|
|
Силовой трансформатор, выпрямительная схема, параметрический стабилизатор напряжения, компенсационный стабилизатор напряженияСОДЕРЖАНИЕ 1. РАСЧЁТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА 3 2. РАСЧЁТ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ 9 3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ 12 4. РАСЧЁТ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ 15 ЛИТЕРАТУРА 27 1. РАСЧЁТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Исходные данные: 1) напряжение сети: U1 = 380В; 2) частота тока питающей сети fс = 400 Гц; 3) напряжение вторичных обмоток: U2 = 24В; U3 = 24В; 4) мощности вторичных обмоток: S2 = 8B?A; S3 = 8B?A; 5) критерий оптимальности: минимальная стоимость. ПОРЯДОК РАСЧЁТА 1. Определяем суммарную мощность вторичных обмоток для трансформатора Sтр = S2 + S3 = 8 + 8 = 16B?A. 2. В соответствии с табл. 4.3, 4.4, 4.7?4.11 выбираем: - конфигурация магнитопровода - тороидальная с ленточным сердечником; - марка стали - Э340 ; - толщина ленты - 0,2мм. 3. Из графика 4.5 находим: - амплитуда магнитной индукции Bm = 1,25Тл; - КПД трансформатора ? = 0,92; - плотность тока в обмотках j = 5,4А/мм2. 4. Из табл. 4.12?4.14 находим: - коэффициент заполнения медью окна сердечника km = 0,22; - коэффициент заполнения сталью сечения сердечника kc = 0,93. 5. Находим основной расчётный параметр силового трансформатора - произведение Qc?Qo: (см4). 6. Оптимальные соотношения размеров для трансформатора (табл. 4.11) минимальной стоимости при тороидальном ленточном сердечнике не определены. 7. Учитывая, что Qc?Qo = 1,36 см4, по табл. 4.5 выбираем: - магнитопровод ОЛ 16/26 12,5; - размеры: а = 5мм; d = 16мм, D = 26мм, b = 12,5мм; - активная площадь сечения среднего стержня Qса = 0,54см2; - средняя длина магнитной силовой линии lср = 6,5см; - сечение стали ? сечение окна Qc?Qo = 1,36см4; - активный объём магнитопровода Vст = 3,51см3; - масса магнитопровода Gст = 27,1г; - ориентировочная мощность трансформатора - 13,6В?А. Рис. 1. Основные размеры выбранного магнитопровода. 8. Определяем потери в стали: - по рис. 4.6 находим удельные потери ? = 22Вт/кг; - потери в стали Pст = ? ? Gст = 22 ? 0,0271 = 0,596 (Вт). 9. Находим ток холостого хода. Для этого определяем: а) активную составляющую тока холостого хода, потребляемого трансформатором на покрытие потерь в стали и выраженного в процентах от номинального тока: ; б) реактивную составляющую тока холостого хода, выраженную в процентах от номинального тока: ; в) тогда ток холостого хода, выраженный в процентах от номинального: . 10. Определяем значение тока первичной обмотки: (А), где коэффициент мощности cos ?1 ? 0,9. Абсолютное значение тока холостого хода равно Iхол = (iкол / 100) I1 = (18,17/100)?0,051 = 0,0093 (А), то есть ток Iхол составляет 18,2% от номинального, поэтому магнитную индукцию изменять не следует. 11. Находим токи в обмотках трансформатора: (А). 12. Поперечные сечения проводов обмоток определяем по формулам: q1 = I1 / j = 0,051/5,4 ? 0,0094мм2; q2 = I2 / j = 0,333/5,4 ? 0,062мм2; q3 = I3 / j = 0,333/5,4 ? 0,062мм2. По таблице 4.6 определяем стандартные сечения проводов, ближайшие к рассчитанным значениям: q1 = 0,0095мм2; q2 = 0,06605мм2; q3 = 0,06605мм2. Далее из таблицы 4.6 выписываем: для обмотки 1: - марка провода ПЭЛ; - номинальный диаметр провода по меди d1 = 0,11мм; - масса одного метра медного провода g1 = 0,0845г; - максимальный наружный диаметр d1 = 0,13мм для обмоток 2 и 3: - марка провода ПЭЛ; - номинальный диаметр провода по меди d2 = d3 = 0,29мм; - масса одного метра медного провода g2 = g3 = 0,587г; - максимальный наружный диаметр d2 = d3 = 0,33мм. Действительная плотность тока в обмотках составляет: j1 = I1 / q1 = 0,051/0,0095 ? 