6928

Расчет источников вторичного питания

Контрольная

Энергетика

Расчет источников вторичного питания Расчет трансформатора. Типовой источник электропитания содержит трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр, поэтому расчет состоит из определения параметров трансформатора, выборе диодов выпрямителя и...

Русский

2013-01-10

132.5 KB

32 чел.

Расчет источников вторичного питания

  1.  Расчет трансформатора.

Типовой источник электропитания содержит трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр, поэтому расчет состоит из определения параметров трансформатора, выборе диодов выпрямителя и нахождении емкости сглаживающего

С–фильтра.

Исходные данные:

Uc  = 380 В; U1 = 380 В; U0 = 18 В; U22  = 32 В; I0 = 3 А; I22 = 6 А; kпульс = 15 %;

1. Электрический расчет трансформатора.

а) схема трансформатора

б) определение напряжений и токов обмоток.

Напряжения вторичных обмоток трансформатора U21 и U22 зависят от схемы выпрямителя и определяются по формулам:

U21=(U0+1)/1,1;

U21= 18+1/1,1=17,27 В;

Токи вторичных обмоток трансформатора I21и I22 также зависят от схемы выпрямителя,

I21 = 2,5 ∙ I0;

I21 = 2,5 ∙3=7,5 А;

Ток первичной обмотки определяется по формуле:

I1 = I1(21)  + I1(22)

где токи I21 и I22 вычисляются по формулам:

I1(21) = 2,3 ∙ I0 ∙ U21/U1;

I1(21) = 2,3 ∙3 ∙ 17,27 / 380 = 0,31 А;

I1(22) = 0,81 ∙ I22 ∙ U22/U1;

I1(22) = 0,81 ∙ 6∙32 / 380 = 0,41 А;

Ток первичной обмотки:

I1 = 0,31 + 0,41 = 0,72 А;

в) определение габаритной мощности трансформатора.

Габаритную мощность вычисляют по формуле:

Рг = 1/2 ∙ (U1 ∙ I1+U21 ∙ I21 + U22 ∙ I22);

Рг = 1/2 ∙ ( 380 ∙ 0,72 + 17,27 ∙ 7,5 + 32 ∙ 6 ) = 297 Вт;

2. Конструктивный расчет трансформатора

Выбираем магнитопровод и определяем число витков обмоток и диаметров проводов.

а) выбор магнитопровода трансформатора.

Магнитопроводы, используемые в трансформаторах для источников вторичного электропитания, подразделяются на стержневые и броневые магнитопроводы.

Выбираю магнитопровод броневого типа (S = 1).

Выбор параметров магнитопровода производится с помощью выражения:

Qc Qo = Pг ∙ 10 2 / 2,22 ∙ fcBJηSkckm ,

где Qo - площадь окна магнитопровода, приходящаяся на обмотки одного стержня,

Qo = bh, [см2] - сечение стержня;

Qc=ac (см. рис. 2), [см2];

fc – частота питающей сети, [Гц];

В  – магнитная индукция в магнитопроводе, [Тл];

J  – плотность тока в обмотках,[ А/мм2];

η – коэффициент полезного действия трансформатора;

S – число стержней, несущих обмотки,

kc – коэффициент заполнения магнитопровода сталью,

km – коэффициент заполнения окна медью обмотки.

Qc Qo = Pг ∙ 10 2 / 2,22 ∙ fcBJηSkckm  ;

Параметры выбранного магнитопровода:

km = 0,33; В = 1,15 Тл; J =1,6 А/мм2; η = 0,95; S = 2; kc = 0,9; fc = 50 Гц;

Qc Qo = 400∙102/2,22∙50∙1,15∙1,6∙0,95∙1∙0,9∙0,33=694 см4

Магнитопровод броневого типа:  Ш 40х50.

Qo = 40 см2 ; Qс =20 см2 ; а = 4 см; b = 4 см; с = 5 см; h = 10 см.

б) определение чисел витков обмоток и диаметров проводов.

Числа витков находятся по формулам:

W1 = E 1∙ 10 4 / 4,44 ∙ fcBQckc ,

Е1 ≈ 0,95 ∙ U1 = 0,95 ∙ 380 = 361;

W2 = W1 E 2 / E 1 ;

Е2 ≈ 1,05 ∙ U2 = 1,05∙32 = 33,6.

W1 = 361∙104/4,44∙50∙1,15∙20∙0,9 =785,5;

W2 = 785,5∙33,6/361 = 73;

Диаметр проводов обмоток (без изоляции),[мм], находятся по формуле:

d = 1,13 ∙  ;

d = 1,13 ∙  = 1,13 ∙ 1,37 = 1,5481 мм.

Стандартный диаметр: d = 1,6 мм.

Проверка коэффициента заполнения окна медью km (при этом km не должно превышать 0,3):

km =8∙10–3d1W1 + d2W2/ Qo

km =8∙10–3∙ (1,5481∙785,5+1,6∙73)/40 ≈ 0,2666.

2.  Расчет выпрямителя с емкостным фильтром.

