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

43 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

74800. Адиабатическое дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона 57.5 KB
  Подобный процесс но с реальным газом адиабатическое расширение реального газа с совершением внешними силами положительной работы осуществили английские физики Дж. После прохождения газа через пористую перегородку в правой части газ характеризуется параметрами...
74801. Физика как наука. Основные разделы, этапы развития. Связь с философией и техникой 32 KB
  Физика – наука о наиболее простых и общих формах движения материи и их взаимных превращениях. Физика и ее законы лежат в основе всего естествознания. Она относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений и процессов в окружающем нас мире.
74803. Механика и ее разделы. Кинематика вращательного движения материальной точки. Связь между векторами линейных и угловых скоростей и ускорений 74 KB
  Вращательным движением абсолютно твердого тела называют такое движение при котором все точки тела движутся в плоскостях перпендикулярных к неподвижной прямой называемой осью вращения и описывают окружности центры которых лежат на этой оси роторы турбин генераторов и двигателей.
74804. Первый закон Ньютона. Инерция, масса. Инерциальные системы отсчета. Механический принцип относительности. Преобразование координат Галилея. Теорема сложения скоростей и независимость массы от скорости в классической механике 58.95 KB
  Механическое движение относительно и его характер зависит от системы отсчета. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета а те системы по отношению к которым он выполняется называются инерциальными системами отсчета.
74805. 2 и 3 законы Ньютона. Связь с 1 законом. Импульс, сила, импульс силы 34.5 KB
  Импульс сила импульс силы второй закон Ньютона: ускорение приобретаемое материальной точкой телом совпадает по направлению с действующей на нее силой и равно отношению этой силы к массе материальной точки.
74806. Закон сохранения импульса. Принцип реактивного движения. Уравнения Мещерского и Циолковского 65.5 KB
  Таким образом, уравнение движения тела переменной массы имеет следующий вид: (2.13) Уравнение (2.13) называется уравнением И.В. Мещерского. Применим уравнение (2.12) к движению ракеты, на которую не действуют никакие внешние силы.
74807. Работа переменной силы. Кинетическая, потенциальная энергии 144.5 KB
  Кинетической энергией называют механическую энергию всякого свободно движущегося тела и измеряют ее той работой, которую могло бы совершить тело при его торможении до полной остановки.
74808. Закон сохранения энергии в механике. Консервативные, диссипативные системы. Примеры 26 KB
  В замкнутой системе тел, силы взаимодействия между которыми консервативны (потенциальны), отсутствуют взаимные превращения механической энергии в другие виды энергии. Такие системы называются замкнутыми консервативными и для них справедлив закон сохранения энергии...