Расчет выпрямителя

[Vovk]

Вроде простая, программа по расчету однофазных, двухфазных, удвоителей и мостовых выпрямителей, 2002 г.
Написано по книге Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов, Справочная книга радиолюбителя-конструктора: Справочник радиолюбителя (Киев, "Наукова думка", 1989 г, страницы 538-541. Есть в сети в виде djvu). Для уточнения расчетов, я смотрел, также, "Справочная книга радиолюбителя-конструктора", там графики чуть побольше размерами.
Методика, на основании которой написана программа, подразумевает частоту сети 50 Гц, но для других частот тоже должна работать (т.к. уточнялась по методике из книги "Справочная книга радиолюбителя-конструктора").
Программа на украинском языке, исходники потеряны оказывается, сохранились, перевода нет, но, там все просто (Дiод -> диод). Инструкции тоже нет, краткая инструкция - в этом посте.
Если попросят перевести на русский язык - можно, лишь бы нашлось время установить снова Delphi (и тряхнуть стариной).

Для начала работы, достаточно ввести всего два числа - выходное напряжение и ток. Все остальные, недостающие параметры (например, падение на диодах, сопротивление трансформатора) уже введены, или рассчитываются программой на ходу.
Программа обеспечивает достаточно высокую точность расчетов - до 2-5% (для выпрямителей 50 Гц, и зависит от точности введенных "недостающих параметров" - Upr, Rtr и т.п).

Обратите внимание, коэф. пульсаций задается не в процентах, а в относительных единицах (по умолчанию, задано максимально допустимое значение - 10% = 0,1 о.е.).
Также нужно иметь ввиду, что коэф. пульсаций в данном расчете подразумевает не размах напряжения пульсаций, а величину средневыпрямленного значения переменной составляющей, т.е. то напряжение, которое покажет вольтметр/миливольтметр переменного тока, подключенный параллельно выходу выпрямителя. Т.е. например, коеф. пульсаций 0,1 при выходном напряжени 20 Вольт будет означать, что переменная составляющая на выходе выпрямителя 2 Вольта (0,1*20), по вольтметру, а размах пульсаций - 2 * (2*1,73) = 6,92 Вольта (по осциллографу).

Вводите данные, программа сразу рассчитывает результат (галочка "RealTime" над кнопкой "Розрахувати"). Если эту галочку убрать, то нужно нажимать кнопку "Розрахувати".
Сопротивление силового трансформатора Rtr (Ом) рассчитывается (эмпирически), и показывается пользователю. Но, можно его ввести - если поставить галочку "Ввести" под полем Rtr.
С емкостью выпрямителя два варианта работы - она рассчитывается по коэф. пульсаций (режим по умолчанию), или можно вводить емкость ("Вид розрахунку"), и программа посчитает получающийся коэф. пульсаций.
Программа позволяет узнать необходимое напряжение вторичной обмотки силового трансформатора, но путем подбора выходного напряжения выпрямителя можно узнать какое будет выходное напряжение выпрямителя при заданных параметрах силового трансформатора.
Есть меню ("File", "Work"), но оно не доработанное, т.е. там почти ничего не работает.
Загадочное поле, справа внизу, без подписи - это значение коэффициента А (кто не знает, что это - на него можно просто не смотреть).
Если данные введены явно неправильные, или очень "нестандартные", типа выпрямитель 1 В 100 А, то программа выдаст предупреждение, о том, что корректно рассчитать такой выпрямитель не получится (это определяется, как раз по значению коэф. А - он должен быть меньше единицы, если я правильно помню).

