Проектирование источника вторичного электропитания

    P_R6=(15*10^-3)²*240= 0.054Вт;

    P_R7=(15*10^-3)²*100=0.022 Вт;

    P_R8=(15*10^-3)²*200=0.045 Вт;

    На  основании проведенных расчетов выбираем в качестве резисторов R6, R7, R8 следующие марки и номиналы

    R6 – не забыть что он ПЕРЕМЕННЫЙ!

    R7 - …..

    R8 - …..

    Определяем коэффициент стабилизации:

    

;

где: k`_Д=U_{Д3 min}/U_H=3.1/6=0.52; U_H=6 B;

    

;

    Значения  коэффициентов  и h_11Э выбираются из соответствующей таблицы для транзисторов определенной мощности или находятся по входным и выходным характеристикам соответствующих транзисторов.

    

;

    

 кОм;

    

 кОм;

    

 кОм;

    

;

    

 кОм;

    

 кОм;

    

;

    Полученный  k_{СТ больше требуемого по заданию} привести

    Следует иметь в виду, что в процессе расчета в формулы подставлены минимальные значения статистического коэффициента усиления по току h_21Э. В практически выполненном стабилизаторе k_СТ может быть в несколько раз больше рассчитанного.

    Внутреннее сопротивление стабилизатора:

    

 Ом;

    Внутреннее  сопротивление выпрямителя r₀=11,3 Ом (было определено при расчете выпрямителя).

    

 Ом;

    Принимая  q_ст = k_ст определяем k_п.н:

    k_п.н = k_п.о/q_ст=0.7/621=0.1*10^-3;

    k_п.о=U_0~/U₀=10/14.24=0.7;

    Определим амплитуду пульсации на выходе стабилизатора  по формуле:

    U_H~=k_п.нU_H=0.1*10^-3*6=0.6 мВ;

    Уточним максимальное значение тока I_{0 max}:

    I_0max= I_{H max}+ I_Д+ I_R5max+ I_R3max+ I_R4max+I_R2+ I_R1max = =1200+15+3.3+7.2+7.2+1.5+17=1.25 A;

    Для расчета выпрямителя было принято  I₀ – 1.25 А, т.к. расхождений нет, то в перерасчете выпрямителя нет необходимости.

    Определим КПД стабилизатора при U_C=40 B, U_{H max}=8 B, I_{H max}=1.2 A:

    

. 
 

    4. Расчет выпрямителя и сглаживающего фильтра

    4.1 Общие сведения.

    Выпрямители применяются либо как самостоятельные  источники электропитания нестабилизированного напряжения, либо в качестве составных  частей стабилизаторов разных типов. При этом, как правило, любой выпрямитель состоит из трансформатора, выпрямительных диодов и фильтра.

    Электрические схемы выпрямителей могут быть следующих  видов:

1.  Схемы  однофазных выпрямителей:

    - однополупериодная;

    - двухполупериодная;

    - мостовая.

2. Трехфазные  схемы выпрямления:

    - трехфазная;

    - мостовая (схема Ларионова);

    - шестифазная со средней точкой.

    Расчет  выпрямителя производят по следующим  данным:

    - минимальное выпрямленное напряжение (при минимальном напряжении сети) U_{0 min}=13.24 В;

    - максимальный ток нагрузки выпрямителя I_{0 max}=1.25 A;

    - минимальный ток нагрузки выпрямителя I_{0 min}=0.05 А;

    - амплитуда пульсаций выпрямленного  напряжения U_0~<5 мВ;

    - напряжение питающей сети U_c=40 В (а_с=0.10, b_с=0.10);

    - частота сети f_c=1000 Гц. 

    4.2 Выбор схемы и расчет

    В выпрямителях, работающих на фильтр с  емкостной реакцией, при напряжении меньше 100В и тока нагрузки до 1 А  находят применение двухпериодная  и мостовая схема.

    Выбираем  однофазную мостовую схему с емкостным фильтром. 

    

    Рисунок 5 – Схема однофазная мостовая.

    В качестве вентилей выбираем кремниевые диоды типа КД249А (U_{обр max}=40 В, I_{вп ср max}=3 А, U_{пр 0}=0.5 В, r_диф=0)

    Расчетное значение минимального выпрямленного  напряжения определим по формуле:

    

=2*0.5+13.24=14.24 В

    где n_В- количество последовательно соединенных вентилей.

    Активное  сопротивление трансформатора рассчитаем по формуле:

    

=0.1 Ом

где: В_m- магнитная индукция в магнитопроводе: для трансформаторов до 1000 Вт В_m принимается 1,0 – 1,3 для сети 1000 Гц;

S – число стержней магнитопровода трансформатора (S=l для магнитопроводов типа ШЛ и ОЛ);

f_c – частота питающей сети;

k_rc – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя. Для однофазной

мостовой  схемы k_rc=3.5*10³

    Определим параметр А, зависящий от угла отсечки вентиля по формуле:

    

=0.008

    r=r_тр+n_вr_диф=r_тр=0.1 Ом

где p – число импульсов выпрямленного напряжения (р=2 для однофазной мостовой схемы), r – сопротивление фазы выпрямителя.

