30078

Расчет источника питания

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров и во многих случаях – стабилизаторов напряжения (или тока). Расчет начнём с конечного элемента – со стабилизатора, а затем рассчитаем трансформатор.

Русский

2013-08-22

396 KB

44 чел.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра электротехники

Расчет источника питания

 

Руководитель:

____________Меньшиков В. В.
    
(подпись)

_______________________
    
(оценка, дата)

Разработал:
студент группы 23-1

___________Топоев А.Л.
     
(подпись)
_______________________
     
(дата)


Исходные данные (Усилительная часть):

Ег,
В

Rг,
кОм

Rн,
Ом

Pн,
Вт

Тип
фильтра

Тип
аппроксимации
фильтра

Порядок
фильтра

fc,
Гц

0,25

1000

100

0,5

ФНЧ

Чебышева, q=2.0 дБ

4

2200

Проектирование усилительного устройства

1.1 Структурная схема усилителя

Рисунок 1 – Структурная схема усилителя

Определение основных/ параметров усилителя

Входное сопротивление усилителя выбираем так, чтобы Rвх>> Rг

Rвх=(10-100)Rг, возьмём Rвх в 10 раз больше Rг

Общий коэффициент усиления Кu определяем по формуле:

           (1)

          (2)

Кu=28, что больше 20, следовательно усилитель напряжения из схемы исключить нельзя.

         (3)

Выбор схемы входного каскада

выбираем использование неинвертирующего усилителя на операционном усилителе.


Рисунок 2 – Схема неинвертирующего усилителя на ОУ

Выбор и расчёт параметров усилителя напряжения

- коэффициент усиления каскада      

- значения сопротивлений неинвертирующего ОУ

Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

fс = 2200 Гц

Тип фильтра – ФНЧ (фильтр низких частот)

Тип аппроксимации – Чебышева, q = 2.0 дБ

Порядок фильтра – 4

Таблица 1 – коэффициенты аппроксимации фильтров

b

0.2098

0.5064

c

0.9287

0.2215


Я выбираю схему активного фильтра нижних частот 2-ого порядка Саллен-Кея

Рисунок 3 – Структура Саллен-Кея

Рассчитаем значения схемы Саллен-Кея по следующим формулам:

           (4)

          (5)

      (6)

        (7)

          (8)

          (9)

Так как порядок фильтра равен 4, то включаем последовательно 2 фильтра 2-ого порядка структуры Саллен-Кея.

1 звено:  А = 2

 

Рассчитаем значения для 2-ого последовательно соединённого звена. Расчет проводится по формулам 4, 5, 6, 7, 8, 9. Коэффициенты b и c берём из таблицы 1,    А = 1,8.

 

1.6 Выбор схемы и расчет усилителя мощности

Pн=0,5 (Вт)

Rн=100 (Ом)

Расчетная мощность больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах            (10)

  

Напряжение источника питания

        (11)

Где для кремниевых транзисторов

Амплитуда тока коллектора транзисторов оконечного каскада

        (12)

Среднее значение тока, потребляемого от источника питания:

          (13)

 

Мощность, рассеиваемая на коллекторе выходного транзистора:

          (14)

 

Задаем значение начального тока коллектора:

 

Выбор оконечных транзисторов проводим с учетом условий:

       (15)

 

Возьмём транзисторы серии КТ814A (p-n-p)

            КТ815A (n-p-n)

Характеристики транзисторов серии КТ814A КТ815A

Статический коэффициент передачи тока    

Постоянный ток коллектора        1.5 А

25 B

Ток базы равен:

Ток делителя равен:

Сопротивление делителя:        (16)

 

Сопротивление эмиттера:        (17)

 

Найдем значения R2 и R1:

, где Ку=4 коэффициент усиления (УМ)     (18)

Выберем диоды: Д2Б

Uобр=30 В

I=16 A

Исходя из Iн и Uип выбираем ОУ:


Выбираем ОУ марки 140УД6

Рисунок 4 – Схема усилителя мощности с ОУ

Рисунок 5– Операционный усилитель К140УД6


3 Проектирование источника питания

Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров и во многих случаях – стабилизаторов напряжения (или тока). Расчет начнём с конечного элемента – со стабилизатора, а затем рассчитаем трансформатор.

