64647

Система управления топливоподачей транспортного дизель-генератора: Блок питания управляющего устройства

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Иногда используются и другие схемы например в выпрямителях с удвоением напряжения. Основными элементами на которых построен блок питания в данном курсовом проекте являются: трансформатор; диодный мост; интегральный...

Русский

2015-08-30

3.98 MB

6 чел.

КОЛОМЕНСКИЙ ИНСТИТУТ(ФИЛИАЛ) МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА (МАМИ)

Коломенский институт (филиал)

Кафедра АПиИТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по электронике

          

Система управления топливоподачей транспортного дизель-генератора: Блок питания управляющего устройства

Пояснительная записка

   Выполнил: студент гр. УТС-32 Воронченко К.В.

 Руководитель проекта:  доцент Кузин В.Е.

Коломна

2014

  

                 Оглавление

Введение ………………………………………………………………………………………………………………………  3

  1.  Техническое задание …………………………………………………………………………………  4

      1.1 Электрическая функциональная схема блока питания  5

2. Оценка КПД компенсационных стабилизаторов и габаритной

мощности силового трансформатора ………………………………………………………  5

 2.1 КПД компенсационных стабилизаторов …………………………………  5

 2.2 Габаритная мощность …………………………………………………………………………  7

 2.3 Расчет мощности, рассеиваемой регулирующими

 транзисторами ……………………………………………………………………………………………………  7

 2.4 Расчет абсолютного коэффициента стабилизации схем 8

 2.5 Расчет необходимого коэффициента усиления схем

 усилителей ……………………………………………………………………………………………………………… 9

  1.  Выбор и расчет элементов электрической принципиальной

схемы ………………………………………………………………………………………………………………………………… 10

 3.1 Регулирующий элемент ………………………………………………………………………… 10

 3.2 Усилитель постоянного тока ………………………………………………………… 11

 3.3 Расчёт выходного сопротивления ……………………………………………… 12

 3.4 Расчет и выбор элементов схемы защиты от перегрузок  

 по току………………………………………………………………………………………………………………………… 13

4. Расчет и выбор конденсаторов сглаживающего фильтра … 16

5. Выбор силового трансформатора ………………………………………………………… 16

6. Расчет и оптимизация конструкции охладителей для

силовых транзисторов ………………………………………………………………………………………… 17

7. Выводы и заключения …………………………………………………………………………………… 20

 Литература ……………………………………………………………………………………………………………… 21

 Приложение 1 ………………………………………………………………………………………………………… 22

 Приложение 2 ………………………………………………………………………………………………………… 23

 Приложение 3 ………………………………………………………………………………………………………… 24

 Приложение 4 ………………………………………………………………………………………………………… 25

 Приложение 5 ………………………………………………………………………………………………………… 26

                                               Подпись    Дата

 Разраб.          Воронченко К.В.

 Консульт.

 Рук. пр.          Кузин В.Е.

 Нормокон

 Зав.каф         Липатов А.М.

ФИЭ.УТС.1111138

Блок питания управляющего

устройства. Пояснительная записка

              КИ (ф) МГМУ

Лист  2                    Листов 26

 

                         ВВЕДЕНИЕ

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменное напряжение сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданное постоянное напряжение.

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное. В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания. Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Основными элементами, на которых построен блок питания в данном курсовом проекте, являются:

- трансформатор;

- диодный мост;

- интегральный стабилизатор напряжения;

- усилительный каскад.


Лист

3


1. Техническое задание

Напряжение на выходе первого канала электронного блока питания

(ЭБП):

Напряжение на выходе второго канала ЭБП:

Номинальный ток нагрузки первого канала ЭБП:

Номинальный ток нагрузки второго канала ЭБП:

Нестабильность входного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность входного напряжения второго канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения второго канала ЭБП:

Уровень пульсации на выходе первого канала ЭБП:

Уровень пульсации на выходе второго канала ЭБП:

Максимальная температура окружающей среды:

Минимальная температура окружающей среды:

Лист

4


1.1 Электрическая функциональная схема блока питания

(См. приложение 2).

  Схема включает следующие блоки:

   А1-силовой трансформатор;

   А2,А6-выпрямители с фильтрами;

   А3,А7-регулирующие транзисторы;

   А4,А8-усилители постоянного тока;

    А5,А9-датчики обратной связи, совмещающие функции

   задатчиков выходного  напряжения.

2. Оценка КПД компенсационных стабилизаторов и габаритной мощности силового трансформатора

2.1 КПД компенсационных стабилизаторов

Рассчитывается минимальное значение входного напряжения схемы:

где Uрэ.min  -минимальная разность потенциалов между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора, обеспечивающая его работу в нормальном активном режиме, Uvд - падение напряжения на диоде выпрямителя.

