Проектирование источника вторичного электропитания

 

 

Выбираем шунтирующие резисторы [4]:

Выбираем шунтирующие  резисторы типа МЛТ–0,125–680 Ом и

МЛТ–0,125–6,8 кОм.

 

3.2 Расчёт  источника опорного напряжения

 

  (3.12)

 

Источник опорного напряжения построим по схеме параметрического стабилизатора, питающегося от выходного  напряжения. Он выполнен на стабилитроне VD1 и балластном резисторе RБ. Выбираем стабилитрон типа 2С213А со следующими параметрами [5]:

- напряжение стабилизации

- разброс напряжения стабилизации – 3,5%;

- минимальный ток стабилизации 30 мА;

- максимальный ток стабилизации 9 мА;

- дифференциальное сопротивление 22 Ом;

- температурный коэффициент напряжения стабилизации ;

- максимально допустимая рассеиваемая мощность = 0,20 Вт;

Величина балластного резистора при токе стабилизации 12 мА.

Минимальное выходное напряжение стабилизатора

 

                                                     (3.13)

 

          

 

Максимальное  выходное напряжение стабилизатора

 

                                                     (3.14)

 

                                           

 

Баластный резистор :

 

                                                           (3.15)

 

                                                                                 (3.16)

 

 

                                                                               (3.17)

 

Выбираем резистор типа МЛТ–0,25–5,5 кОм [12].

 

3.3 Расчёт  измерительного элемента

 

В качестве измерительного элемента используем делитель напряжения на резисторах R11, R13 и R14.

Задаемся током делителя = 4 мА = 0,004 А.

Коэффициенты передачи делителя при  возможности подстройки напряжения в пределах ±2 В

 

                               (3.18)

 

                              (3.19)

 

Суммарное сопротивление делителя

 

                                                                (3.20)

 

Сопротивление нижнего плеча делителя

 

                    (3.21)

 

Сопротивление верхнего плеча делителя

 

               (3.22)

 

Переменное сопротивление 

 

          (3.23)

 

Определяем мощности резисторов делителя напряжения

 

                           мВт;                        (3.24)

 

                             Вт;                          (3.25)

 

                               Вт.                       (3.26)

 

Выбираем резисторы для делителя [12]:

R11 типа МЛТ–0,125–150 Ом;

R12 типа СП3–23–0,125–200 Ом;

R13 типа МЛТ–0,125–1,3 кОм.

 

3.4 Расчёт усилителя сигнала рассогласования

 

Элемент сравнения и усилитель  постоянного тока выполним на транзисторе VT5 (приложение А).

Задаемся максимальным коллекторным током усилительного транзистора мА.

Определяем напряжение коллектор–эмиттер  усилительного транзистора

 

                  (3.27)

 

Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе

 

             (3.28)

 

В качестве усилительного транзистора VT5 выбираем транзистор типа 2Т363А со следующими параметрами [4]:

- коэффициент передачи тока = 20…70

- максимально допустимое постоянное напряжение коллектор–эмиттер = 15 В;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора = 30 мА;

- максимально допустимая рассеиваемая мощность = 150 мВт.

Для повышения устойчивости работы стабилизатора переход база коллектор усилительного транзистора шунтируем керамическим конденсатором емкостью 0,1 мкФ типа КМ–5.

 

3.5 Расчёт  токостабилизирующего двухполюсника

 

Для улучшения характеристик стабилизатора  в схему введем токостабилизирующий двухполюсник на элементах VT1, VD7, VD8 R2 и R3 (приложение А).

Выходной ток токостабилизирующего двухполюсника

 

                (3.29)

 

Напряжение коллектор–эмиттер  транзистора VT1 не превышает входного напряжения стабилизатора  = = 16,13 В.

Максимальная мощность рассеяния  транзистора VT1

 

               (3.30)

 

Для токостабилизирующего двухполюсника выбираем транзистор типа

КТ375Б со следующими параметрами [4]:

- коэффициент передачи тока = 50…280

- максимально допустимое постоянное напряжение коллектор–эмиттер = 30 В;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора = 0,1 А;

- максимально допустимая рассеиваемая мощность с теплоотводом     = 200 мВт.