Небольшая справка:
Uobr - обратное напряжение на диодах (это для выбора типа диодов).
Im - максимальный ток диода (это для выбора типа диодов).
Isr - средний ток диода (это для выбора типа диодов).
Upr - по умолчанию, 1 Вольт, но можно ввести любое число - падение напряжения на диоде (при токе Im, можно вводить, когда точно знаете тип диода).
Rpr - сопротивление диода, Ом (условная величина, равно Upr/Isr, на него можно не смотреть).
Rn - сопротивление нагрузки, Ом (равно Uном/Iном). По нему рассчитывается Rtr (если не ввести свое число Rtr).
Rtr - сопротивление силового трансформатора, Ом, можно вводить, если знаете. По умолчанию, оно рассчитывается по эмпирической формуле (по сопротивлению нагрузки). Если нужен более точный расчет, то лучше ввести точное число (нужно знать сопротивление обмоток трансформатора).
I2, U2xx - ток вторичной обмотки силового трансформатора и напряжение холостого хода этой же вторичной обмотки (это для выбора силового трансформатора).
Можно смотреть на число U2xx, подбирая Uном так, чтобы U2xx было из стандартного ряда напряжений вторичных обмоток (3-6-9-12-18-24-27 Вольт и т.д.)

Отзывы пользователей:

ОК - нифигассе, какая крутая программа!!!!!

(А раз Alex так сказал - значит так оно и есть ).

Сама программа:

[ИГВИН]

Учу выпрямители, учу...

Видать, не в коня корм....

Сколь выпрямитель не учи, он остаётся неучем. И овес не жрет, зар-раза!
Так, и хде любимый вопрос про диод и лампочку??

[Starichok]

(А раз Alex так сказал - значит так оно и есть ).

ты попросил сказать - он и сказал. так сказать, оказал тебе запрошенную услугу...

лично я в ней ничего не понял.
словами надо писать название полей ввода, а не загадочными буквенными сокращениями, чтобы пользователь не ломал голову, что это означает.
вот представь себе, если бы я в своей ExcellentIT наставил буковок вместо полных названий, стали бы люди ей так активно пользоваться?..
отправили бы фтопку, не раздумывая...

[Vovk]

словами надо писать название полей ввода, а не загадочными буквенными сокращениями, чтобы пользователь не ломал голову, что это означает.

Спасибо. Некоторые вещи надо переделать, я согласен, например, отделить поля для ввода и поля с расчетными данными (сейчас все вперемешку). Программа, изначально, писалась чисто для себя. Но, чтобы совсем ничего не понятно?
Я не хотел делать полные текстовые подписи, т.к. при этом размер формы увеличится в два-три раза. А, если пользоваться программой часто - то, я думал, что все становится понятно (Uobr, Isr ...). Людям далеким от всего этого - будет непонятно с любым количеством объяснений.

Поля "Діоди" и "Точно" - показывают одно и то же, только первое - приблизительно, а второе - должно быть более уточненное (но я эти числа никогда не проверял).

Сделаю небольшую справку:
Uobr - обратное напряжение на диодах (это для выбора типа диодов).
Im - максимальный ток диода (это для выбора типа диодов).
Isr - средний ток диода (это для выбора типа диодов).
Upr - по умолчанию, 1 Вольт, но можно ввести любое число - падение напряжения на диоде (при токе Im, можно вводить, когда точно знаете тип диода).
Rpr - сопротивление диода, Ом (условная величина, равно Upr/Isr, на него можно не смотреть).
Rn - сопротивление нагрузки, Ом (равно Uном/Iном). По нему рассчитывается Rtr (если не ввести свое число Rtr).
Rtr - сопротивление силового трансформатора, Ом, можно вводить, если знаете. По умолчанию, оно рассчитывается по эмпирической формуле (по сопротивлению нагрузки). Если нужен более точный расчет, то лучше ввести точное число (нужно знать сопротивление обмоток трансформатора).
I2, U2xx - ток вторичной обмотки силового трансформатора и напряжение холостого хода этой же вторичной обмотки (это для выбора силового трансформатора).
Можно смотреть на число U2xx, подбирая Uном так, чтобы U2xx было из стандартного ряда напряжений вторичных обмоток (3-6-9-12-18-24-27 Вольт и т.д.)

---------- Добавлено в 08:50 ---------- Предыдущее сообщение в 08:39 ----------

ты попросил сказать - он и сказал.

Я не просил - я предложил. В любом случае, отзыв Alex-а останется, на память - не каждый день он говорит что-то хорошее.

