,1Ud. При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие

Uобр>Uв

Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.

Пример 1. Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Ро=300 Вт, напряжение потребителя Ud=200 В.

Решение 1. Выписываем параметры указанных диодов и записываем их таблицу.

Таблица

Типы диодов	Iдоп, А	Uобр,В	Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В
Д218 Д222	0,1 0,4		КД202Н Д215Б

2. Определяем ток потребителя

Id=Pd/Ud=300/200=1,5 А

Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя.

Uв=1,57*Ud=1,57*200=314 В.

4. Выбираем диод из условия Iдоп>0,5Id>0,5*1,5>0,75А; Uобр>Uв>314В. Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н: Iдоп=1,0>0,75 А;

Uобр=500>314 В.

Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжение (1000 и 600 больше 314В), но не подходят по допустимому току (0,1 и 0,4 меньше 0,75 А). Диод 215Б, наоборот, подходит по допустимому току (2>0,75 А), но не подходит по обратному напряжению (200<314 В).

5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис.1). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н;

Iдоп=I А; Uобр=500 В.

Рис.1

Пример 2. Для питания постоянным током потребителя мощностью Ро=250 Вт при напряжении Ud=100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.

Решение. 1. Выписываем параметры диода: Iдоп=2 А; Uобр=200 В.

2. Определяем ток потребителя: Id=Рd/Ud= 250/100=2,5 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод

в непроводящий период: Uв=3,14Ud=3,14*100=314 В.

4. Проверяем диод по параметрам Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр>Ud и Iдоп>0,5Id.

В данном случае первое условие не соблюдается (200<314), т.е. Uобр<Uв; второе выполняется (0,5Id=0,5*2,5=1,25<2 А).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Uобр>Uв, необходимо два диода соединить последовательно, тогда Uобр=200*2=400> 314 В. Полная схема выпрямителя приведена на рис.2

Рис.2

Пример 3. Для питания постоянным током потребителя мощностью Pd=300 Вт при напряжении Ud=20 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д242А.

Решение.

1. Выписываем параметры диода: Iдоп=10 А, Uобр=100 В.

2. Определяем ток потребителя

Id=Pd/Ud=300/20=15 А.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:

Uв=3,14*Ud=3,14*20=63 В.

4. Проверяем диод по параметрам Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр>Uв, Iдоп>Id.

В данном случае второе условие не соблюдается (10<15 А, т.е. Iдоп<Id). Первое условие выполняется (100>63 В).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Iдоп>Id надо два диода соединить параллельно, тогда Iдоп=2*10=20 А; 20>15 А. Полная схема выпрямителя приведена на рис.3

Рис.3

Пример 4. Для составления схемы трехфазного выпрямителя на трех диодах заданы диоды Д243. Выпрямитель должен питать потребитель с Ud=150 В. Определить допустимую мощность потребителя и пояснить порядок составления схемы выпрямителя.

Решение.

1. Выписываем параметры диода: Iдоп = 5 А, Uобр=200 В.

2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя Iдоп>(1/3) Id, т.е. Pd=3 Ud Iдоп =3*150*5=2250 Вт.

Следовательно, для данного выпрямителя Pd≥2250 Вт.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:

Uв=2,1*Ud=2,1*150=315 В.

4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию. В данном случае это условие не выполняется (200≤315 В). Чтобы это условие выполнялось, необходимо в каждом плече выпрямителя два диода соединить последовательно, тогда Uобр=200*2=400 В; 400≥315 В. Полная схема выпрямителя приведена на рис.4

Рис.4

Задания контрольной работы

Задача №1

Для цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов определить:

1) эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов АВ;

2) ток в каждом резисторе;

3) напряжение на каждом резисторе;

4) мощность, потребляемую всей цепью;

5) расход электрической энергии цепью за 8 часов работы.

Номер рисунка и величина одного из заданных токов или напряжений приведены в таблице 1.

Индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует указанное напряжение.

Например, через резистор R₃ проходит ток I₃ и на нём действует напряжение U_3.