Ток базы транзистора VT1

 

                  (3.31)

 

Задаемся током по цепи VD7–VD8–R2

 

                   (3.32)

 

Принимаем = 10 мА.

Выбираем диоды VD7 и VD8 типа КД522А со следующими параметрами [5]:

- максимально допустимый средний прямой ток = 100 мА;

- максимально допустимое постоянное обратное напряжение = 30 В.

Сопротивление R2

 

 Ом.    (3.33)

 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R2

 

          (3.34)

 

 Вт.                       (3.35)

 

Выбираем резистор R2 типа МЛТ–0.25–1,4 кОм [9].

Напряжение на резисторе R3

 

 В.        (3.36)

 

Ток через резистор R3

 

 А.                           (3.37)

 

Сопротивление резистора R3

 

 Ом.                           (3.38)

 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R3

 

 Вт.                   (3.39)

 

Выбираем резистор R3 типа МЛТ–0,125–120 Ом [12].

 

 

3.6 Расчёт  схемы защиты от перегрузки по току

 

Схема защиты от перегрузки по току осуществлена на транзисторе VT2(приложение А).

Ток срабатывания защиты

 

 А.                                     (3.40)

 

Напряжение на шунте при токе I_МАКС принимаем равным В.

Сопротивление шунта

 

 Ом.                       (3.41)

 

Мощность шунта

 

 Вт.                       (3.42)

 

Переменный резистор R4 предназначен для возможности подстройки тока срабатывания защиты. Сопротивление этого резистора должно быть во много раз большим, чем сопротивление шунта R_Ш, чтобы ток, протекающий по нему, не влиял на ток протекающий по шунту.

Принимаем R4 = 120 Ом.

Выбираем резисторы: для шунта  R_Ш соединяем параллельно три резистора С5-16-5-0,56 Ом; R4 – СП5–2 – 120 Ом [12].

Для выбора транзистора VT2 зададимся I_к.макс = 10 мА и U_кэ > U_вх.max. Исходя из этого выбираем транзистор VT2 типа КТ3102ВМ с параметрами:

- максимально допустимое постоянное напряжение коллектор–эмиттер U_{КЭ.МАКС} = 20 В;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора I_К.МАКС = 100 мА.

 

3.7 Выходной фильтр

 

Емкость конденсатора С4 на выходе стабилизатора  определяется по формуле

 

              (3.43)

 

где f_h21БРЭ - предельная частота коэффициента передачи тока регулирующего транзистора.

 

3.8 Расчёт КПД стабилизатора

 

Номинальный и минимальный КПД стабилизатора находим из выражений

 

                                (3.44)

 

                               (3.45)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ  ПЕРВОГО И ВТОРОГО КАНАЛА

4.1 Выпрямитель  первого канала

 

Выпрямитель первого канала выполняем  по мостовой схеме с LC–фильтром. Расчет производим по выражениям, приведенным в [5].

Значение выходного напряжения выпрямителя U_d =16,13 B. Ток нагрузки I_d = 10 А.

Обратное напряжение вентилей

 

                                                             (4.1)                  

Среднее значение тока вентиля

 

                                                (4.2)

 

Выбираем диоды типа КД202В со следующими параметрами [5]:

– максимальный прямой ток I_пр = 5 А;

– напряжение переключения U_m = 100 В;

– прямое падение напряжения 1 В.

 

4.2 Рассчитаем  фильтр выпрямителя первого канала.

 

Используем однозвенный LC–фильтр.

