Расчет однофазного трехканального стабилизированного источника питания для электронных устройств

Расчет стабилизаторов напряжения, выбор микросхемы, стабилитрона и транзистора. Расчёт выпрямителей с ёмкостным фильтром и внешняя характеристика. Проверка правильности расчетов в среде "Electronics workbench". Расчет параметров и выбор трансформатора.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 02.11.2014
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Ангарская государственная техническая академия

Кафедра промышленной электроники и информационно-измерительной техники

Курсовая работа

по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

Расчет однофазного трехканального стабилизированного источника питания для электронных устройств

Ангарск 2010

Содержание

1. Описание работы источника питания

2. Расчет стабилизаторов напряжения и выбор элементов схемы

2.1 Расчёт стабилизатора первого канала, выбор микросхемы

2.2 Расчёт стабилизатора второго канала, выбор стабилитрона и транзистора

3.Расчёт выпрямителей с ёмкостным фильтром

3.1 Расчёт выпрямителя первого канала и внешняя характеристика

3.2 Расчёт выпрямителя второго канала и внешняя характеристика

3.3 Расчет выпрямителя третьего канала и внешняя характеристика

3.4 Проверка работоспособности и правильности расчетов выпрямителей в среде моделирования «Electronics workbench»

4. Расчет параметров трансформатора или выбор стандартного трансформатора

5. Расчет коэффициента полезного действия

Список используемой литературы

1. Описание работы источника питания

Многоканальный источник питания радиоэлектронной аппаратуры содержит трансформатор с несколькими вторичными обмотками. В каждом канале к своей вторичной обмотке подключены выпрямитель и сглаживающий фильтр. Для поддержания неизменного напряжения в нагрузке в источник питания может устанавливаться стабилизатор. Структурная схема источника питания представлена на рисунке 1:

Рис. 1 Структурная схема источника питания

Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства источников питания, являются:

* величина выходного напряжения Ud и тока Id;

* коэффициент пульсаций Кп - отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к среднему значению напряжения (постоянной составляющей);

* внешняя характеристика - зависимость напряжения в нагрузке от тока нагрузки Ud = f(Id);

* коэффициент полезного действия з.

стабилизатор выпрямитель трансформатор

2. Расчет стабилизаторов напряжения и выбор элементов схемы

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие постоянство напряжения на стороне потребителя с заданной степенью точности. По принципу действия стабилизаторы подразделяются на параметрические и компенсационные.

Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов применяются кремниевые стабилитроны. Для подбора необходимого напряжения стабилитроны можно включать последовательно. Если ток нагрузки превышает максимально допустимый ток стабилитрона, применяется усилитель тока на одном или нескольких транзисторах.

2.1 Расчёт стабилизатора первого канала, выбор микросхемы

КР142ЕН8Е

Рис. 2. Расчетная схема стабилизатора на микросхеме

Uвх = 17.5 В;

Iвх = 1 А;

K'п1 = Kп1*Ксгл:

K'п1 = 8 %;

2.2 Расчёт стабилизатора второго канала, выбор стабилитрона и транзистора

VT1 - КТ704Б; Uкэ.нас = 5 В, h21э = 10;

VD1, VD1 - 2C530A;

Iст.мин = 2 mA;

Iст.мах = 54 mA;

rст = 90 Ом.

Рис. 3 Расчетная схема стабилизатора с усилителем тока на транзисторе

U ВХ 2 = Ud2 + (5...10)U КЭ.НАС ;

U ВХ 2 = 85 В;

3. Расчёт выпрямителей с ёмкостным фильтром

Поскольку выпрямитель в современных маломощных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры содержит емкостный фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения, рассмотрим работу выпрямителя на активно-емкостную нагрузку. Магнитные потоки рассеяния в трансформаторе оказывают значительное влияние на характер электромагнитных процессов в выпрямителях, они учитываются индуктивным сопротивление обмоток ха. Другим важным параметром является активное сопротивление обмоток ra. Особенности расчета выпрямителя зависят от соотношения между параметрами ха и ra.

В выпрямителях малой мощности (особенно низковольтных) индуктивное сопротивление обмоток значительно меньше активного xa/ra?0,3. Поэтому при расчете таких выпрямителей потоками рассеяния пренебрегают для упрощения расчетов.