Таблица 1

№ варианта	№ рисунка	Задаваемые величины
R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом	Дополнительный параметр
								I1 = 12А
								I2 = 15А
								U2 = 30В
								U5 = 24В
							--	I5 = 10А
								U1 = 10В
								I5 = 4,8А
								I6 = 12А
								I3 = 5А
								U1 = 24В
								U5 = 12В
								U1 = 18В
								I6 = 2А
								I4 = 10А
							--	U1 = 40В
								I1 = 3А
								U2 = 30В
								U2 = 48В
								U4 = 30В
								I4 = 4А

Задача №2

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости), включённые последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значение сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в таблице 2.

Начертить схему цепи и определить следующие величины:

1) полное сопротивление цепи Z;

2) напряжение U, приложенное к цепи;

3) ток I;

4) угол сдвига фазφ (по величине и знаку);

5) активную P, реактивную Q и полную S мощности цепи.

6) Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить её построение.

Таблица 2

Номер вар.	Номер рис.	R1, Oм	R2, Oм	XL1, Oм	XL2, Oм	XC1, Oм	XС2, Oм	Дополни- тельный параметр
			_ _ _ _ _ - - - - -	_ _ - -	_ _ _ _ _ _ - - - - - -	_ _ - -	_ _ _ _ _ _ - - - - - -	I=4 A PR1=150 Вт S=180 BA QL1=150 вар P=24 Вт Q=-300 вар Q=64 вар P=48 Вт S=800 BA I=2 A P=150 Вт S=80 BA I=3 A Q=-48вар QL1=96 вар S=250 BA PR1=150 Вт Qс1=-36 вар I=6 A PR2=56 Вт

Рис.11 Рис.12

Рис.13 Рис.14

Рис.15 Рис.16

Рис.17 Рис.18

Рис.19 Рис.20

Задача №3

Разветвлённая цепь переменного тока состоит из двух параллельных ветвей, содержащих различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости).

Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 3. Индекс “ 1 ” у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви, а индекс “ 2 ” - ко второй.

Начертить схему цепи и определить следующие величины:

1) Полные сопротивления Z₁, Z₂ в обеих ветвях.

2) Токи I₁, и I₂ в обеих ветвях;

3) Ток I в неразветвленной части цепи;

4) Напряжение U, приложенное к цепи;

5) Активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи.

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить её построение.

Таблица 3

№ Вар.	№ Рис.	R1, Ом	R2, Ом	XL1, Ом	XL2, Ом	XC1, Ом	XC2, Ом	Дополнительный параметр
			- - - -	- - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - -	I1=5 A P2=128 Вт U=8 B I1=10 A UR1=144 B I2=8 A UL1=48 B QC1=-150 вар U=50 B QL2=120 вар P1=200 Вт I2=5A Q=-45 вар U=40 B P=64 Вт UR2=48 B I1=4 A PR2=256 Вт QC2=-200 вар U=60 B

Задача №4

Варианты (1-10)

В трёхфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением U_H включили звездой разные по характеру сопротивления. Определить линейные токи, активную Р, реактивную Q и полную S потребляемой для всей цепью. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и по ней определить числовое значение тока в нулевом проводе.

Таблица 4.

№ Вариантов	№ Рисунков	UH, В	RA, Ом	XA, Ом	RB, Ом	XB, Ом	RC, Ом	XС, Ом
				-			-
			-		-			-
							-
				-			12,7	-
								-
				-			-
			-		-			-
			12,7	-				-
								-

Задача №4

Варианты (11-20)

В трёхфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением U_H включены треугольником разные по характеру сопротивления. Определить фазные и линейные токи, активную Р, реактивную Q и полную S потребляемой для всей цепью. Начертить векторную диаграмму цепи и по ней определить числовые значения линейных токов.

Таблица 5.

№ Вариантов	№ Рисунков	UH, В	RAВ, Ом	XAВ, Ом	RBС, Ом	XBС, Ом	RCА, Ом	XСА, Ом
			-			-	-
			-		-
			-			-
					-
					-			-
			-			-	-
			-		-
			-			-
					-
					-			-

Задача №5

Варианты 1-10

Трёхфазный трансформатор имеет номинальную мощность Sном, номинальные напряжения обмоток (линейные) U1ном и U2ном, номинальные токи I1ном и I2ном и коэффициент трансформации К. В сердечнике трансформатора сечением Q создаётся магнитная индукция Bmax при частоте тока f=50 Гц. Обе обмотки соединены в звезду. Числа витков первичной и вторичной обмоток ω1 и ω2. Э.д.с. в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По заданным значениям некоторых из этих величин определить остальные, отмеченные в таблице прочерками.