Для кремниевых транзисторов величина Uрэ.min  не превышает 4В, а в кремниевых выпрямительных диодах малой и средней мощности прямое падение напряжения не превышает 1В.

Лист

5


Uрэ.min1 = 4 В,

Uрэ.min2  = 4 В,

Uvд = 1 В,

Uвых1 = |Uвых1|;

Uвх1.min = Uвых1 + Uрэ.min1 + 2* Uvд ,

Uвх1.min = 18.6 В.

Uвх2.min = Uвых2 + Uрэ.min2 + 2* Uvд ,

Uвх2.min =11 В.

Рассчитывается номинальное значение входного напряжения схемы:

  Uвх1.nom = 20.46 В;

  Uвх2.nom = 12.1 В.

Первоначально оценивается КПД схем компенсационных стабилизаторов последовательного типа. Расчет КПД проводим с учетом потерь на диодах выпрямителя:


Лист

6


2.2 Габаритная мощность

Рассчитывается габаритная мощность силового трансформатора.

Задаемся КПД трансформатора порядка 80%:

 

Рвх1.nom = Uвх1.nom * Iн1 ,

Рвх1.nom = 10.23 Вт;

Рвх2.nom = Uвх2.nom * Iн2 ,

Рвх2.nom = 48.4 Вт;

 

Ртр = 90.144 Вт.

2.3 Расчет мощности, рассеиваемой регулирующими транзисторами

Рассчитывается максимальное входное напряжение подаваемое на вход

стабилизатора:

Uвх1.max = Uвх1.min*(1+Uвх1.отн),

Uвх1.max = 22.32 В;

Uвх2.max = Uвх2.min*(1+Uвх2.отн),

Uвх2.max = 13.2 В.

Рассчитывается максимальное падение напряжения на регулирующих

элементах:

Uрэ1.max = Uвх1.maxUвых1 – 2Uvд ,         Uрэ1.max = 7.72 В;

Uрэ2.max = Uвх2.maxUвых2 – 2Uvд ,         Uрэ2.max = 6.2  В.

Лист

7


Рассчитывается максимальная мощность рассеиваемая на регулирующих

элементах:

Ррэ1.max = Uрэ1.max*Iн1,                  Ррэ1.max = 3.86 Вт,

Ррэ2.max = Uрэ2.max*Iн2,                  Ррэ1.max = 24.8 Вт,

2.4 Расчет абсолютного коэффициента стабилизации схем

Определяется величина входного напряжения:

Uвх1 = Uвх1.nom – 2Uvд ,

Uвх1 = 18.46  В;

Uвх2 = Uвх2.nom – 2Uvд ,

Uвх2 = 10.1 В.

Определяется относительный коэффициент стабилизации каналов:


Кст1 = 20 ,

 Кст2 = 20 .

Абсолютный коэффициент стабилизации:

 kст1 = 29.302 ;

 kст2 = 40.4 .

Лист

8


2.5 Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей

 Поскольку датчики А5, А9 используются для коррекции выходного

напряжения стабилизаторов, то их коэффициенты передачи могут

изменяться в пределах: , ,

Задаётся минимальное значение этого коэффициента:

 Простейшие схемы компенсационных стабилизаторов имеют Кп.вх,

незначительно отличающийся от единицы. Принимается: Кп.вх = 1.

 Коэффициент усиления регулирующего элемента, который в

большинстве случаев включается по схеме ОК, также близок

к единице. Принимается:  Кур = 1.

 Таким образом:

  Ку1 = 40.431;

  Ку2 = 56.286.

 При расчете зададимся: Ку1 = 40, Ку2 = 56.

 Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей

проводится по формуле для определения коэффициента стабилизации:

  kст1 = 29 ;

  kст2 = 40.2

Лист

9


 

где Ку - искомый коэффициент усиления УПТ;

Kд -коэффициент передачи датчика выходного напряжения, совмещающего функции корректора Uвых;

Kур -коэффициент усиления по напряжению регулирующего элемента;

Kп.вх -коэффициент передачи входного напряжения напрямую через регулирующий элемент.

Итак, получены все данные для выбора и расчета элементов электрической принципиальной схемы стабилизаторов. Целесообразно начать расчет схемы с большим значением Kу.

3. Выбор и расчет элементов электрической принципиальной схемы

3.1 Регулирующий элемент

Рассчитывается необходимый коэффициент передачи тока регулирующих транзисторов. Для этого задаемся базовым током транзистора Iб.рэ в диапазоне 50...150 мА. Тогда:

 А;

А;

Так как < 100, то достаточно использовать один транзистор.