---------- Добавлено в 08:56 ---------- Предыдущее сообщение в 08:50 ----------

если бы я в своей ExcellentIT наставил буковок

Посмотрел - да, хороший пример. Но, т.к. я никогда не рассчитывал импульсные трансформаторы, то мне тоже, сразу, ничего в ней не понятно

[Starichok]

но тут большая разница в этих двух ситуациях.
тебе в моей программе не понятно, потому что ты не знаешь самих названий параметров.
а мне в твоей программе не понятно (на счет ничего - это я преувеличил), потому что я не знаю, какие названия параметров зашифрованы этими буквами.

и еще один момент. при внутренней инициализации параметров в результате получилось 2000,002 мкФ.
1. учитывая разброс емкости конденсаторов плюс-минус трамвайная остановка, зачем выводить результат с такой точностью?
2. есть из электротехники простое равенство: dU * C = I * dT.
10% при 12 Вольтах дает dU = 1,2 В.
ток 1 Ампер.
время dT при этих условиях равно примерно 8,4 миллисекунды = 8400 мкс.
итого получаем 1 А * 8400 мкс / 1,2 В = 7000 мкФ. что никак не соответствует 2000 мкФ, полученных в твоей программе.
не думаю, что в этом виноват Терещук...

[Vovk]

7000 мкФ. что никак не соответствует 2000 мкФ,

Не знаю, где нестыковка, но результаты расчетов пульсаций/емкостей программой обычно совпадают довольно точно.
Более того, если я знаю напряжение пульсаций и емкость конденсатора, я спокойно вычисляю ток нагрузки, с точностью 10-20%. Уже не раз проверял, и пользовался этим.
Сдается мне, 8,4 мс - это многовато вы взяли. Весь период - 20 мс, четверть - 5 мс. Заряд емкости идет, допустим, половину четвертьпериода, т.е. 5/2 = 2,5 мс.
2,5 мс - 2500 мкФ.

не думаю, что в этом виноват Терещук...

Равенство из электротехники подтвердилось.

---------- Добавлено в 13:10 ---------- Предыдущее сообщение в 13:00 ----------

1. учитывая разброс емкости конденсаторов плюс-минус трамвайная остановка, зачем выводить результат с такой точностью?

Не нужно, конечно. Это было сделано на скорую руку, чтобы можно было рассчитывать емкостя фильтров величиной до нанофарад (для ВЧ-выпрямителей, например). А автоматическое изменение формата вывода с ходу не получилось тогда - я махнул рукой, и тупо, увеличил количество разрядов.

---------- Добавлено в 13:18 ---------- Предыдущее сообщение в 13:10 ----------

тебе в моей программе не понятно, потому что ты не знаешь самих названий параметров.

Не, я знаю. Просто не делал сам никогда имп. БП (очень много деталей, когда нужно, делаю простые, 50-Герцовые).

[Alex]

Так, и хде любимый вопрос про диод и лампочку??

А он уже подсмотрел ответ

[Starichok]

Сдается мне, 8,4 мс - это многовато вы взяли.

берется время, которое конденсатор разряжается выходным током. я взял реальную величину при двухполупериодном выпрямлении.

Заряд емкости идет, допустим, половину четвертьпериода, т.е. 5/2 = 2,5 мс.
2,5 мс - 2500 мкФ.
...
Равенство из электротехники подтвердилось.

конденсатор заряжается не 2,5 мс и не током 1 Ампер. средний ток заряда конденсатора неизвестен.
пока что ты попытался подтвердить свой бредовый результат.
но в итоге ты подтвердил, что совершенно ничего не понимаешь в выпрямителях, хотя и прочитал Терещука...

[Vovk]

конденсатор заряжается не 2,5 мс и не током 1 Ампер. средний ток заряда конденсатора неизвестен.

Вы брали время разряда (я сналала подумал про заряд)? Тогда похоже.
А результат - не похож.

пока что ты попытался подтвердить свой бредовый результат.
но в итоге ты подтвердил, что совершенно ничего не понимаешь в выпрямителях, хотя и прочитал Терещука...

Это вы, так "слегка", перегибаете палку.