5,37(А/мм2); j2 = j3 = I2 / q2 = I3 / q3 = 0,333/0,06605 ? 5,04(А/мм2). Средняя плотность тока для трансформатора: (А/мм2). 13. Находим амплитуду магнитного потока в магнитопроводе трансформатора Ф = BmQса ? 10-4 = 1,25?0,54?10-4 = 6,75?10-5 (Вб). 14. По рис. 4.8 находим ориентировочные значения процентного падения напряжения на первичной ?u1 и вторичных ?u2 и ?u3 обмотках в зависимости от мощности трансформатора: ?u1 = 4%; ?u2 = ?u3 = 6%. Поэтому ЭДС обмоток можно вычислить по формуле: (В); (В). Число витков в каждой обмотке определяем по формуле: (витка), (витков). 15. Составляем эскиз размещения обмоток. h = 12,5 мм; ?о = 0,16мм; а = 5 мм; ?1 = 1,56мм; L1 = 123,35м; ?2 = 0,8мм; L2 = 11,02м; ?3 = 1,19мм; L3 = 14,81м; ?с = 7,46мм; ?р = 4,27мм. Рис. 2. Эскиз размещения обмоток. 16. По поверхности сердечника, между обмотками и в качестве внешней изоляции укладывается изоляционная прокладка из лакоткани ЛСШ толщиной 0,06 мм в два слоя, то есть толщина каждого изоляционного слоя составляет ?о = 0,12 мм. Высоту обмотки ограничена длиной внутренней окружности слоя намотки на тороид: hобi = ?(d - ) , где d = 16мм - внутренний диаметр магнитопровода. 17. Находим число витков в одном слое каждой обмотки: , где ky = 1,12 - коэффициент, учитывающий неплотность намотки. Из-за тороидальной конструкции сердечника число витков в каждом слое уменьшается пропорционально укорачиванию длины внутренней окружности тороида для каждого нового слоя намотки, поэтому для точности расчётов целесообразно выполнять расчёт обмоток в табличной форме. Таблица 1. Расчёт обмоток тороидального трансформатора Обмотка Номер слоя i Диаметр провода di ?с Усл. высота катушки hk, мм Кол-во витков w Сумма витков по слоям Радиус скругления ri, мм Длина витка в слое li, м Масса 1м провода m, г Масса обмотки Gmi, кг Изоляция 0,12 16,00 I 1 0,13 15,76 50 339 339 0,185 0,0352 0,0845 0,00101 2 15,45 49 332 671 0,445 0,0362 0,00102 3 15,14 48 326 997 0,575 0,0371 0,00102 4 14,82 47 319 1316 0,705 0,0381 0,00103 5 14,51 46 312 1628 0,835 0,0394 0,00104 6 14,20 45 305 1933 0,965 0,0409 0,00105 7 13,89 44 299 2232 1,095 0,0425 0,00107 8 13,58 43 292 2524 1,225 0,0444 0,00110 9 13,26 42 285 2809 1,355 0,0465 0,00112 10 12,95 41 234 3043 1,485 0,0489 0,00097 Изоляция 0,12 12,47 Длина провода L1 = 123,35 м Итого: 0,01042 II 1 0,33 11,68 36 97 97 1,77 0,0547 0,587 0,00315 2 0,33 10,89 34 90 188 2,1 0,0627 0,00331 Изоляция 0,12 10,41 Длина провода L2 = 11,02 м Итого: 0,00647 III 1 0,33 9,62 30 79 79 2,385 0,0707 0,587 0,00335 2 0,33 8,82 27 72 151 2,715 0,0813 0,00353 3 0,33 7,03 25 33 188 3,045 0,0933 0,00181 Изоляция 0,12 7,46 Длина провода L3 = 14,81 м Итого: 0,00869 19. Определяем радиальный размер всех обмоток с учётом межслоевой и межобмоточной изоляции: ?р =?1 + ?2 + ?3 + 4?0 = 1,56 + 0,8 + 1,19 + 4 ? 0,12 = 4,27(мм). Величина свободного промежутка между поверхностями последних обмоток: ?с =d - 2?р = 16 - 2?4,27 = 7,46(мм). Типоразмер магнитопровода выбран правильно. 20. Находим массу меди каждой обмотки: Gм1 = W1L1?10-3 = 3043 ? 123,35 ? 10-3 = 0,01042(кГ); Gм2 = W2L2?10-3 = 188 ? 11,02 ? 10-3 = 0,00647(кГ); Gм3 = W3L3?10-3 = 188 ? 14,81 ? 10-3 = 0,00869(кГ). Масса меди всех обмоток: Gм = Gм1 + Gм2 + Gм3 = 0,01042 + 0,00647 + 0,00869 = 0,02558(кГ). Потери в меди каждой обмотки при температуре провода 100?1050С составляют: Pм1 = 2,7j12Gм1 = 2,7 ? 5,37 ? 0,01042 ? 0,811(Вт); Pм2 = 2,7j22Gм2 = 2,7 ? 5,04 ? 0,00647 ? 0,444(Вт); Pм3 = 2,7j32Gм3 = 2,7 ? 5,04 ? 0,00869 ? 0,596(Вт); Суммарные потери в меди всех обмоток: Pмо = Pм1 + Pм2 + Pм3 = 0,811 + 0,444 + 0,596 = 1,851(Вт). 