Максимально - допустимый ток коллектора выбранных транзисторов должен превышать ток нагрузки в 1,5...2 раза. Предельно - допустимое напряжение на коллекторе также должно быть выше максимального входного напряжения регулирующего элемента как минимум в 1,5 раза.

Лист

10


 

VT1:                VT2:

КТ819Г              КТ819АМ

N-P-N               N-P-N

Ikmax=10 А           Ikmax =10 А

β=12-225            β=15-225

Ukmax=80 В            Ukmax=40 В

Rп=1.67 С/Вт         Rп=1 C/Вт

3.2 Усилитель постоянного тока

Основные требования к УПТ - обеспечение заданного коэффициента усиления по напряжению, а также высокой температурной стабильности этого коэффициента и положения исходной рабочей точки.

Расчет резисторов R1, R2, R3.

Рассчитаем резистор R2.

,

;

,

 

Рассчитаем резистор R1.

Резистор R2 рассчитывается из следующего условия: 

  175 Ом;

 

Рассчитаем резистор R4.

Лист

11


3.2.1 Расчет резисторов R4, R5, R6.

,

;

R4-R10 = 13.33∙103 Ом,

R5-R11 = 26.67∙103 Ом,

R6-R12 = 93.33∙103 Ом.

3.3 Расчёт выходного сопротивления

Выходное сопротивление схемы компенсационного стабилизатора напряжения примерно в Kу≈Kст раз меньше, чем выходное сопротивление регулирующего элемента:

Лист

12


Выходное сопротивление регулирующего элемента при холостом ходе:

Выходное сопротивление регулирующего элемента при номинальной нагрузке:

1.422 Ом ;

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора:

0.04 Ом;

 

3.4 Расчет и выбор элементов схемы защиты от перегрузок по току

Рассчитаем мощность, рассеиваемую резисторами R1-R3:

Лист

13


0.017 Вт ;

     

     Вт.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую резисторами R4-R6:

Найдем ток, протекающий через делитель первого и второго каналов:

Рассчитаем мощность, рассеиваемую каждым резистором делителя (для обоих каналов):

,

,

Лист

14


,

,

,

,

 В соответствии с полученными данными выбираем следующие

сопротивления:

 R1: С2-33-1Вт 175 Ом(Δ5%)

 R7: С2-33-0,5Вт 37.5 Ом(Δ5%)

 R2: С2-33-0,125Вт 3,5 кОм(Δ5%)

 R8: С2-33-0,125Вт 0,75 кОм (Δ5%)

 R3: С2-23-0.5Вт 1,18 Ом(Δ5%)

 R9: KNP-100-1Вт 0,1 Ом(Δ5%)

 Для двух каналов выбираем R4=R10, R5=R11, R6=R12.

 R4-10: С2-33-0,125Вт 13.3 кОм(Δ1%)

 R5-11: С2-33-0,125Вт 26.6 кОм(Δ1%)

 R6-12: С2-33-0,125Вт 93.3 кОм(Δ1%)

4. Расчет и выбор конденсаторов сглаживающего фильтра

Лист

15


 Для обеспечения рассчитанной ёмкости установим следующие

конденсаторы:

1 канал: К50-35 С11=10000 мкФ 50 В.

2 канал: К50-77  С12=80000 мкФ 25 В.

Также в схеме используются следующие конденсаторы:

С2=0.1 мкФ К10-17Б H90

С3=10 мкФ К10-19

5. Выбор силового трансформатора

В качестве силового трансформатора берётся специально разработанный для применения в сетевых источниках питания полупроводниковой аппаратуры ТПП.

Выбран трансформатор Т1 ТПП294-127/220-50, мощностью 110Вт с током вторичной обмотки 4.85 А.

Напряжения на обмотках равны:

U11-12= 5 В

U13-14= 5 В

U15-16= 1.46 В

U17-18= 5 В

U19-20= 5 В

U21-22= 1.46 В

Для получения необходимого напряжения соединяем следующие обмотки:

1 канал: последовательно U11-12 , U13-14, U17-18, U19-20;   

 U1 = 20 В, I1 = 4.85 А.

2 канал: последовательно U17-18, U19-20, U21-22;

 U2 = 11.46 В, I2 = 4.85 А.

Выбор предохранителя

В качестве предохранителей выбираем плавкие предохранители FU1, FU2 типа ПМ1-1-2А.

Лист

16


Выбор диодов в схеме.

Диодные мосты:

,         UДобр1= 37.8 В;

,    UДобр2= 15 В.