Хотите, чтобы мы дошли до натурных измерений? (Какая емкость нужна для пульсаций 10% при 12 В 1 А?)

Вот еще формула есть (приближенная, для 2-ф., в мою пользу): Сф = 3200 Iн / Uн Kп,
где: Сф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;
Iн - максимальный ток нагрузки. A;
Uн - напряжение на нагрузке, В;
Kп - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).
Сф=3200 * 1 / (12 * 0,1) = 3200/1,2 = 2670 мкФ, т.е., совсем не 7000 мкФ.

Я тут подумал, скорее всего мы оба правы.

Извинитесь, изложу свое видение решения дилеммы. Не извинитесь - тоже изложу.
А вы, сами догадаетесь?

[Starichok]

приближенные формулы я не признаю. неизвестно, чем руководствовался изобретатель этой приближенной формулы.
а извиниться нужно было тебе. но вместо извинения ты пытаешься опротестовать теорию электротехники.

[Vovk]

приближенные формулы я не признаю.

Так все формулы - более или менее приближенные к реальности. Ваша ничем не лучше.
А нестыковка у нас, сдается мне, простая - вы посчитали dU - разницу, или размах пульсаций, а формулы из Терещука (и соотв. моей программы) - подразумевают напряжение пульсаций (которое покажет вольтметр переменного тока).

а извиниться нужно было тебе.

за вот это?:

пока что ты попытался подтвердить свой бредовый результат.
но в итоге ты подтвердил, что совершенно ничего не понимаешь в выпрямителях, хотя и прочитал Терещука...

но вместо извинения ты пытаешься опротестовать теорию электротехники.

где такое было? Я же сказал, что вы тоже правы:

Я тут подумал, скорее всего мы оба правы.

[Starichok]

вот только не надо крутить попой...
7000 и 2000 отличаются в 3,5 раза. и при такой разнице ты считаешь себя тоже правым....

[Alex]

А нестыковка у нас, сдается мне, простая - вы посчитали dU - разницу, или размах пульсаций, а формулы из Терещука (и соотв. моей программы) - подразумевают напряжение пульсаций (которое покажет вольтметр переменного тока).

А в чем разница-то?

[Vovk]

А в чем разница-то?

Разница в 2 раза, для пилообразного напряжения, кажется. Если вольтметр покажет 1,2 В (напряжение пульсаций, 10% от 12 В), то dU (размах) 2,4 Вольта (размах пилы).
Так разница сокращается, но нестыковка еще есть. Нужно еще подумать...
1. Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Ключевое слово - амплитуды, а не размаха.
2. Формула, на которую опирается Starichok- еще более приближенная, в том смысле, что не предназначена для точного расчета значения емкости выпрямителя, фильтр которого начинается с емкости.
Она справедлива для случая, когда какая-нибудь емкость заряжается или разряжается источником тока (dU/dt = const, напряжение линейно изменяется во времени). В нашем случае - емкость фильтра заряжается, скорее, от источника напряжения (с внутр. сопротивлением, а не от источника тока, т.е. dU/dt <> const, напряжение не линейно изменяется во времени, а по экспоненте), потому у Starichok разбежность с точным значением +-50%, или даже больше.

Т.е., я считаю себя правым, потому, что опираюсь на готовый графоаналитический способ получения точного значения емкости. А Starichok привел формулу, по которой, в общем-то, этот фильтр рассчитать, сходу, нельзя. Т.е. Starichok, таки неправ. Если использовать его формулу (один из вариантов которой - Cф=Iн*t/2Uпульс), то нужно рассчитывать как-то так.

[Alex]

Разница в 2 раза, для пилообразного напряжения, кажется.

Если ты имеешь ввиду разницу амлитудного и действующего, то для пилы она если мне память не изменят, равна корню из 3, т.е. 1.73

Если вольтметр покажет 1,2 В

Какой вольметр, TrueRMS ?
Вообще, когда говорят о величине пульсаций, имею ввиду именно размах, например по осциллографу.
Никогда не встречал, чтобы говорилось о действующем напряжении пульсаций.

