Расчет элементов вторичного источника питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусско-Российский университет

Кафедра “Электротехника и электроника”

Курсовая работа по электротехнике

Разработал ст.гр.МПКР-111:

Барковская М.А.

Могилёв 2013

Содержание

Введение

1. Расчёт выпрямителя и элементов фильтра

2. Расчёт трансформатора и проверка условия размещения обмоток в окне магнитопровода, а также реальных величин потерь напряжения во всех обмотках

3. Выбор типа магнитопровода и проверка его на соответствии величин холостого хода

4. Составление электрической схемы принципиального

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

В современной электротехнической аппаратуре (ЭА) предъявляются разнообразные требования к качеству питающего напряжения. Выбор из большого числа типов источников вторичного электропитания оптимального варианта, удовлетворяющего всем заданным техническим требованиям, предъявляемым ЭА, и метрологическим характеристикам являются одной из наиболее сложных задач при проектировании от правильного выбора и расчёта источников вторичного электропитания завися надёжность, массогабаритные показатели, стоимость.

Общим для всех технических заданий являются оговоренные в тактико-технических требованиях на комплекс ЭА напряжение и частота питающей сети системы энергоснабжения, пределы их изменения, число фаз, способ резервирования, климатические и механические условия, в которых должна обеспечиваться работоспособность комплекса ЭА, наработка на отказ комплекса в целом. Кроме того к источникам вторичного электропитания возможны специфические требования, относящиеся только к источникам постоянного или переменного тока. Дополнительным требованием к вторичному источнику постоянного тока (напряжения) является величина или коэффициент пульсации выходного тока (напряжения).

Рисунок 1. Схема вторичного источника питания.

1. Расчёт выпрямителя и элементов фильтра

Выбор принципиальной схемы в конечном счёте сводится к сравнению её с аналогичными схемами. Сохраняя все достоинства схемы со средней точкой, мостовая схема имеет особенность ту. Что габариты и масса трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток по току. эта особенность мостовой схемы основана на том. что ток протекает в течении периода во всей вторичной обмотке трансформатора, а не одной её половин. В свою очередь уменьшение массы и габаритов ведёт к снижению себестоимости трансформатора и уменьшению потерь.

Конструкция трансформатора проще, так как не требуется специальный вывод от средней точки вторичной обмотки. Обратное напряжение, приходящееся на один диод, вдвое меньше. Необходимость использования в схеме четырёх диодов вместо двух в схеме со средней точкой является недостатком мостовой схемы.

Расчеты выполняются в соответствие с методическими указаниями /3/.

Выходное напряжение

U3 = 1,17*U0 = 1,17*10 = 11,7В. (1)

Выходной ток

I3 = 0,96*I0 max = 0,96*1,45 = 1,4 А, (2)

где I0 max = Iн max = 1,4 А.

Типовая мощность

S = 1,12*U0*I0 max = 1,12*P0 = 1,12*10*1,45= 16,24ВА (3)

Максимальное значение обратного напряжения на вентилях:

Uобр.max = *U3 = 1,41*11,7= 16,5В. (4)

Среднее значение прямого тока на вентиле

Iпр.ср = I0 max / 2 = 1,4 / 2 = 0,7А (5)

Полученные цифровые значения токов и напряжений являются исходными при выборе выпрямительных диодов и расчёта трансформа тора.

Расчёт параметров индуктивно-емкостного фильтра.

Основываясь на том, что коэффициент фильтрации двухзвенного фильтра определяется произведением обоих параметров Lф и Cф, одним из них приходится задаваться. Для наиболее рационального вы бора фильтра можно сравнивать электрические энергии, запасаемые в обоих элементах.

где Lф = 5R0max / щ0 = 5*14,2/ 628 = 0,113Гн (6)

R0max = U0 / Iнmin = 10 / 0,7 = 14,28Ом (7)

щ0 = 2щ = 628 1/с (8)

где Cф = 10⁶\0,2*R0min*щ = 10⁶\0,2*6, 9*628 = 1153,88Ф (9)

R0min = U0 / Iнmax = 10/ 1,45 = 6,9 Ом (10)

В качестве первого принимаем индуктивность. Выбор второго элемента проводим по формуле:

Cф = 2,54* ( Кф + 1 ) / Lф = 2,54*( 11,35 + 1 ) / 0,113 = 277,6мкФ (11)

Выбираем конденсатор ёмкостью C = 300 ± 5 % мкФ и дроссель(их двое).