 

W1  U+

 

W1

 W1

U-

Рисунок 6 – Схема источника питания

3.1 Расчет стабилизатора

Исходные данные для расчета стабилизатора напряжения: номинальное выходное напряжение - ; ток нагрузки - ; относительное отклонение напряжения сети в сторону понижения

Выбираем стабилизатор, исходя из : К142ЕН2A

Основные параметры стабилизатора напряжения К142ЕН2A

Тип

К142ЕН1А

0,3

0,5

4

15..40

12..30

0,15

4

Рисунок 7 – Стабилизатор напряжения К142ЕН1А


Определяем минимальное входное напряжение стабилизатора:

         (19)

С учетом возможного уменьшения напряжения в сети:

           (20)

3.2 Расчет выпрямителя

Исходные данные для расчета выпрямителя: номинальное выпрямленное напряжение U0, В; ток нагрузки стабилизатора I0; номинальное напряжение сети U1; частота сети fс, Гц; допустимый коэффициент пульсации Кп.

Рисунок 8 – Основная схема выпрямителя мостовая

Для расчета схемы выпрямителя возьмём тип схемы, представленной на рисунке 8

Определяем сопротивление трансформатора rтр; вентиля ri и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя rв:

а) Находим сопротивление трансформатора rтр:

       (21)

J – плотность тока в обмотках трансформатора (J=4 А/мм2);

В – магнитная индукция в сердечнике (В=1,2 Тл);

- расчетный коэффициент, для данной схемы равен 2

Делаем выбор диодов:

          (22)

          (23)

По справочнику выбираем диоды КД103А с  и

б) Находим сопротивление вентиля ri:

          (24)

Сопротивление фазы выпрямителя:

          (25)

Найдём по формуле 26 коэффициент А:

          (26)

По рисунку 18 из методички по курсовой работе находим коэффициенты F0, D0, B0:

С помощью найденных коэффициентов найдем значения:

- максимальный ток через вентиля     (27)

- действующее значение тока через вентиль    (28)

- коэффициент трансформации(==24,28)   (29)

- ток вторичной обмотки трансформатора    (30)

- составляющая тока первичной обмотки трансформатора  (31)

- напряжение на вторичной обмотке трансформатора  (32)

- мощность выпрямителя       (33)

- габаритная мощность выпрямителя     (34)

Занесем полученные результаты в таблицу:

m

IОВ

Uобр

Iм

rв

U2

I2

Iв

Pгаб

I1

n

2

0,039

29,55

0,203

128,6

24,28

0,11

0,078

2,475

0,0121

0,11

Определим емкость фильтра по приближённой формуле:

          (35)

3.3 Расчет силового трансформатора

Заданными величинами при расчете трансформатора являются напряжения всех обмоток U1, U2, В; токи обмоток I1, I2, А и мощность трансформатора Pгаб, Вт.

Данные значения были найдены в главе 3.3 Расчет выпрямителя.

Определим мощность трансформатора по формуле:

,           (36)

где - КПД маломощного трансформатора.

По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод.

Сечение стержня сердечника:

           (37)

Из условий , где с=(1-2), а – ширина стержня магнитопровода в сантиметрах. Находим ориентировочное значение ширины стержня по формуле:

           (38)

Найдём произведение сечения стержня сердечника на площадь окна:

       (39)

Где  для броневых трансформаторов индукцию В в сердечнике можно принять 1,2 Тл; плотность тока J=4 А/мм2 – в обмотках трансформатора; Км =0,25 при
Pтр <50 Вт – коэффициент заполнения окна медью; Кс =0,94 – коэффициент заполнения сталью площади стержня магнитопровода, для листов стали толщиной 0,2 – 0,4 мм; fс =50 Гц – частота сети.

Для того чтобы обмотки вместились на магнитопроводе, выбираем по справочнику магнитопровод с сечением Sc, у которого произведение  близко к рассчитанному или больше него. Выбираем типоразмер магнитопровода ШЛ 10 16.