[Starichok]

продолжаем какать на теорию, сэр?
где ты видел хоть одну теорию, опирающуюся на приблизительную формулу?
формулу расчета емкости выпрямителя можешь посмотреть в статье Макашова про обратноходовый преобразователь http://bludger.narod.ru/smps/Flyback-R01.pdf.
страница 13.
но и там она дана с ошибкой. вместо плюса должен стоять минус. в скобках должно стоять (1 - arccos(...) / Пи).
и по этой формуле для твоих исходных получается даже немного больше 7000 мкФ.
8,4 мс я взял для удобства деления на 1,2 Вольта. по формуле получается 8,564 мс.

[scarp]

Она справедлива для случая, когда какая-нибудь емкость заряжается или разряжается источником тока (dU/dt = const, напряжение линейно изменяется во времени). В нашем случае - емкость фильтра заряжается, скорее, от источника напряжения (с внутр. сопротивлением, а не от источника тока, т.е. dU/dt <> const, напряжение не линейно изменяется во времени, а по экспоненте), потому у Starichok разбежность с точным значением +-50%, или даже больше.

Если время разрядки значительно меньше постоянной времени RC, а в случае 10% пульсаций так оно и есть, ток с большой точностью можно считать постоянным.

[Vovk]

Если ты имеешь ввиду разницу амлитудного и действующего,

Нет, я про размах и среднее, для пилы - 2. Даже, амплитуда и среднее...

---------- Добавлено в 01:01 ---------- Предыдущее сообщение в 00:56 ----------

продолжаем какать на теорию, сэр?

Мне непонятно, откуда вы это взяли, что я спорю с теорией. Наоборот. У меня всегда теория с практикой, до сих пор, совпадала.

---------- Добавлено в 01:04 ---------- Предыдущее сообщение в 01:01 ----------

Вообще, когда говорят о величине пульсаций, имею ввиду именно размах, например по осциллографу.
Никогда не встречал, чтобы говорилось о действующем напряжении пульсаций.

В литературе я видел два варианта:
1. Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока.
2. Коэффициент пульсаций – отношение двойной амплитуды пульсаций (2Um).
Справедливо второе, если иметь ввиду, что вольтметр покажет, конечно, не двойную амплитуду, а значение, равное амплитуде. И также, справедливо первое, если убрать в нем слово "амплитуды", а заменить на "среднее значение напряжения пульсаций".

---------- Добавлено в 01:27 ---------- Предыдущее сообщение в 01:04 ----------

Проще один раз показать, чем сто раз объяснить (это, в основном, к Starichk-у):

Какой коэффициент пульсаций на этом рисунке, скажите мне кто-то?
Размах пульсаций - около 4 Вольт (т.к. 5 Вольт на деление). Вольтметр постоянного тока показывает 12 В, вольтметр переменного тока показывает 1,22 В.
Т.е. коэф. пересчета Uп в dU получается такой: dU = Uп*2*1,73 = 1,22*2*1,73 = 4,22 В (не уверен, что правильно, но очень похоже). Почти совпадает, учитывая, что пила на емкости - не из прямых отрезков, а сложена из кусочков синусоид и экспонент.

Тогда 7000 мкФ / (2 * 1,73) = 2023 мкФ. Что и показывает моя программа. Основы электротехники еще на месте?

формулу расчета емкости выпрямителя можешь посмотреть в статье Макашова про обратноходовый преобразователь

Спасибо, посмотрел, ничего нового не увидел. Можно найти, навскидку, минимум четыре методики расчета этой емкости (и, кстати, все они будут до той или иной степени упрощенными). И что, по-вашему, какие-то три из них (из четырех) низвергают основы электротехники (и я в заодно)?

По моему, вы Starichok за импульсными преобразователями не видите всего остального многообразия мира.

[Alex]

Нет, я про размах и среднее, для пилы - 2. Даже, амплитуда и среднее...

Среднее да, два, пульсации вроде как всегда по размаху оценивали, а не по среднему.

[Starichok]

Тогда 7000 мкФ / (2 * 1,73) = 2023 мкФ. Что и показывает моя программа. Основы электротехники еще на месте?