Данные для своего варианта взять из таблицы.

Номер варианта

Sном, кВ∙А

U1ном, кВ

U2ном, кВ

I1ном, А

I2ном, А

К

Q, м²

Bmax, Тл

ω1

ω2

Е1ф, В

Е2ф, В

−

−

−

4∙10ˉ²

1,6

−

−

−

−

−

−

−

−

2,9∙10ˉ²

1,5

−

−

−

−

−

−

−

3,5∙10ˉ²

1,45

−

−

−

−

−

−

−

3,5∙10ˉ²

−

−

−

−

−

−

4∙10ˉ²

−

−

−

−

−

-

−

−

1,5

-

−

−

−

0,4

60,7

−

−

1,45

−

20,5

−

−

−

0,4

57,8

−

−

1,6

−

−

−

−

−

-

−

2,9∙10ˉ²

−

−

−

−

−

0,4

−

−

1,6

−

−

−

Задача №5

Варианты 11-20

Однофазный трансформатор работает в номинальном режиме и имеет следующие характеристики: мощность Sном; токи в обмотках I1ном и I2ном; напряжения U1ном и U2ном. Трансформатор работает на нагрузку с cos φ2=0.8. В сердечнике создаётся магнитный поток Фmax. Частота тока в сети f=50 Гц. Потери в стали составляют Рст, потери в обмотках – Ро.н.

Определить: 1)э.д.с. в обмотках Е1 и Е2; 2) коэффициент трансформации К; 3)числа витков обмоток ω1 и ω2; 4)к.п.д. трансформатора η.

Указания: 1. При определении токов в обмотках принять η=1.0. 2.Поскольку падение напряжения в первичной обмотке мало, принять Е1≈ U1ном; из определения номинального вторичного напряжения следует, что Е2= U2ном.

Данные для своего варианта взять из таблицы.

Номер варианта	Sном, кВ∙А	I1ном, А	I2ном, А	U1ном, В	U2ном, В	Фmax, Вб	Рст, Вт	Ро.н. Вт
		52.63	-	-		0.012
	-	26.3	45.45		-	0.005
		-	4.55		-	0.003
	0.5	1.32	-	-		0.002
	-	22.73	-			0.0025
	-	8.33	227.3	-		0.015
		-			-	0.007
	-			-		0.016
		-			-	0.013
		16.7		-	-	0.017

Задача №6

Варианты 1-10

Для трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором известны номинальные характеристики: мощность Pном; частота вращения n2; к. п. д. hном; коэффициент мощности cosφном; кратность пускового тока Iп/Iном; кратность пускового момента Мп/Мном; способность к перегрузке Мmax/Мном. Номинальное напряжение Uном = 380 В. Частота тока f1 = 50 Гц.

Определить: 1) номинальный Iном и пусковой Iп токи; 2) номинальный Мном, пусковой Мп и максимальный Мmax моменты; 3) синхронную частоту вращения n1;

4) номинальное скольжение sном; 5) частоту тока в роторе f2 при номинальной нагрузке; 6) потребляемую из сети мощность Р1.

Данные для своего варианта взять из таблицы

№ Вар Рном, кВт n2 об/мин ηном cosφном Iп/Iном Мп/Мном Мmax/Мном

1 22 1460 0,89 0,87 7,5 2,0 2,2

2 3,0 1425 0,82 0,84 6,5 1,2 2,2

3 11 2900 0,88 0,9 7,5 1,6 2,2

4 15 975 0,875 0,83 7,0 2,0 2,2

5 75 1480 0,93 0,9 7,5 1,2 2,2

6 1,5 695 0,74 0,65 6,5 1,2 2,0

7 30 1460 0,9 0,87 7,5 2,0 2,2

8 4,0 2880 0,84 0,89 7,5 1,2 2,2

9 45 985 0,915 0,88 6,5 1,2 2,2

10 5,5 2880 0,875 0,92 7,5 1,2 2,2

Варианты 11-20

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором при напряжении Uном потребляет из сети мощность P1 и развивает номинальную мощность Pном (на валу). К. п. д. двигателя hном, коэффициент мощности cosφном. Номинальный ток статора Iном. Синхронная частота вращения n1; частота вращения ротора n2 при номинальном скольжении sном. Полные потери мощности в двигателе åР. Двигатель развивает номинальный момент Мном.