    По  найденному значению коэффициента А  определяют В, D, F, Н по кривым.

    B=0.9; D=2.4; F=7.5; H=20.

    Определим параметры трансформатора:

1. Действующее напряжение вторичной обмотки:

      при U_{C min}=30 В:   U_{2 min}=BU`_{0 min}=0.9*14.24=12.8 В;

          при U_C=40 В:        U_{2 ном}= =14.24 В;

          при U_{C max}=50 В:   U_{2 max}= =15.6 В;

    2) Коэффициент трансформации:

    

=70

    3) Ток вторичной обмотки:

    I₂=0.707DI₀=0.707*2.4*1.25=2.12 A; 

    4) Ток первичной обмотки:

    I₁=0.707DI₀/k_T=0.707*2.4*1.25/70=0.03 A;

    5) Типовая мощность:

    Р_тип=U_{2 ном}I₂=14.24*2.12=30 В*А;

    По  типовой мощности и параметрам вторичной  обмотки выбирают или рассчитывают трансформатор.

    Определим параметры вентилей:

    - обратное напряжение U_обр= =l.41*15.6=22 В<40 В;

    - средний ток одного вентиля I_{вп ср}=0.5I_0max=0.5*1.25=0.6 А<3 А. Вентили КД249А выбраны правильно.

    Определим значение емкости фильтра по формуле:

    

=6700 мкФ

    ( k_п- коэффициент пульсации равен 3-5%U_Н)

    Выбор конденсатора производят по справочникам так, чтобы минимальная емкость с учетом допуска была больше расчетной. Конденсатор должен выдерживать перенапряжения, которые возникают при переходных процессах. Важным параметром конденсатора является предельно допустимая составляющая соответствующей частоты. Если расчетное значение переменной составляющей превышает допустимое для данных частот и температуры, то следует либо выбрать конденсатор на большее рабочее напряжение, либо увеличить емкость и тем самым уменьшить переменную составляющую до требуемого значения:

    Максимальное напряжение холостого хода выпрямителя:

    E_{0 max}= =l.41*15.6=22 В

    С учетом этого, выбираем конденсатор типа К50-24, емкостью С=4700 мкФ 2 штуки процент отклонения от номинала?.

    Усредненная величина внутреннего сопротивления  выпрямителя определяется по формуле:

    

=3.17 Ом 
 

    5. Расчет трансформатора

    5.1 Общие сведения

    Трансформатор малой мощности (ТММ) по конструктивному  выполнению магнитопровода делятся  на три группы: броневые, стержневые и тороидальные. Броневые и стержневые ТММ применяются на частотах 400Гц - 100 кГц и выше. На частотах до 1кГц ТММ выполняются однофазными и трехфазными, на более высоких частотах - преимущественно однофазными. Основными элементами конструкции ТММ являются магнитопровод (сердечник) и обмотки. Кроме того, ТММ могут иметь установочную арматуру, теплоотводы от сердечника и катушек, влагозащитное покрытие и подсоединительные элементы.

    Магнитопровод ТММ в зависимости от технологии изготовления делятся на пластинчатые, ленточные и прессованные. Наиболее широкое применение в настоящее время получили ленточные и прессованные магнитопроводы, позволяющие лучше использовать свойства магнитных материалов.

    

    Рисунок 6 – Броневой магнитопровод.

    На  рис. 3 приведена конструкция магнитопровода броневого ТММ типа БТ(ША, ШЛО, ШЛМ). Конструкции магнитопроводов и их основные размеры b, с, h нормированы, выбранные для рядов магнитопроводов соотношение размеров x=c/h, y=b/a, z=h/a обеспечивают оптимальные массогабаритные характеристики или стоимости ТММ. 
 
 
 

    5.2 Исходные данные и расчет

    Исходными данными для расчета трансформатора являются: назначение, условие работы и требуемых срок службы, напряжение и частота питающей сети, электрическая  схема трансформатора, действующее  напряжение вторичных обмоток U₂, ток вторичной обмотки I₂.

    Расчет  трансформатора на этапе проектирования состоит из следующих этапов: выбор  конструктивного исполнения, типа магнитопровода, расчетных критериев, расчет габаритной мощности, определение типоразмера  магнитопровода, выбор электромагнитных нагрузок: индукции, плотности тока; электрический расчет трансформатора.

    Исходные  данные для расчета:

U_C=40B;

a_C=10%, b_с=10% - относительные изменения питающей сети;

напряжение  вторичной обмотки U_{2 ном}=14.24 В;

ток вторичной  обмотки I₂=2.12 А;

ток первичной  обмотки I₁=0.03 A;

частота питающей сети f_c=1000 Гц.

    Трансформатор предназначен для понижения напряжения и работает на однофазную мостовую схему выпрямителя.

    

Рисунок 7 – Электрическая схема выполнения обмоток.

    Температура окружающей среды t_окр=±60°C. При отсутствии ограничений по напряжению короткого замыкания или току холостого хода расчет ведется на заданную температуру перегрева, которая не должна превышать допустимой для провода обмоток провода с изоляцией.