3.1 Расчёт выпрямителя первого канала и внешняя характеристика

Рис. 4 Однофазный мостовой выпрямитель

Сопротивление фазы выпрямителя R складывается из сопротивления обмотки трансформатора Ra и сопротивления диодов постоянному току Ri

Сопротивление обмотки трансформатора описывается формулой Ra:

где Id - среднее значение выпрямленного тока;

КR - вспомогательный коэффициент; КR = 3.5;

Bmax - максимальная индукция в магнитопроводе трансформатора; Bmax = 1.4;

S - количество стержней трансформатора, несущих обмотки; S = 3;

Ud - выпрямленное напряжение;

f=50 Гц - частота питающей сети.

Сопротивление диода постоянному току описывается формулой:

где М - количество фаз выпрямления; М = 2.

;

R = 1.93 + 2 · 0.583 = 3.096 Ом ;

Постоянную составляющую тока для М-фазной схемы выпрямления можно определить:

После преобразований получим:

;

Амплитуда тока в диоде:

и = 0.5585;

;

;

Среднее значение тока диода:

Эффективный ток диода:

Ток вторичной обмотки трансформатора:

где К3 - вспомогательный коэффициент; К3 = 0.707

Напряжение холостого хода на обмотке трансформатора; К2 - вспомогательный коэффициент.

Емкость конденсатора фильтра:

,

где Кп - коэффициент пульсаций, %.

Внешняя характеристика

3.2 Расчёт выпрямителя второго канала и внешняя характеристика

Рис. 5 Однофазный мостовой выпрямитель

Сопротивление фазы выпрямителя R складывается из сопротивления обмотки трансформатора Ra и сопротивления диодов постоянному току Ri

Сопротивление обмотки трансформатора описывается формулой Ra:

где Id - среднее значение выпрямленного тока;

КR - вспомогательный коэффициент; КR = 3.5;

Bmax - максимальная индукция в магнитопроводе трансформатора; Bmax = 1.4;

S - количество стержней трансформатора, несущих обмотки; S = 3;

Ud - выпрямленное напряжение;

f=50 Гц - частота питающей сети.

Сопротивление диода постоянному току описывается формулой:

где М - количество фаз выпрямления; М = 2.

;

R = 44 + 2 · 3.11 = 55.22 Ом ;

Постоянную составляющую тока для М-фазной схемы выпрямления можно определить:

После преобразований получим:

;

Амплитуда тока в диоде:

и = 0.5585;

;

;

Среднее значение тока диода:

Эффективный ток диода:

Ток вторичной обмотки трансформатора:

где К3 - вспомогательный коэффициент; К3 = 0.707

Напряжение холостого хода на обмотке трансформатора; К2 - вспомогательный коэффициент.

Емкость конденсатора фильтра:

,

где Кп - коэффициент пульсаций, %.

Внешняяхарактеристика

3.3 Расчет выпрямителя третьего канала и внешняя характеристика

Рис. 6 Однополупериодный выпрямитель

Сопротивление фазы выпрямителя R складывается из сопротивления обмотки трансформатора Ra и сопротивления диодов постоянному току Ri

Сопротивление обмотки трансформатора описывается формулой Ra:

где Id - среднее значение выпрямленного тока;

КR - вспомогательный коэффициент; КR = 2.3;

Bmax - максимальная индукция в магнитопроводе трансформатора; Bmax = 1.4;

S - количество стержней трансформатора, несущих обмотки; S = 3;

Ud - выпрямленное напряжение;

f=50 Гц - частота питающей сети.

Сопротивление диода постоянному току описывается формулой:

где М - количество фаз выпрямления; М = 1.

;

R = 17.57 + 1 · 1.166 = 19.236 Ом ;

Постоянную составляющую тока для М-фазной схемы выпрямления можно определить:

После преобразований получим:

;

Амплитуда тока в диоде:

и = 0.5585;

;

;

Среднее значение тока диода:

Эффективный ток диода:

Ток вторичной обмотки трансформатора:

где К3 - вспомогательный коэффициент; К3 = 1

Напряжение холостого хода на обмотке трансформатора; К2 - вспомогательный коэффициент.

Емкость конденсатора фильтра:

,

где Кп - коэффициент пульсаций, %.