21. Определяем коэффициент полезного действия трансформатора: . 22. Находим активное сопротивление каждой обмотки трансформатора: R1 = pмL1 / q1 = 0,0234 ? 10-6 ? 123,35 / 0,0095 = 3,04 ? 10-3(Ом); R2 = pмL2 / q2 = 0,0234 ? 10-6 ? 11,02 / 0,06605 = 3,9 ? 10-6 (Ом); R3 = pмL3 / q3 = 0,0234 ? 10-6 ? 14,81 / 0,06605 = 5,25 ? 10-6 (Ом). 23. Поверхность охлаждения обмотки тороидального трансформатора: Qк = ?[?с(h + 0,5?с) + (2?р + D)(h + 0,5D + ?р) + ?((0,5?с + 2?р)2 - (0,5?с)2)]?10-6 = 3,1415 ? [7,46 ? (12,5 + 0,5 ? 7,46) + (2 ? 4,27 + 26)(12,5 + 0,5 ? 26 + 4,27) + 3,1415 ? ((0,5 ? 7,46 + 2 ? 4,27)2 - (0,5 ? 7,46)2)] ?10-6 ? 0,005(м2). Тороидальный трансформатор не имеет открытой поверхности магнитопровода, поэтому поверхность охлаждения магнитопровода Qс = 0(м2). Определяем температуру перегрева обмоток относительно окружающей среды по формуле: ?T = (Pст + Pмо) / [?(Qк + Qc)]. Учитывая, что коэффициент теплоотдачи трансформатора ?т = 12 Вт/(м?0С), получаем: ?T = (0,596 + 1,851) / [12?(0,005 + 0)] ? 41(0С) . Рабочая температура обмоток: Тр = tок + ?T = 22 + 41 = 630C. Найденное значение Тр не превышает предельно допустимую величину на которую рассчитана изоляция применяемого провода и изоляционных материалов (класс А - 1050С). 2. РАСЧЁТ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ Исходные данные: 1) номинальное выпрямленное напряжение U0 = 15В; 2) выходная мощность P0 = 6Вт; 3) номинальный ток нагрузки I0 = 0,4А; 4) частота переменного тока в сети fc = 50Гц; 5) относительные отклонения напряжения сети в сторону повышения ?max = 0,05; 6) коэффициент пульсации kп = 0,03. Рис. 3. Схема двухполупериодного выпрямителя (со средней точкой). ПОРЯДОК РАСЧЁТА 1. Схема, изображённая на рис. 3 является схемой двухполупериодного выпрямителя (со средней точкой). 2. Для схемы со средней точкой В = 1 и D = 2,15. По табл. 4.16 определяем: Iпр. ср. = I0 = 0,4 (А); Iпр. = DI0 = 2,15 ? 0,4 = 0,86 (А); Uобр. = Uо max ? 1,41В = 15,75 ? 1,41 ? 1 = 22,21 (В), где Uо max - максимальное значение выпрямленного напряжения, вычисляемое по формуле: Uо max = Uо(1 + ?max) = 15? (1 + 0,05) = 15,75(В). 3. По таблице 4.17 выбираем выпрямительный диод, удовлетворяющий следующим требованиям: Uобр. max > Uобр. = 22,21(В), Iпр. ср. max > Iпр. ср. = 0,4(А), 1,57 Iпр. ср. max > Iпр. = 0,86(А). Этим параметрам соответствует диод КД 221А, у которого Uобр max = 100В; Iпр. ср. max = 0,7А; 1,57 Iпр. ср. max = 1,1А. 4. По табл. 4.17 находим Uпр = 1,4В, тогда сопротивление вентиля в прямом направлении: rпр. = Uпр. / Iпр. ср. max = 1,4 / 0,7 = 2 (Ом). 5. Определяем активное сопротивление обмоток трансформатора: , Для двухполупериодной схемы kr = 4,7 , частота питающего напряжения fc = 50Гц. По рис. 4.5 определяем, что мощности трансформатора 6Вт соответствует амплитуда магнитной индукции Bm = 1,05Тл. Для броневого сердечника ? = 1. Тогда: (Ом). 6. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора определяем по формуле: (Гн), где kL = 4,3 ? 10-3 и так как вторичная обмотка наматывается поверх первичной, то р = 2. 7. Определяем активное сопротивление фазы выпрямителя. По таблице 4.16 находим: r = rпр + rтр = 2 + 5,8 ? 7,8(Ом). Тогда угол ?, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивлением фазы выпрямителя: ? = arctg [(2?fcLs)/r] = arctg [(2?3,1415?50?1,8?10-3)/7,8] = arctg 0,0721 ? 4,1(0). 8. Далее находим основной расчётный коэффициент: , где m = 2 - число фаз выпрямителя. 9. По найденному значению А = 0,34 и углу ? = 4,10 определяем вспомогательные коэффициенты В, D, F и H из рис. 4.12 и рис. 4.13: В = 1,12; D = 2,08; F = 5,4; H = 540. 