Для выпрямленного напряжения U=16,13 В и амплитуды пульсаций 300мВ коэффициент пульсаций определяется так

 

                                                                        (4.3)

Коэффициент фильтрации фильтра определяется по выражению

 

                                              (4.4) 

Определяем величину LC:

 

  (4.5)

 

Эквивалентное сопротивление нагрузки канала

 

 (4.6)

 

Индуктивность дросселя фильтра

 

                 (4.7)

 

Выбираем дроссель типа Д269 со следующими параметрами [4]:

– индуктивность L = 0,025 Гн;

– номинальный ток подмагничивания I_Н = 18 А;

Емкость конденсатора фильтра

 

                                     (4.8)

 

Выбираем три конденсатора типа К50-24 со следующими параметрами [4]:

– номинальное напряжение U =50 В;

– допустимая амплитуда переменного  напряжения U_m=5%;

– номинальная емкость 2000 мкФ –20 +50%, соединённые параллельно.

 

4.3 Выпрямитель  второго канала

 

Выпрямитель второго канала выполняем по мостовой однофазной схеме с LC–фильтром. Расчет производим по выражениям, приведенным в [6].

Обратное напряжение диодов

 

                           (4.9)

 

Ток через диод

 

                          (4.10)

 

Выбираем диоды типа КД105В со следующими параметрами [7]:

– максимальный прямой ток Iпр = 0,3 А;

– напряжение переключения Um = 600 В;

– прямое падение напряжения 1 В.

 

4.4 Расчет фильтра выпрямителя второго канала

 

Используем однозвенный LC–фильтр.

Для выпрямленного напряжения U = 280 В, и амплитуды пульсаций 28 В коэффициент пульсаций определяется так

 

                             (4.11)

 

Коэффициент фильтрации фильтра определяется по выражению

 

                         (4.12)

 

Определяем величину LC:

 

 (4.13)

 

Эквивалентное сопротивление нагрузки канала

 

                 Ом.                         (4.14)

 

Индуктивность дросселя фильтра

 

                        Гн.                (4.15)

 

 

Выбираем дроссель типа Д227 со следующими параметрами [7]:

– индуктивность L = 5 Гн;

– номинальный ток подмагничивания I_Н = 0,05 А;

Емкость конденсатора фильтра:

 

       мкФ. (4.16)

 

Выбираем конденсатор типа К50-27 со следующими параметрами [6]:

– номинальное напряжение U = 350 В;

– допустимая амплитуда переменного  напряжения U_m = 5%;

– номинальная емкость 4,7 мкФ –10 +30%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 РАСЧЕТ  ТРАНСФОРМАТОРА

5.1 Расчет  основных параметров трансформатора

 

Напряжения вторичных обмоток

 

                        (5.1)

 

 В.                       (5.2)

 

5.2 Действующее  значение тока вторичных обмоток

 

                      (5.3)

 

 А.                         (5.4)

 

5.3 Коэффициент  трансформации силового трансформатора

 

                                   (5.5)

 

                                    (5.6)

 

 

 

 

 

5.4 Действующее  значение тока первичной обмотки

 

                     (5.7)

 

5.5 Типовая  мощность трансформатора

 

     (5.8)

 

Определяем произведение S_СТS_ОК

 

,                               (5.9)

 

где S_СТ – средняя площадь сечения магнитной цепи, см²;

S_ОК – площадь окна магнитопровода, см² ;

f_С – частота сети, Гц;

B – амплитуда магнитной индукции, Тл;

j – плотность тока в проводах обмоток, А/мм²;

k_М – коэффициент заполнения медью окна магнитопровода;

k_С – коэффициент заполнения сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода;

h – к. п. д.

f_C = 50 Гц; для броневых и стержневых трансформаторов, выполненных на пластинчатых магнитопроводах из горячекатаной стали, индукция в стержне магнитопровода B=1,3 Тл; плотность тока 2,5 А/мм²; k_М = 0,38; k_C = 0,89.

 

см⁴.

 

Выбираем магнитопровод типа Ш132´50 с S_СТS_ОК = 409 см⁴.

 

5.6 Число  витков первичной обмотки

 

 втк.      (5.10)

 

5.7 Число  витков для вторичной обмотки  первого канала

 

 втк.                       (5.11)

 

Так как первый канал выполняется по двухполупериодной схеме с нулевой точкой, то таких обмоток две.

 

5.8 Число витков для вторичной обмотки второго канала