По заданным значениям некоторых из этих величин, приведенным в таблице, определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.

№ Варианта	Р1, кВт	Рном, кВт	Uном, В	ηном	cos φном	Iном, А	n1, об/мин	sном, %	n2, об/мин	åР, кВт	Мном, Н•м
		-		0,87	-	23,7	-	-	712,5	-	-
	--	-	-	0,9	0,84	78,2		-		2,5	-
	18,4			-	-		-		-	-
	7,5	-	-	-	0,84	13,6	-	3,33		1,5	-
	--	4,5		0,86	0,82	-			-	-	-
	--	-		0,85	-		-	-		-
		8,5		-	0,84	-		-		-	-
	--			0,86	0,85	-	-	-	-	3,0
	--	-		0,87	0,83		-	-	-	-	18,5
	--	-	-	0,83	0,83		-	-	-	1,5	73,2

Задача №7

Варианты 1-4

Составить схему мостового выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в таблице 6. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Пояснить порядок составления схемы для диодов с этими параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 1.

Таблица 1

Номер варианта	Тип диода	Pd, Вт	Ud, В
	Д7Г
	Д224
	Д217
	Д305

Варианты 5-8

Однополупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из таблицы 2

Таблица 2

№ Варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

5 Д242Б Д244А Д221 50 10

6 Д209 Д303 Д7Г 100 40

7 Д244Б Д302 Д205 20 80

8 Д214 КД202Н Д215Б 70 100

Варианты 9-12

Двухполупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл.6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 3.

Таблица 3.

№ варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

9 Д244Б Д214 Д243Б 150 20

10 Д218 Д221 Д214А 30 50

11 Д302 Д205 Д244Б 60 40

12 Д242А Д222 Д215Б 150 50

Варианты 13-16

Трехфазный выпрямитель, собранный на трех диодах, должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 4.

Таблица 4.

№ варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

13 Д224 Д207 Д214Б 90 30

14 Д215А Д234Б Д218 100 40

15 Д244А Д7Г Д210 60 80

16 Д232 КД202Н Д222 900 150

Варианты 17-20

Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 6. Определить допустимую мощность потребителя, если величина выпрямленного напряжения Ud (В). Данные для своего варианта взять из табл. 5.

Таблица 5.

Номер варианта Тип диода Ud, В

17 Д218 300

18 Д7Г 80

19 Д244 20

20 Д223 20

Таблица 6

Технические данные полупроводниковых приборов

Тип диода Iдоп, А Uобр, В Тип диода Iдоп, А Uобр, В

Д7Г 0,3 200 Д217 0,1 800

Д205 0,4 400 Д218 0,1 1000

Д207 0,1 200 Д221 0,4 400

Д209 0,1 400 Д222 0,4 600

Д210 0,1 500 Д224 5 50

Д211 0,1 600 Д224А 10 50

Д214 5 100 Д224Б 2 50

Д214А 10 100 Д226 0,3 400

Д214Б 2 100 Д226А 0,3 300

Д215 5 200 Д231 10 300

Д215А 10 200 Д231Б 5 300

Д215Б 2 200 Д232 10 400

Д233 10 500 Д232Б 5 400

Д233Б 5 500 Д244 5 50

Д234Б 5 600 Д214А 10 50

Д242 5 100 Д244Б 2 50

Д242А 10 100 Д302 1 200

Д242Б 2 100 Д303 3 150

Д243 5 200 Д304 3 100

Д243А 10 200 Д305 6 50

Д243Б 2 200 КД202А 3 50

КД202Н 1 500

Дата добавления: 2014-10-15