Д44 индуктивностью 0,16Гн,с током подмагничивания 1,6 А, сопротивлением 3,8 Ом

2. Расчёт трансформатора и проверка условия размещения обмоток в окне магнитопровода, а также реальных величин потерь напряжения во всех обмотках

Расчёт трансформатора начинается с определения типовой мощности, которая складывается из полных мощностей обоих вторичных обмоток /3/:

S = S2 + S3 = S1 (12)

S2 = P2 / cosц *0,85 = 208 / 0,79*0,85 = 223,79 ВА (13)

S =223,79 + 16,24 = 240,03 ВА (14)

По таблице для данного значения выбираем:

- плотность тока в обмотке д = 2

- коэффициент заполнения окна Кок = 0,3

-коэффициент заполнения стали Кст = 0,94

- максимальная индукция с учётом отклонения сетевого напряжения в сторону увеличения:

Bmax = ( U1ном / U1max )Bmax табл = (127 / 139.7 )*1,35 = 1,2Тл (15)

где U1max = ( 127*10 / 100 )+127 = 139,7 В (16)

Bmax табл = 1,35 Тл

3. Выбор типа магнитопровода и проверка его на соответствии величин холостого тока

Выбор магнитопровода - численное значение произведения площади сечения стали на сечение окна /3/:

Sст Sок = Sтип 10² / 2,22 f Bmax Kст Kок д = 240,03 *10² / 2,22*50*1,2*0,94*0,3*2 = 319,5см4 (17)

На основании полученного значения Sст Sок по таблице 5 выбирается броневой пластинчатый магнитопровод марки Ш32х40 с параметрами:

a = 32 мм Mст = 2,530 кг C = 128 мм

Sст = 12,8см² с = 32 мм H = 112 мм

h = 100 мм Sст Sок = 328 см² b = 40 мм

Активная и реактивная составляющие тока холостого хода:

I0А = pстМст / Umax1 = 2,8*3,160 / 139,7 = 0,06 А (18)

где pст - удельное значение активных потерь на нагрев магнитопровода

pст = 2,8Вт / кг

I0p = qстМст / Umax1 = 45*3,160 /139,7 = 1,017 А (19)

где qст - удельное значение мощности

qст = 45 ВА / кг

Ток холостого хода

I0 = = 1,019 А (20)

А его относительное значение как

I0% = ( I0 / I1 ) *100% = ( 0,905 / 0,98 ) *100% = 41% (21)

где I1 = S / Uном = 240.03 / 124.8 = 1,92 А (22)

Полученное относительное значение тока холостого хода согласуется с рекомендуемым.

4. Составления электрической схемы источника принципиальной

Число витков каждой обмотки определяется /3/

W1 = [U1ном (1-?U1%10^-2) 10⁴] / 4,44 f Bmax Sст.акт =

[127* (1- 3*10^-2) 10⁴] / 4,44*50*1,2*12,8*0,94 = 384,3 (23)

W2 = [U2ном (1+?U2%10^-2 ) 10⁴] / 4,44 f Bmax Sст.акт =

[110,6* (1+ 6*10^-2) 10⁴] / 4,44*50*1,2*12,8*0,94 = 365,7 (24)

W3 = [U3ном (1+?U3%10^-2 ) 10⁴] / 4,44 f Bmax Sст.акт =

[11,7* (1+ 6*10^-2) 10⁴] / 4,44*50*1,2*12.8*0,94 = 38,7 (25)

где ?U1 =3%, ?U2 = ?U3 = 6%,

U2 = P2 / I2*cosц2 = 208 / 2,39*0,79 = 110,6А (26)

Ориентировочные значения сечений проводов определяются по формуле:

S1 = I1 / д = 0,98 / 2 = 0,5 мм² (27)

S2 = I2 / д = 2,39/ 2 = 1,2 мм² (28)

S3 = I3 / д = 1,4 / 2 = 0,7 мм² (29)

По справочнику для первой обмотки подбираем провода сечением S1 = 0,5027 мм² с наибольшим наружным диаметром dиз1 = 0,89 мм; для второй обмотки? S2 = 1,227 мм² с наибольшим наружным диаметром dиз2 = 1,36мм; для третьей обмотки? S3 = 0,7238 мм² с наибольшим наружным диаметром dиз3 = 1,05 мм.,

Длины концевых изоляций обмоток:

?из1 = 2 + 1,5 (j ? 1) = 2 + 1,5 (1? 1) = 2 мм (30)

?из2 = 2 + 1,5 (j ?1) = 2 + 1,5 (2 ?1) = 3,5 мм (31)

?изj = 2 + 1,5 (j ?1) = 2 + 1,5 (3 ?1) = 5 мм (32)