совершенно верно, все на месте.
вот только пульсация у тебя получается не 10%, а, с учетом этого множителя, 34,6%.

импульсными я занимаюсь всего 3 года. а сетевым питанием - с детства. к тому же - я радиоинженер по образованию, а не самоучка, плохо знающий теорию, и верящий написанному в сомнительных источниках информации.
так что, дистанция между уровнем моего и твоего знания - огромная.

разряд конденсатора можно рассчитать только по начальному и конечному напряжениям, то есть, по размаху пульсации. а не по виртуальному действующему значению.
и та формула, на которую я тебе указал, дает правильный ответ - более 7000 мкФ при пульсации 10%.
но если в нее подставить 34,6%, то она тоже даст примерно 2000 мкФ.
вот тут-то и зарыта собака - пользователь хочет иметь пульсацию 1,2 Вольта, а вместо этого получит более 4 Вольт.
не надо заблуждаться самому, и не надо вводить людей в заблуждение, а попросту - фактически обманывать.
тем более, что

В литературе я видел два варианта:

и среди этих двух вариантов нет действующего значения напряжения пульсации.
ты бы лучше применил свое упрямство не в отстаивании своих заблуждений, а в изучении теории, и в усвоении правильных методов, а не в изобретении и применении порочных методик.

[Vovk]

пульсации вроде как всегда по размаху оценивали, а не по среднему.

Если размах - это двойная амплитуда пилы, то пока, все сходится. Цитирую Терещука, (стр. 503, не моей книги, другой выпуск, 1981 г):
"Коэффициент пульсаций – отношение двойной амплитуды пульсаций к номинальному выходному напряжению,
Кп0 = 2 Um / U0, *100%
Двойная амплитуда пульсаций измеряется как сумма положительной и отрицательной полуволн переменной составляющей выходного напряжения."
Таким образом, двойная амплитуда - это то самое dU, по которому считает емкость Starichok. А вольтметр переменного тока покажет число, которое меньше размаха в 2*1,73 раз.
Но, дальше, в расчетах Терещука эти величины, кажется, подменяются, и получается 2000 мкФ, при этом двойная амплитуда не 1,2 Вольта, а 4 Вольта.
Получается, по расчету конденсатора фильтра выпрямителя из Терещука получают емкость, при которой пульсации, будут равны показанным вольтметром, а не ту емкость, для которой дано определение коэф. пульсаций перед расчетом. Т.е. в книге нестыковка, но зато приведенный расчет, даже, чем то удобнее - т.к. позволяет по показаниям вольтметра переменного тока и величине емкости сходу узнать ток нагрузки (косвенным способом, обратным расчетом).
Нужно просто держать в голове, что реальный размах больше в 2*1,73 раз, чем показанный вольтметром. Я к этому давно привык, и не обращал внимания на нестыковку определения Кп0 и самого расчета из Терещука.

---------- Добавлено в 10:01 ---------- Предыдущее сообщение в 10:00 ----------

а не самоучка, плохо знающий теорию, и верящий написанному в сомнительных источниках информации.

1. Я вас уверяю, у нас одинаковые источники информации (т.к. например, книги по ТОЭ, промэлектронике - одинаковые во всех вузах). 2. Я не верю сомнительным источникам (и вообще никаким источникам).

---------- Добавлено в 10:04 ---------- Предыдущее сообщение в 10:01 ----------

а не в изобретении и применении порочных методик.

В том то и загвоздка, что я не изобретал. Зачем мне это нужно? Всего то, написал программу, чтобы автоматизировать расчет выпрямителей т.к. это очень частая операция, а в Терещуке - графоаналитический метод. Довольно простой, и при этом точный (Если помнить про отношение 2*1,73).


Прошу обратить внимание на исходные данные (12 В, 1А, 10%) и результат - емкость 2000 мкФ.
Получается, мы, (я на пару с Терещуком) - лохи, выдумавшие эту подзаборную методику, а Starichok - Д*артаньян . Переживем - ведь никогда не позно учиться.