Рисунок 11 – магнитопровод ШЛ 1016

Определяем число витков в обмотках:

первичная –        (40)

вторичная –        (41)

и - падение напряжения в обмотках трансформатора, берём из
графика:  и , отсюда:

Находим диаметры проводов обмоток трансформатора по действующему значению тока In в обмотке n и заданной плотности тока J=3 А/мм2:

           (42)

Полученные значения диаметров округляем до ближайших стандартных:

ПЭВ 1 диаметр с изоляцией D=0,095 мм

ПЭВ 1 диаметр с изоляцией D=0,260 мм


Uвх

R1

R2

Uвых

>

VD2

VD1

Rн

RЭ2

RЭ1

+Uп

R4

R3

R1

R2

>

C1

R3

R4

C2

>

R1

R3

R2

R4

C1

R1

R2

Uвх

Uвых

>

Rн

ВК

Ф1

Ф2

УМ

Rг

Uвх

-Uп

VT2

VT1

C0

Uвых

U2

U1

VD1-VD4

C0

C0

Ст

Ст

10 к

-Uп

3

7

5

4

1

6

NC

NC NCNC

-U

+U

+Uп

2

C2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21768. Расчет количества воздуха 1.55 MB
  В соответствии с 200 ПБ проветривание шахт должно быть организовано таким образом чтобы состав скорость и температура воздуха в действующих горных выработках соответствовали требованиям настоящих Правил. Расход количество воздуха для проветривания шахт должен определяться в соответствии с руководствами инструкциями утвержденными в установленном порядке. Расход воздуха подаваемого в горные выработки должен соответствовать расчетному.
21769. Исследование спектральных характеристик систем с ШИМ c выходом по переменному току 360 KB
  Задачей работы является приобретение навыков теоретического расчета фильтров импульсно-модуляционных систем при прохождении через них сигналов с ШИМ-II
21770. Компьютерная безопасность и взлом компьютерных систем 92.5 KB
  Компьютерные преступления приобрели в странах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой настолько широкое распространение, что для борьбы с ними в уголовное законодательство были введены специальные составы преступлений. Однако во всех странах мира отмечается лавинообразный рост компьютерной преступности
21771. Основы С. Быстрый старт 943.54 KB
  Освоение основ языка ANSI С, создания и практического освоения функций ввода и вывода, математических функций, написание программы по индивидуальному варианту
21772. Условный оператор if и оператор выбора switch 785.71 KB
  Задача лабораторной работы состоит в практическом освоении оператора условия и выбора, совмещения их с функциями ввода и вывода, математическими функциями в одном приложении, написание приложения по индивидуальному варианту.
21773. Система охранной сигнализации на базе оборудования «Болид» 850.38 KB
  Изучение системы охранной сигнализации на базе оборудования «Болид». Настройка тактики работы системы охранной сигнализации при помощи программы «Pprog»
21774. Разработка раздела «Фотогалерея» и создания модуля просмотра фотографий 1.31 MB
  А также добавили два новых раздела в «меню». Остался пустым раздел «Фотогалерея», состоящий из трех подразделов. Приоритетной задачей при разработке данного раздела является создание понятного интерфейса для пользователя, то есть необходимо объекты на страницы расставить таким образом
21775. Изучение системы Орион Про на базе оборудования «Болид». Настройка уровней доступа для охранно-пожарной системы при помощи программы «Pprog» 2.05 MB
  Oбследование это изучение и диагностический анализ организационной структуры предприятия его деятельности и существующей системы обработки информации. Этап предполагает тесное взаимодействие с основными потенциальными пользователями системы и бизнесэкспертами. По завершении этой стадии обследования появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее реализацию затраты на аппаратное обеспечение закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения ....
21776. Основы работы в MathCAD 186.6 KB
  Mathcad является математическим редактором, позволяющим проводить разнообразные научные и инженерные расчеты, начиная от элементарной арифметики заканчивая сложными реализациями численных методов.