Осевые длины обмоток:

hd1 = h ? 3 ? ?из1 * 2 = 100 ? 3 ? 2 * 2 = 93 мм (33)

hd2 = h ? 3 ? ?из2 * 2 = 100? 3 ? 3,5 * 2 = 90 мм (34)

hd3 = h ? 3 ? ?из3 * 2 = 100 ? 3 ? 5 * 2 = 87 мм (35)

Число витков в одном слое j ? ой обмотки:

Wc1 = hd1 / dиз1 * Ку1 = 93 / 0,89 * 1,045= 109,1 (36)

Wc2 = hd2 / dиз2 * Ку2 = 90 / 1,36 * 1,056 = 69,88 (37)

Wc3 = hd3 / dиз3 * Ку3 = 87 / 1,05 * 1,046 =86,6 (38)

где Ку ? коэффициент укладки

Число слоёв:

N1 = ( W1 / Wc1 ) = (384,3/ 109,1 ) =3,5 (39)

N2 = ( W2 / Wc2 ) = (365,7/ 69,88) = 5,2 (40)

N3 = ( W3 / Wc3 ) = (38,7/ 86,6 ) =0,4 (41)

Высота всех обмоток:

б1 = N1 * dиз1 = 3,5* 0,89 = 3,1 мм (42)

б2 = N2 * dиз2 = 5,2 * 1,36 = 7,1 мм (43)

б3 = N3 * dиз3 = 0,4* 1,05 =0,4 мм (44)

Сопротивление каждой обмотки в нагретом состоянии:

R1 = с ( 1 + 0,004 (?)) Lср1W1 / S1 = 1,75 * 10^-2 * ( 1 + 0,004 * (100? )) * 0,16 * 384,3/ 0,5 = 2,8 Ом (45)

R2 = с ( 1 + 0,004 (?)) Lср2W2 / S2 = 1,75 * 10^-2 * ( 1 + 0,004 * (100? )) *0,2 *365,7/ 1,12 =1,5 Ом (46)

R3 = с ( 1 + 0,004 (?)) Lср3W3 / S3 = 1,75 * 10^-2 * ( 1 + 0,004 * (100? )) * 0,21 * 38,7/ 0,7 = 0,27 Ом (47)

где средние длины витков каждой обмотки

Lср1 = ( a + b +5 ) *2 +2р (б1 / 2)) * 10^-3 = ((32+40+5) *2 + 2 * 3,14 * (3,1 / 2)) *10^-3 = 0,16 мм (48)

Lср2 = (( a + b +5 ) *2 +2р (б1 + б2 / 2)) * 10^-3 = (( 32 +40+ 5) * 2+ 2 * 3,14 *( 3,1 + 7,1/ 2)) *10^-3 = 0,2 мм (49)

Lср3 = (( a + b +5 ) *2 +2р (б1 + б2 + б3 / 2) * 10^-3 = (( 32 +40+5) * 2+ 2 * 3,14 *( 3,1 + 7,1 + 0,4 / 2)) *10^-3 = 0,21 мм (50)

Фактические величины потерь напряжения:

? U1 = ( R1I1 / U1 )*100% = (2,8 *0,98 / 127 )*100% = 2,1% (51)

? U2 = ( R2I2 / U2 )*100% = ( 1,5 *2,39 /110,6 )*100% = 3,2% (52)

? U3 = ( R3I3 / U3 )*100% = ( 0,27 *1,4 /11,7 )*100% =3,2% (53)

Заключение

Расчёт выпрямителя, питаемого напряжением произвольной формы (несинусоидальной), при конечных значениях активного, индуктивно го и емкостного сопротивлений нагрузки с учётом внутренних (активных индуктивных) сопротивлений элементов выпрямительной схемы, а также при наличии асимметрии внутренних сопротивлений и питающих напряжений (в многофазных системах выпрямителя) является сложной и в настоящее время полностью не решённой задачей. В настоящей работе предложен один из вариантов решения этой задачи.

выпрямитель магнитопровод обмотка

Литература

1. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем / Б.С. Гершунский. - Киев: Вища школа, 1983. - 240 с.

2. Лячин В.И. Электроника: учеб. пособие /В.И. Лячин, Н.С. Савелов. - 7-е изд. перераб. и доп. - Ростов н/Д : Феникс, 2009. - 703 с.

3. Бусел Н.П. Методические указания к курсовой работе для студентов спец. 20 01 02 «Приборы и методы контроля качества и диагностики». - Могилев: Издательство «Белорусско-Российского университета», 2011. - 25 с.

Приложение

Рисунок 2. Эскиз укладки обмоток

Рисунок 3. К определению средней длинны витков обмоток броневого трансформатора

Размещено на Allbest.ru

...