10. Зная коэффициенты В, D и F, находим по табл. 4.16 необходимые параметры трансформатора и вентиля: U2 = ВU0 = 1,12 ? 15 = 16,8(B); I2 = 0,5DI0 = 0,5 ? 2,08 ? 0,4 = 0,42(A); S2 = BDP0 = 1,12 ? 2,08 ? 6 = 14 (В?А); S1 = 0,707 BDP0 = 0,707 ? 1,12 ? 2,08 ? 6 = 9,9(В?А); Pгаб = 0,85BDP0 = 0,85 ? 1,12 ? 2,08 ? 6 = 11,9(В?А); Uобр. = 2,82 ВU0 = 2,82 ? 1,12 ? 15 = 47,4(В); Iпр. ср. = 0,5I0 = 0,5 ? 0,4 = 0,2(А); Iпр. = 0,5DI0 = 0,5 ? 2,08 ? 0,4 = 0,42(А); Iпр. m = 0,5FI0 = 0,5 ? 5,4 ? 0,4 = 1,08(А). По уточнённым значениям Uобр., Iпр. ср., Iпр. проверяем правильность выбора вентилей: Uобр. max = 100B > Uобр. = 45,7B; Iпр. ср. max = 0,7A > Iпр. ср. = 0,2A; 1,57 Iпр. ср. max = 1,1A > Iпр. = 1,08A. 11. Величину ёмкости, нагружающей выпрямитель, находим по формуле: С1 = 100Н / (rkп) = 100?540 / (7,8?3) ? 2307(мкФ). 12. Напряжение холостого хода выпрямителя равно: (В). 13. Наибольшее выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя определяем при максимальном напряжении: Uoxx max = Uoxx(1+?) = 23,7?(1 + 0,05) ? 24,9 (В). 14. Таким образом, ёмкость конденсатора С1 должна быть не менее 2307мкф, а номинальное напряжение не менее В. Например электролитический конденсатор К50-18 4700мкФ?50В% . 15. Находим КПД выпрямителя, для этого необходимо определить: потери мощности в вентилях: Pв = 4IпрUпр = 4? 0,42? 1,4 = 2,35(Вт); потери мощности в трансформаторе: Pтр = Pгаб(1 - ?тр) = 11,9 ? (1 - 0,72) = 3,33(Вт). Тогда КПД выпрямителя: ?тр = P0 / (P0 + Pтр + Pв) = 6 / (6 + 3,33 + 2,35) = 0,51. 3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Исходные данные: 1) Uвых - номинальное выходное напряжение; 2) ?Uвых - максимальное допустимое отклонение выходного напряжения от номинала; 3) Iн макс - максимальное значение тока нагрузки; 4) Iн мин - минимальное значение тока нагрузки; 5) Изменения входного напряжения: а) aмин = Eвх мин / Евх ; б) амакс = Евх макс / Евх ; 6) Коэффициент пульсаций на входе стабилизатора: aп = Uп/Евх , где Uп - амплитуда переменной составляющей на входе стабилизатора; 7) авых с = ?Uвых / ?Евых - максимально допустимая относительная нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения в заданных пределах; 8) ан = ?Uвых. н. / ?Uвых. - максимально допустимая нестабильность выходного напряжения, обусловленная изменением тока нагрузки; 9) Kп вых. - максимально допустимый коэффициент пульсации на выходе стабилизатора; 10) Тмин.; Tн; Тмакс - минимальная, номинальная и максимальная допустимая рабочая температура; 11) ?Uвых. t / Uвых. - максимально допустимая нестабильность выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды от Tмин до Tмакс. Рассчитаем схему стабилизатора, приведённую на рис. 4. Численные значения исходных данных: Uвых. = 12В; ?Uвых = ?1,5В; Iн max = 15мА; aвых. С = 1?10-2; Iн min = 10мА; amin = 0,9; amax = 1,1; an = 5?10-2; aн = 2,5?10-2 = 2,5%; aп вых. ? 0,4?10-2; T min = -400С; T nom = 200С; Т max = 400С; ?Uвых. t / Uвых. = 6?10-2. Рис. 4. Схема параметрического стабизлизатора. 1. Исходя из заданных параметров выбираем схему однокаскадного стабилизатора с одним стабилитроном. Выбираем по справочным данным стабилитрон КС512А, для которого Uст = 12; при этом Uст мин =10,8В; Uст max = 13,2В; ?Uвых. min = 1,2; ?Uвых. max = 1,2В. 2. Допустимое выходное сопротивление стабилизатора: (Ом). 3. Определяем режим работы стабилизатора при котором суммарное сопротивление стабилизатора меньше Rвых.доп. Выбираем Iст.мин. = Iн. мин. = 10 мА. Для тока из характеристик стабилитрона КС512А или по справочным данным определяем Rd? = 10 Ом. Определяем ?ст для максимального напряжения стабилизации. (мВ/С). Определяем тепловую составляющую дифференциального сопротивления стабилитрона: (Ом). где Rt = 0,30С/мВт (тепловое сопротивление стабилитрона). Определяем полное дифференциальное сопротивление: (Ом). Сравниваем с определённой выше величиной Rвых.