Внешняя характеристика

3.4 Проверка работоспособности и правильности расчетов выпрямителей в среде моделирования «Electronics workbench»

Выпрямитель 1. Однофазный мостовой

Входное напряжение:

Выходное напряжение:

С = 100 000 мкФ: К50-18 Uном = 25 В;

Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей, % (6..8) 25 · 0.08 =

Выпрямитель 2. Однофазный мостовой

Входное напряжение:

Выходное напряжение:

С = 2200 мкФ: К50-18 Uном = 100 В;

Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей, % (4..6) 100 · 0.06 =

Выпрямитель 3.Однополупериодный

Входное напряжение:

Выходное напряжение:

С = 2200 мкФ: К50-18 Uном = 100 В;

Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей, % (4..6) 100 · 0.06 =

4. Расчет параметров трансформатора или выбор стандартного трансформатора

В разделе 3 должны быть рассчитаны выпрямители, работающие на активно-емкостную нагрузку. Необходимо рассчитать напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2, к которому подключен выпрямитель, и ток I2 этой обмотки. В курсовом проекте получаются три значения напряжений и три значения токов вторичных обмоток:

U21; I21; U22; I22; U23; I23.

U21 = 15 В; U22 = 60 В; U23 = 50 В;

I21 = 0.8 А; I22 = 0.15 А; I23 = 0.2 А;

Номинальную мощность вторичной обмотки принимают равной:

УР2 = U21?I21+U22?I22+U23?I23.

УР2 = 15·0.8 + 60·0.15 + 50·0.2 = 31 Вт.

Типовая мощность трансформатора:

где з - КПД трансформатора, который определяется по номограмме на рис. 7.

Рис. 7 Зависимость КПД от мощности вторичных обмоток трансформатора

з= 0.77 -- из номограммы.

По таблице выбирают типоразмер магнитопровода со значением SТ не менее вычисленного по формуле.

Магнитопровод - УШ 22х22

Число витков каждой вторичной обмотки трансформатора определяют по формуле:

где ДU - относительное падение напряжения на обмотках;

Е(1) - число вольт на один виток обмотки трансформатора с магнитопроводом выбранного типоразмера.

- 1 канал;

- 2 канал;

- 3 канал;

Число витков первичной обмотки:

Максимальное расчетное значение тока первичной обмотки:

Диаметр проводов обмоток:

где Jср - плотность тока в обмотках трансформатора.

5. Расчет коэффициента полезного действия

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника питания называется отношение активной мощности, выделяющейся в нагрузке Рн к мощности, поступающей из питающей сети Рвх:

Активная мощность, поступающая из сети, теряется в трансформаторе (ДРтр), в вентилях (ДРв), в сглаживающем фильтре (ДРф) и в стабилизаторе (ДРст). Потери в трансформаторе определяются по формуле:

где зтр - кпд трансформатора;

Sт - габаритная мощность трансформатора.

Потери в вентилях:

где Iа - средний ток в вентиле;

Uпр.ср - прямое падение напряжения на вентиле;

N - число последовательно включенных вентилей выпрямителя.

Общие потери в вентилях:

Потери в сглаживающем фильтре при емкостном фильтре можно не учитывать. Потери в стабилизаторе:

где Uвх - напряжение на входе стабилизатора;

Iвх - входной ток стабилизатора;

Ud - напряжение в нагрузке.

Общие потери в стабилизаторах:

Таким образом, КПД источника питания:

Список используемой литературы

1. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов дневной формы обучения специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»

2. - Расчет однофазного трехканального стабилизированного источника питания для электронных устройств - Липнин Ю. А. Ангарск 2007 г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Расчёт трансформатора и параметров интегрального стабилизатора напряжения. Принципиальная электрическая схема блока питания. Расчет параметров неуправляемого выпрямителя и сглаживающего фильтра. Подбор выпрямительных диодов, выбор размеров магнитопровода.

    курсовая работа [151,6 K], добавлен 14.12.2013

  • Проект масляного трансформатора мощностью 160 кВА. Определение основных электрических величин. Выбор типа конструкций, расчет обмоток высокого и низкого напряжения. Расчёт магнитной системы трансформатора и параметров короткого замыкания; тепловой расчет.

    курсовая работа [474,1 K], добавлен 17.06.2017

  • Расчёт выпрямителя, трансформатора и элементов фильтра. Проверка условия размещения обмоток в окне магнитопроводе и реальных величин потерь напряжения во всех обмотках. Выбор типа магнитопровода и проверка его на соответствии величин холостого тока.

    курсовая работа [330,6 K], добавлен 15.12.2014

  • Назначение и возможности пакета Electronics Workbench. Сравнение свойств емкостей и индуктивностей в цепях постоянного и переменного напряжений. Исследование схемы делителя напряжения. Расчет резонансной частоты и сопротивления колебательного контура.

    лабораторная работа [1,1 M], добавлен 15.10.2013

  • Расчет и выбор элементов выпрямителя с LC-фильтром. Определение действующего значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, значения тока вентиля, амплитуды напряжения, сопротивления конденсатора. График внешней характеристики выпрямителя.