Среднее значение тока текущего по выпрямительным диодам:

,  IДср1 = 0.25 А;

,     IДср1 = 2 А.

1 канал-VD1-VD4 КД243А Uобр = 50 В.

Iср.пр= 1 А.

2 канал-VD5-VD8 КД202А Uобр = 50 В.

Iср.пр= 5 А.

Диоды над регулирующими транзисторами:

VD9-VD10 Д219С Uобр=70 В.

Iср.пр=50 мА.

6. Расчет и оптимизация конструкции охладителей для силовых

транзисторов

1 канал:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Tpn, C= 125.000

Tcp, C= 50.000

Rpk, C/Вт= 1.670

Rko, C/Вт= 1.110

Pvt, Вт= 3.860

Ho, мм= 24.800

L, мм= 45.306

L1, мм= 70.000

d, мм= 2.500

n, шт= 10.000

Лист

17

b, мм= 5.000

d1, мм= 5.000

Pmax, Вт= 26.978

Rocd, C/Вт= 6.477

Roc, C/Вт= 5.905

Pohl, Вт= 4.234

Tohl, C= 72.793

S, мм2= 31207.520

V, мм3=43946.580

G, г= 120.853

L1min, мм= 40.000

L1max, мм= 90.000

Homin, мм= 20.000

Homax, мм= 30.000

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОХЛАДИТЕЛЯ

Vopt, мм3= 37407.450

L1opt, мм= 53.000

Hopt, мм= 29.000

bopt, mm= 4.714

nopt, шт= 8.

Gopt, г= 102.870                        

2 канал:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Tpn, C= 125.000

Tcp, C= 50.000

Rpk, C/Вт= 1.000

Rko, C/Вт= 0.446

Pvt, Вт= 24.800

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Ho, мм= 34.000

L, мм= 141.559

L1, мм= 179.000

d, мм= 2.500

n, шт= 20.000

Лист

18


b, мм= 6.789

d1, мм= 5.000

Pmax, Вт= 51.867

Rocd, C/Вт= 1.008

Roc, C/Вт= 0.924

Pohl, Вт= 27.068

Tohl, C= 72.905

S, мм2=249803.400

V, мм3=367344.800

G, г= 1010.198

L1min, мм= 90.000

L1max, мм= 200.000

Homin, мм= 20.000

Homax, мм= 40.000

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОХЛАДИТЕЛЯ

Vopt, мм3= 333936.100

L1opt, мм= 145.000

Hopt, мм= 40.000

bopt, mm= 7.000

nopt, шт= 16.

Gopt, г= 918.324

По полученным результатам делается радиатор. Общий вид радиаторов для транзисторов VT1, VT2 приведен в приложении.

Лист

19


7. Выводы и заключения

В результате выполнения курсового проекта было решено несколько задач:

- во-первых, был выбран по требуемой мощности понижающий трансформатор. Он был выбран по методическим указаниям: выбран трансформатор ТПП294-127/220-50, мощностью 110 Вт и током вторичной обмотки 4.85 А.

- во-вторых, были выбраны диоды, на которых строятся диодные мосты. Для канала с положительным напряжением выбираем выпрямительный диод КД243А, а для канала с отрицательным напряжением - КД202А.

- в-третьих, были выбраны схемы интегральных стабилизаторов напряжения, которые обеспечивают необходимую стабилизацию входного напряжения. Для канала с положительным и отрицательным напряжением выбираем КРЕН1В.

- в-четвёртых, были выбраны силовые регулирующие элементы (силовые транзисторы) обеспечивающие рассчитанный коэффициент усиления. Для канала с положительным напряжением выбираем КТ819Г, а для другого канала выбираем КТ819АМ. Также был произведен расчёт и оптимизация конструкции охладителей силовых транзисторов.

Все элементы были выбраны из справочников с запасом, чтобы предотвратить повреждения блока при случайном увеличении тока или напряжения.

Расчет охладителей регулирующих элементов производился программой. Получены охладители массой G1=102.87 г. и G2=918.324 г.

Итогом этого курсового проекта можно считать рассчитанную и полученную схему двух канального блока питания управляющего устройства, вырабатывающего следующие напряжения: +12.6 В и -5 В.

Лист

20


Литература

  1.  Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник -2-е изд., стереотип.- А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др.: Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, КУбК-а 1994. -640 с.: ил.
  2.  Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры. - Справочник.-/ В.И. Галкин, А.Л. Булычев, П.М. Лямин.- Мн.: Беларусь, 1994.-347 с.
  3.  Резисторы: (справочник) / Ю.Н. Андреев, А.И. Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И.И. Четверткова.- М.: Энергоиздат, 1981.-352 с., ил.
  4.  Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.; Под ред. Г.С. Кучинского.- М. :Энергоатомиздат, 1987.-656с.: ил.