доп.: Rd = 27,4Ом < Rвых.доп. = 60Ом. 4. Определяем среднее значение коэффициента стабилизации: 5. Максимальный коэффициент стабилизации: , 0,5К ст. max ? 7,45 < Кст. доп. ? 10 < 0,7К ст. max ? 10,43. 6. Необходимое входное напряжение стабилизатора: В. Выбираем номинальное Евх. = 48В. 7. Внутреннее сопротивление источника питания (выпрямителя): (Ом). 8. Определяем величину гасящего сопртивления: (Ом). Выбираем резистор с допуском ? 5% R?г = 820 Ом ? 5%; R?г.мин. = 780 Ом; R?г.макс. = 860 Ом. 9. Уточняем коэффициент стабилизации, с учётом того, что Rг = R?г + Rв: . 10. Коэффициент сглаживания пульсации: . 11. Относительная амплитуда (коэффициент) пульсации напряжения на выходе стабилизатора: (%). 12. Уточняем минимальное значение тока стабилитрона. (мА), что достаточно близко к выбранному значению. 13. Максимальный ток стабилитрона. (мА), так как для стабилитрона КС512А при Тмакс. = 400С; Iст.макс. = 67 мА, то выбранный режим работы стабилитрона допустим. 14.Определяем входные токи: максимальный - Iвх.макс. = Iст.макс.+ Iн.мин. = 33 + 10 = 43(мА), и номинальный - (мА). 15. Определяем максимальное и номинальное значение входной мощности выпрямителя: (ВА); (ВА). 16. Номинальный и минимальный КПД: ; . 17. Температурная нестабильность входного напряжения: . . Для Д814А по справочным данным находим ?ст. = 0,09 % / 0С. %, что удовлетворяет заданным требованиям. 4. РАСЧЁТ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Исходные данные: 1. Номинальное Uвых., минимальное Uвых.мин., максимальное значение выходного напряжения Uвых.макс. и коэффициенты пределов плавной регулировки выходного напряжения: , . 2. Максимальный Iмакс и минимальный Iмин токи нагрузки включающие и внутреннее потребление стабилизатора (ток делителя и т. п.), и коэффициент изменения тока нагрузки С = Iн.мин/Iн.макс. 3. Коэффициенты относительного изменения питающего напряжения: , , где Uс - номинальное, Uс.мин - минимальное, Uс.макс - максимальное значение напряжения сети. 4. Допустимое относительное изменение выходного напряжения: , где ?Uвых.нс - изменение выходного напряжения при изменении Uс на ?Uс, где ?Uс - наибольшая из величин (Uс - Uс.мин) или (Uс.макс - Uс.) и минимально допустимый усреднённый коэффициент стабилизации при изменении напряжения сети, . 5. Максимально допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения Un.выхд и её относительное значение, . 6. Допустимое относительное изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки: , и максимально допустимое усреднённое выходное сопротивление стабилизатора: . 7. Диапазон рабочих температур: Тс - номинальная; Тс.макс - максимальная; Тс.мин - минимальная рабочая температура среды: , допустимое относительное изменение выходного напряжения при изменении температуры в заданных пределах от Тс. - абсолютный и - относительный температурный коэффициент напряжения стабилизации, где ?Т наибольшая из разностей (Тс - Тс.мин) и (Тс.макс - Тс). Требуется выбрать схему стабилизатора и рассчитать её элементы, определить требования, необходимые для расчёта выпрямителя. При проведении расчётов следует использовать предельные значения параметров используемых элементов, чтобы обеспечить работоспособность схемы и соответствие её параметров техническим требованиям без специального подбора элементов по отдельным параметрам. Рассчитаем схему стабилизатора. Uвых = 12 В; Uвых.мин = 11 В; Uвых.макс = 13 В; Iн.мин = 0,2А; Iн.макс = 0,4А; амин = 0,9; амакс = 1,1; аn = 1?10-2; Кст.