    контрольная работа [28,4 K], добавлен 21.09.2012

  • Схема выпрямителя с фильтром с указанием напряжения и токов в обмотках трансформатора, вентилях и нагрузке, полярности клемм. Схема усилительного каскада с учетом заданного типа транзистора, усилителя с цепью обратной связи и источниками питания.

    контрольная работа [585,2 K], добавлен 13.04.2012

  • Расчет выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки. Методика расчета ключевых стабилизаторов напряжения. Программные средства моделирования схем источников вторичного электропитания. Алгоритмы счета и программная реализация стабилизаторов напряжения.

    дипломная работа [704,4 K], добавлен 24.02.2012

  • Расчет трансформатора, входного фильтра и параметров сглаживающего фильтра. Выбор транзистора по максимальному (амплитудному) значению тока. Определение площади радиатора транзистора. Проверка преобразователя на устойчивость к возмущающим воздействиям.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.06.2015

  • Определение электрических величин. Фазные напряжения и токи. Выбор главной и продольной изоляции. Определение основных размеров трансформатора. Выбор конструкции обмоток. Расчет обмотки низшего и высшего напряжения, параметров короткого замыкания.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 12.06.2015

  • Проверка правильности выбора трансформатора тока при выполнении учета электроэнергии на силовом трансформаторе. Расчет нагрузки на трансформатор напряжения и падение напряжения в кабеле. Расчет экономии электроэнергии, затрачиваемой на освещение.

    контрольная работа [36,8 K], добавлен 23.11.2010

  • Обобщение и углубление теоретических знаний в области расчета и анализа электронных схем. Развитие самостоятельных навыков по выбору компонентов, расчету характеристик и энергетических показателей источников питания. Описание расчета трансформатора.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.04.2019

  • Рассмотрение разных вариантов схем источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. Выбор конструкции, расчёт реакции на изменение температуры и напряжения питания. Изучение основ измерения параметров устройств при технологическом уходе.

    диссертация [2,2 M], добавлен 07.09.2015

  • Выбор систем освещения помещений цеха и источников света. Расчет электрического освещения. Выбор напряжения и источника питания. Расчет нагрузки электрического освещения, сечения проводников по нагреву и потере напряжения, потерь напряжения в проводниках.

    курсовая работа [589,0 K], добавлен 22.10.2015

  • Усиление транзисторного каскада. Выбор транзистора, определение напряжения источника питания, расчет сопротивления резисторов и емкости конденсаторов. Определение максимальных амплитуд источников сигнала для неинвертирующего усилителя постоянного тока.

    контрольная работа [58,2 K], добавлен 03.12.2011

  • Повышение устойчивости питающего напряжения посредством применения специальных стабилизаторов напряжения. Изучение принципа действия параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения, определение и расчет их основных параметров.

    лабораторная работа [1,8 M], добавлен 12.05.2016

  • Расчет нагрузок и выбор трансформатора для питания нагрузки без компенсации и после компенсации реактивной энергии. Расчёт сечения и выбор проводов для питания подстанции. Расчёт и выбор автоматов на 0,4кВ. Организация эксплуатации и безопасность работ.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.02.2011

  • Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров с учетом заданных значений. Определение потерь короткого замыкания, напряжения, механических сил в обмотках. Расчёт потерь холостого хода. Тепловой расчет обмоток и бака.

    курсовая работа [665,1 K], добавлен 23.02.2015

  • Выбор силового трансформатора. Расчёт параметров и выбор силового трансформатора. Выбор тиристоров, предохранителей и проверка тиристоров на токи короткого замыкания. Расчёт параметров и выбор сглаживающего реактора. Построение временных диаграмм.

    курсовая работа [944,9 K], добавлен 02.04.2009

  • Определение геометрических параметров трансформатора. Выбор схемы магнитопровода. Расчет обмоток высокого и низкого напряжения, потерь мощности короткого замыкания, тока холостого хода трансформатора, бака и радиаторов. Размещение отводов и вводов.

    курсовая работа [926,2 K], добавлен 09.05.2015

  • Определение максимального и минимального значений выпрямленного сетевого напряжения, диаграммы работы преобразователя. Выбор выпрямительных диодов, трансформатора, транзистора, выпрямителя и элементов узла управления. Расчет демпфирующей цепи и КПД.

    курсовая работа [392,9 K], добавлен 18.02.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.