Расчет вторичного источника электропитания.

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ И СХЕМОТЕХНИКЕ.

Вариант 1.

Выполнил

студент 2 курса

группы ЗИЭФ-230

Паначёв М.С.

Проверил

Волович Г.И.

­­_______________

Челябинск 2015

Расчет вторичного источника электропитания.

Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

Структурная схема источников вторичного электропитания, представленная на рисунке 1, показывает, из каких основных модулей состоит такой источник.

Рисунок 1

· Трансформатор необходим для преобразования напряжения к нужной величине. В подавляющем большинстве случаев используются понижающие трансформаторы, уменьшающие напряжение на вторичной обмотке.

· Вентильная группа – диоды, обладающие низким сопротивлением при прямом прохождении тока и высоким при обратном.

· Сглаживающий фильтр уменьшает колебания напряжения на нагрузке, повышая среднее значение. Необязательный элемент.

· Стабилизатор напряжения в силу линейности вольтамперной характеристики держит напряжение на постоянном уровне, снижает зависимость от колебаний силы тока.

Произведём расчёт ВИЭП, выполненный по мостовой схеме, работающий на активно-ёмкостную нагрузку (рисунок 2).

Рисунок 2

Мощность тока на нагрузке P_d связана с напряжением на нагрузке U_d, силой тока I_d и сопротивлением нагрузки R_d соотношениями

Вычислим I_d и R_d:

22.5 Ом

Коэффициент пульсаций на выходе ёмкостного фильтра q₂ может быть найден по формуле

q_{2 =}

Где m = 2 для мостовой схемы выпрямителя, f – частота тока на входе, R_н – сопротивление нагрузки, С_ф – ёмкость конденсатора фильтра. Выпрямитель в мостовой схеме увеличивает частоту пульсаций в два раза, трансформатор не меняет её. Следовательно, после выпрямителя частота тока в контуре f = 100 Гц, если считать частоту на входе трансформатора равной 50 Гц. Найдём С_ф:

С другой стороны, коэффициент пульсаций на выходе фильтра q₂ позволяет рассчитать амплитудное значение напряжения на нагрузке, которое равно амплитудному значению тока на вторичной обмотке U_2m.

q₂ =

Максимальное обратное напряжение на диодах U_обр.max равно амплитудному напряжению вторичной обмотки U_2m.

U_{обр. max} = U_2m = 33 В.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U₂ связано с амплитудным U_2m соотношением:

.

Коэффициент трансформации n представляет собой отношение входного напряжения сети U₁ к действующему выходному U₂.

n = .

Амплитудное I_2m и действующее I₂ значение тока на вторичной обмотке трансформатора рассчитаем с помощью уже известного сопротивления нагрузки R_н.

Вычислим площадь сечения сердечника трансформатора S. Для этого воспользуемся его примерной зависимостью от типовой мощности трансформатора P_T. Коэффициент типовой мощности трансформатора К_т = 1,23 для мостовой схемы.

.

Зная площадь сечения сердечника, можно определить число витков первичной W₁ и вторичной обмотки трансформатора W₂

Далее посчитаем диаметр проводов обмоток d₁ и d₂.

Коэффициент сглаживания фильтра рассчитаем с помощью формулы для ёмкостного фильтра:

Выберем необходимые элементы в справочнике.

Выпрямительные диоды должны иметь параметры U_{обр. max} ≥ 33 В и I_{пр. max} ≥ 1.04 А. Можно взять диод КЦ410А с параметрами U_{обр. max} = 50 В и I_{пр. max} = 3 А.

Необходимая емкость сглаживающего фильтра С_ф = 1,1 мФ. Удовлетворяет этому условию импортный конденсатор высоковольтный 1,1 mf 2100v (0CZZW1H004S).

Трансформатор можно взять с коэффициентом трансформации 10 и либо «домотать» вторичную обмотку, либо «размотать» первичную, снизив тем самым коэффициент.

Рисунок 3

Рисунок 4

На рисунке 3 изображена временная диаграмма напряжения в контуре однофазного мостового выпрямителя до фильтрации. Переменный ток с помощью диодного моста преобразуется в пульсирующий, частота при этом удваивается. Емкостный фильтр (рисунок 4), включенный параллельно нагрузке, резко снижает амплитуду пульсаций, уменьшая износ оборудования. Уровень U_н = U_d напряжения на нагрузке повышается.

1. Расчёт параметрического стабилизатора напряжения.

Для обеспечения стабильности напряжения нагрузки при колебаниях сетевого напряжения она подключается через стабилизатор. Если требования к стабильности невысоки, применяется параметрический стабилизатор (рисунок 5). Здесь R1 – балластное напряжение, VD1 – стабилитрон, R_н – активная нагрузка.

Рисунок 5

Расчётные данные:

Рассчитаем параметрический стабилизатор. Для этого напишем уравнения на основании законов Кирхгофа.

Уравнение рабочей части характеристики стабилитрона:

Рассчитаем минимальное и максимальное напряжение стабилизации U_{ст min} и U_{ст max.}

= 3,9 – 60*(0,01-0,003) = 3,48 В

0.07 – 0.003) = 7.5 В.

На графике (рисунок 6) рассмотрим участок рабочей характеристики, соответствующий максимальному току и напряжению стабилитрона. Данные значения достигаются при U_вх = U_{вх max}, R_н = R_{н max}. Подставим эти значения в уравнения законов Кирхгофа:

.

Теперь обратимся к участку, соответствующему минимуму тока и напряжения

стабилитрона.

Примем за номинальное входное напряжение стабилизатора U_вх.ном полусумму его минимального и максимального значений = 13 В и за номинальное выходное напряжение . Рассчитаем ток нагрузки.

= 36.5 мА.

Произведём расчёт коэффициента стабилизации при R = R_{н min} = 5.55 Ом и изменении входного напряжения от U_{вх min} = 10 В до U_{вх max} = 16 В.