доп. = 20; Rвых = 0,35 Ом; qn = 19; ?u = 12 мВ/С; Тмин = -200С; Тмакс = 500С. Рис. 5. Схема принципиальная компенсационного стабилизатора. ПОРЯДОК РАСЧЁТА Расчёт последовательного регулирующего элемента. 1. Задаёмся относительной амплитудой (коэффициентом пульсации) входного напряжения , где Un - амплитуда пульсации напряжения, питающего стабилизатор. При Uвых > 5 В аn ? (0,3?0,7)?(1 - амин), аn = 0,5(1 - амин) = 0,5 (1 - 0,9) = 0,05. 2. Пусть Евх - среднее значение номинального напряжения выпрямителя в режиме холостого хода: 0,9 , 1,1 . 3. Находим коэффициенты изменения мгновенного значения напряжения выпрямителя от Евх до евх.мин и евх.макс, где евх - мгновенные значения входного напряжения с учётом пульсаций входного напряжения. 0,9 - 0,05 = 0,85, 1,1 + 0,05 = 1,15. 4. Определяем приближённое значение внутреннего сопротивления выпрямителя Rв с учётом типа предполагаемого выпрямителя. При Uвых ? 5 В, Rв ? (0,3?0,15)Uвых/Iн. Выбираем Rв = 0,25 Uвых/Iн = 0,25 ? 12 / 0,4 = 7,5(Ом). 5. Задаёмся минимально допустимым напряжением между эмиттером и коллектором выходного регулирующего транзистора Uк.э.1мин . Для уменьшения объёма теплоотвода регулирующего транзистора выбираем германиевый мощный транзистор и с учётом возможного разброса выходного напряжения около 0,5 В выбираем Uк.э.1мин ? 4,5 В. Величину Uк.э.1мин можно уточнить при выборе конкретного типа транзистора регулирующего элемента по его характеристикам и паспортным данным. 6. Определяем максимальный ток выпрямителя и коэффициент увеличения тока выпрямителя: (А), , где Iдоп. - ток, потребляемый от выпрямителя элементами цепей стабилизатора (ток шунта выпрямителя, ток сопротивлений смещения, ток базы регулирующего транзистора и т. д.). Коэффициент D ? 1,03?1,1 причём меньшие значения D соответствуют большим токам Iн. 7. Находим вспомогательный коэффициент: . 8. Определяем значение напряжения ненагруженного и нагруженного выпрямителя в разных режимах: ; ; (В); (В); (В); (В); (В); (В). 9. Определяем номинальную и максимальную мощности выпрямителя: (ВА); (ВА) . 10. Находим номинальную и минимальную выходную мощность при максимальном токе нагрузки стабилизатора Iн.макс: (ВА); (ВА). 11. Определяем номинальный и минимальный КПД стабилизатора с выпрямителем при токе Iн.макс: ; . 12. Вычисляем максимальную мощность потерь, выделяемую в стабилизаторе в самых худших условиях: (ВА). Найденные значения ? и Рn не учитывают потерь в трансформаторе, определяемых током холостого хода и потерь в дополнительных цепях стабилизатора (имеются в виду источники напряжения). Эти дополнительные потери должны суммироваться с Рn при расчёте теплового режима стабилизатора. Среднее номинальное значение выходного напряжения нагруженного выпрямителя Uвх = Е0; максимальный ток выпрямителя Iвх.макс = I0; максимальная выходная мощность выпрямителя Рв.макс = Рмакс - I2вх.максRВ, где RВ - внутреннее сопротивление выпрямителя; относительная амплитуда (коэффициент пульсации выпрямителя), он используется для расчёта выпрямителя. Мощность Рn с учётом указанных выше дополнительных потерь мощности используется при конструктивном расчёте для теплового режима и габаритных размеров стабилизатора. При расчёте выпрямителя, когда более точно определены RВ и аn можно (в случае существенного расхождения расчётных величин с заданными в начале расчёта) сделать уточняющий расчёт по приведённым формулам. 13. Вычисляем максимальную мощность, рассеиваемую в регулирующем транзисторе (или в конечном каскаде регулирующего элемента при использовании составного транзистора). 14. Определяем максимальное мгновенное значение напряжения между коллектором и эмиттером оконечного транзистора: (В). 15. По найденным значениям Рк1макс = 3,2ВА, Uк.