Лист

21

Приложение 1

Зона

Поз.

обозн

Наименование

Кол.

Примечание

Конденсаторы

C1

К50-35 10000 мкФ

1

C2,C5

К10-17Б H90 0.1 мкФ

2

C3,C6

К10-19 10 мкФ

2

C4

К50-77 80000 мкФ

1

Резисторы

R1

С2-33-1Вт 175 Ом

1

R2

С2-33-0,125Вт 3,5

1

R3

С2-23-0.5Вт 1,18 Ом

1

R4,R10

С2-33-0,125Вт 13.3 кОм

2

R5,R11

С2-33-0,125Вт 26.6 кОм

2

R6,R12

С2-33-0,125Вт 93.3 кОм

2

R7

С2-33-0,5Вт 37.5 Ом

1

R8

С2-33-0,125Вт 0,75 кОм

1

R9

KNP-100-1Вт 0,1 Ом

1

Трансформаторы

TU1

ТПП294-127/220-50

Диоды

VD1-VD4

КД243А

4

VD5-VD8

КД202А

4

VD9,VD10

Д219С

2

Транзисторы

VT1

КT819Г

1

VT2

КT819AM

1

Предохранители

FU1,FU2

ПМ1-1-2А

2

Усилитель постоянного тока

DA1,DA2

КРЕН1В

2

                                               Подпись    Дата

 Разраб.          Воронченко К.В.

 Консульт.

 Рук. пр.          Кузин В.Е.

 Нормокон

 Зав.каф         Липатов А.М.

ФИЭ.УТС.1111138

Блок питания управляющего

устройства. Перечень элементов к электрической принципиальной схеме.

              КИ (ф) МГМУ

Лист  22                   Листов 26

 

             

                                                   

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3089. Раскрытие особенностей малого и среднего бизнеса в регионе Казахстана 100.27 KB
  В приоритетных направлениях развития общества, поставленных Президентом страны Н. Назарбаевым в своих Посланиях народу Казахстана, центральное место занимает экономический рост, базирующийся на открытой рыночной экономике и реальной конкуре...
3090. Влияние продуктов сгорания углеводородов на экосферу 38.8 KB
  Введение Экосфера - биотоп биосферы; совокупность свойств Земли как планеты, создающих условия для развития жизни. Пространственно экосферы включает в себя тропосферу, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Интенсивное развитие энергетики, промыш...
3091. Классификация и функции социальной роли человека 36.41 KB
  Актуальность исследования. В наше время прогресса человечество становится все более  высокоразвитым сообществом с развитой социальной структурой. Но перед обществом, как и раньше, встают различные трудные и важные проблемы. Вста...
3092. Транспортный налог 30.57 KB
  Общие положения Транспортный налог был введен в действие 1 января 2003 года, он взимается с владельцев зарегистрированных транспортных средств в местный бюджет, так как относится к региональным налогам. Величина налога, порядок и сроки его уплаты...
3093. Вступление Республики Казахстан в ВТО. Проблемы и перспективы 97.09 KB
  Республика Казахстан, как одна из самых быстроразвивающихся стран СНГ, а также страна, владеющая большими запасами стратегических ресурсов, не может оставаться в стороне от расширяющейся мировой интеграции. В последние несколько лет руковод...
3094. Выбор валютно-финансовых условий внешнеторговых контрактов 42.27 KB
  Развитие стран мирового сообщества характеризуется постоянным расширением их взаимных хозяйственных связей. Этот процесс привел к созданию международной экономики - многогранного и сложного явления, выражающего высший этап развития обществе...
3095. Тепловые пункты 29.84 KB
  Тепловые пункты подразделяются на: - индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок одного здания или его части, центральные тепловые пункт...
3096. Оценка чистой текущей стоимости 61.09 KB
  Задача №1 «Оценка чистой текущей стоимости» Предприятие рассматривает инвестиционный проект - приобретение новой технологической линии. Стоимость линии 14 тыс. усл. ден. ед. Срок эксплуатации 5 лет. Износ на оборудование начисляется исходя из норм 2...
3097. Химия радиоматериалов 98.06 KB
  Химия радиоматериалов. Определить падение напряжения в линии электропередач длиной L при температуре То1, То2 , То3, если провод имеет сечение S и по нему течет ток I. Дано Материал – Cu То1=-30C То2=0 То3=+30C L=500км S=30мм2 I=250А Найти...