э.макс = 15,74В и току Iн.макс ? Iк1макс = 0,4А выбираем регулирующий транзистор так, чтобы указанные величины были меньше предельных соответствующих параметров транзисторов с необходимым коэффициентом запаса тем большим, чем выше должна быть надёжность работы схемы и с учётом нагрева транзистора за счёт максимальной температуры окружающей среды и мощностью, рассеиваемой транзистором. Принимаем в качестве регулирующего транзистор П214. 16. Учитывая местный перегрев за счёт тепла, рассеиваемого радиатором регулирующего каскада при расчёте площади радиатора используем значение Тс = 550С. Площадь теплоотвода Рк при заданной мощности рассеяния: , где Рк - максимальная мощность, рассеиваемая транзистором; Кт - коэффициент теплоотдачи (ВА/С?см2), в спокойном воздухе и при нормальном давлении Кт ? (0,5?1)?10-3 ВА/С?см2, для чернёного ребристого алюминиевого теплоотвода Кт ? 0,8?10-3 ВА/С?см2; Тnмакс - максимальная температура перехода; Тс - максимальная температура среды; Rtк - тепловое сопротивление перехода-корпус; RtкТ - тепловое сопротивление корпус-теплоотвод, (С/ВА). Для предполагаемого использования в регулирующем каскаде транзистора П214 площадь St рассчитываем, учитывая возможность использования параллельного соединения N транзисторов в выходном регулирующем каскаде, вычисляем суммарную мощность теплоотвода: (см2). Очевидно, что заданные параметры стабилизатора Uвых и Iвых могут быть обеспечены при использовании одного транзистора типа П214 в качестве выходного в регулирующем каскаде. 17. При температуре перехода Тnмакс = +85оС и величины Iк0 = 0,1 мА при 20оС для П214 определяем максимальное значение нулевого тока коллектора выходного транзистора: (мА). 18. Для уменьшения нагрузки на управляющий каскад стабилизатора используем составной транзистор. Находим ток смещения транзистора VT1-2 (рис. 5): (мА), где q = (1?1,5) - коэффициент запаса тем больший, чем больше напряжение Uкэ; N - число параллельно включённых транзисторов выходного регулирующего каскада. 19. Определяем величину сопротивления смещения: (Ом). Выбираем резистор R1 = 1,6 кОм ?5%. 20. Задаёмся максимальным изменением базового тока составного регулирующего транзистора ?I?12макс при изменении тока нагрузки от Inмакс до нуля в пределах от 5 до 0,1 мА и определяем: , , где h21/1.N - минимально возможные (с учётом старения, разброса параметров и температуры среды) коэффициенты усиления по току в режиме ОЭ. 21. Находим максимальный ток, напряжение и мощность рассеяния транзистора VТ1.2: (мА), 15,74В, (ВА). Учитывая найденные значения параметров, выбираем в качестве VТ1.2 транзистор 1Т403 для которого h21мин = 20 в результате: . Определяем площадь теплоотвода для транзистора VT1.2, причём для уменьшения температуры перехода выбираем значение Тn1 ? 650С, что уменьшает ток Iк01.2 и повышает надёжность работы: (см2). Таким образом, St1.2 = 32,5 см2. 22. Находим значение нулевого тока коллектора: (мА). 23. Находим средние токи коллекторов транзисторов, входящих в составной регулирующий транзистор: (А), (мА). Находим параметры составного транзистора: , (Ом) при Iк1ср = 0,45/1 = 0,45А, 2(Ом) при Iк1.2ср = 50 мА, (Ом), ; в рассчитываем случае количество транзисторов, входящих в составной регулирующий транзистор n = 2: (Ом-1). rк.реr = 26,73?103 Ом (А), (А). Расчёт элементов схемы сравнения и усилителя постоянного тока. 1. Расчёт проводим для схемы сравнения, представленной на рис. 5, которая одновременно выполняет функцию однокаскадного усилителя постоянного тока. 2. Выбираем тип источника опорного напряжения (кремниевый стабилизатор Д814А). Задаёмся минимальным током стабилизатора Iоп.мин = 5мА. Определяем максимальное динамическое сопротивление стабилитрона с учётом изменения напряжения из-за изменения температуры окружающей среды и разогрева за счёт мощности, рассеиваемой стабилитроном - Rd = 12Ом. Номинальное напряжение стабилизации: Uоп = 7,75В; Uоп.мин = 7В; Uоп.макс= 8,5В. 3. Задаёмся током коллектора транзистора VT2: 4?10-3А. 4. Определяем максимальное напряжение коллектора VT2 и находим максимальную мощность рассеяния: (В), (мВА). 5. Выбираем транзистор схемы сравнения VT2 и находим из табл. 4.19 мет. ук. или справочников минимальный коэффициент усиления h21э/2 при токе 4мА. Выбираем транзистор ГТ402Б, у которого h21э ? 60. 6. Определяем входное сопротивление транзистора VT2: (Ом). 7. Находим максимальную температуру переходов транзистора VT2: , где - тепловое сопротивление транзистора без теплоотвода; Rtк - тепловое сопротивление кристалл-корпус; Rtс - тепловое сопротивление корпус-среда. 55 + 0,1?24 = 57,4(оС). Определяем максимальное значение нулевого коллектора тока: (мкА) , где А ? 10 для германиевых транзисторов. 8. Определяем суммарное сопротивление делителя цепи обратной связи Rд схемы сравнения из условий: а) (Ом), здесь n = Uоп/Uвых= 7,75 / 12 = 0,65 - коэффициент обратной связи. б) (Ом). Здесь ?Uвыхiк.о. ? 50 мВ - допустимое изменение выходного напряжения за счёт Iк02, которое выбирается в несколько раз меньше, чем допустимая температурная нестабильность стабилизатора. Выбираем Rд = 1,2 кОм. Вводим в делитель переменный резистор и определяем сопротивление делителя: (Ом), выбираем Rд1 = 270 Ом. (Ом), выбираем Rд2 = 910 Ом. 1200 - 270 - 910 = 20 (Ом), выбираем Rдпер = 20 Ом. 9. Определяем величину сопротивления резистора Rу: (В); (Ом). Выбираем Rу = 820 кОм. 10. Находим коэффициенты стабилизации кст1 и кст2 при изменении входного напряжения и выходное сопротивление Rвых: ; ; здесь кс = n ? U0п/Uвых = 7,75/12=0,65; , и суммарный коэффициент стабилизации - , кст = 55,66 . (Ом). Производим расчёт максимального, номинального и минимального значения температурного коэффициента опорного стабилитрона: (мВ/С), (мВ/С), (мВ/С). При определении ?опмакс используется заданный в технических условиях температурный коэффициент; при определении ?опмин учитывается разброс от к образцу в 0,5 мВ/С. Определяем максимально возможный температурный коэффициент стабилизатора: (мВ/С), где ?u?2 = -(2,2?0,3) мВ/С - температурный коэффициент для германиевого транзистора схемы сравнения. ? =7,2 < ?доп=8 . При определении коэффициента сглаживания пульсаций используем приближенные соотношения: , , , где qn - соответствующие коэффициенты сглаживания пульсаций. Отсюда qn1 ? 516, qn2 ? 62,4, qn ? 55,66. ЛИТЕРАТУРА Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я. Шихина: Учебник. - М.: Энергоиздат, 1981. - 336 с. Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1991. - 272 с. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы напряжения и тока (с непрерывным регулированием). - М.: Сов. радио, 1980. - 344 с. Электропитание устройств связи: Учебник / А.А. Бокуняев, Б.В. Горбачёв, В.Е. Китаев и др. Под. ред. В.Е. Китаева. - М.:Радио и связь, 1988. - 280с. Векслер Г.С. Расчёт электропитающих устройств. - Киев: Техника, 1978. - 208с. Назаров С.В. Транзисторные стабилизаторы напряжения. - М.: Энергия, 1980. - 96с. Рогинский В.Ю. Расчёт устройств электропитания аппаратуры электросвязи. - М.: Связь, 1972. - 250с. 2 Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.  |
|
Банк готовых работ
Форма заказа
Скачать работу
экономические  Copyright © refbank.ru 2005-2024
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат refbank.ru. Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено. |
|