Схема выпрямителя однополупериодная:

1. Исходные данные для расчета выпрямителя:

m = 1;

Iпр.ср. = I0 = 3 А;

Uобр.и. = 3 ∙ U0 = 3 ∙ 18=54 В;

Iпр.и. = 7 ∙ I0 = 7 ∙ 3 = 21 А;

kR = 2,3;

kL ∙ 10–2 = 4,1;

R’ = Rдиф + RT ;

Р2 = 2,15 ∙ I0 U0 = 2,15 ∙ 3 ∙18 = 116,1 ВА.

2. Из справочника выбираю диоды по параметрам Iпр.ср.  Uобр.и.  и Iпр.и.

И по условиям: Uобр.и. < Uобр.макс.  и Iпр.и. < Iпр.ср.макс.диода.

Электрические параметры выбранного диода:

Uпр. = 1,35 В;          Iобр.  =   4 мА;

Uобр.макс. = 120 В;    Iпр.ср.макс. = 25 А;

3. Для определения емкости фильтра рассчитываются параметры:

– дифференциальное сопротивление диода:

RдифUпр. / 3∙ Iпр.ср.макс

– сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке:

RT  RT  / 2 ∙ (1+Р2г)

где P2 – полная мощность вторичной обмотки для рассчитываемого выпрями; РГ  – габаритная мощность трансформатора; RT  – сопротивление, рассчитываемое по формуле:

RT kRUо/ IоfcB

где kR – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя; S – число   стержней   трансформатора.

RT  ≈ 2,3∙18/3∙50∙1,15∙ = 0,244;

RT  ≈ 0,244/2∙(1+116,1/400) = 0,157;

Rдиф ≈ 1,35/3∙25 = 0,018;

R’ = Rдиф + RT = 0,018 + 0,157 = 0,175

– индуктивность   рассеивания    обмоток   трансформатора,   приведений

вторичной обмотке,

Ls  Ls/2 (1+Р2г);

где Ls - индуктивность рассеивания, рассчитывается по формуле

Ls  kL SUо/(p-1)2IоfcB;

Ls  ≈ 410∙1∙18/(2-1)2 ∙3∙50∙1,15 ∙ = 42,1259;

Ls  ≈ 42,1259 / 2 ∙ (1+ 116,1/400) = 27,1;

Определяем угол φ , характеризующий соотношение между индуктивными и активными сопротивлениями выпрямителя:

φ = arctg 2πfc Ls  / R’;

φ = arctg 2∙3,14∙50∙27,1/0,175 = 89º.

Определяется основной расчетный коэффициент

 

Ао  = Iо R’/mUо;  где m - число фаз выпрямителя;

Ао  = 3∙0,175/1∙18 = 0,03;

В зависимости  от значений Ао, φ и m =1  находятся коэффициент Но (m).

Но (m) = 600.

4. По известным коэффициентам Но , R’и заданному коэффициенту пульсаций kпульс = 15 %  определяется емкость фильтра:

Со = Но (m)/ R’∙ fc kпульс ;

Со = 600/0,175∙50∙15 = 4,75 мкФ.

3. Заключение.

Трансформаторы находят самое широкое применение. Существует много их типов, различающихся как по назначению, так и по выполнению. Здесь в первую очередь следует выделить группу силовых трансформаторов, используемых при передаче и распределении электроэнергии, производимой на электростанциях.

Централизованное производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Реальное использование дешевой электрической энергии непосредственно у потребителей, находящихся на значительном удалении, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточенных на территории страны, требует при этом создания сложных разветвленных электрических сетей.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти- шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Необходимость распределения энергии между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой следующей ступени  с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этих причин общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, превышает общую генераторную мощность.

Список используемой литературы.

  1.  Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоиздат. – 1983. – 743с.
  2.  Электротехника и электроника: учебник для вузов / О.В. Григораш, Г.А. Султанов, Д.А. Нормов. – Ростов н/Д:Феникс; Краснодар: Неоглори, 2008. – 462 с.:ил.
  3.  Мазель К.Б. Трансформаторы электропитания. – М.: Энергоиздат. – 1982. – 60с.
  4.  Диоды и тиристоры: Справочник / Под ред. А.А. Чернышова. – М.: Энергия. – 1976. – 197с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11126. Основы теории напряженного состояния 1.08 MB
  Основы теории напряженного состояния. Напряжения в точке. Если мысленно вырезать вокруг какойнибудь точки тела элемент в виде бесконечного малого кубика то по его граням в общем случае будут действовать напряжения представленные на рис. 3.1. Совокупность нормальных...
11127. Теории прочности. Чистый сдвиг 786 KB
  Теории прочности. Чистый сдвиг Теории прочности. Важнейшей задачей инженерного расчета является оценка прочности элемента конструкции по известному напряженному состоянию. Для простых видов деформаций в частности для одноосных напряженных состояний определение з...
11128. Кручение. Кручение бруса некруглого сечения 911.5 KB
  Кручение. Кручение бруса некруглого сечения. Кручение прямого круглого бруса. Деформация кручения вызывается парами сил плоскости действия которых перпендикулярны к оси стержня. Поэтому при кручении в произвольном поперечном сечении стержня из шести внутренних сил
11129. Чистый изгиб. Поперечный изгиб 623 KB
  Чистый изгиб. Поперечный изгиб. Общие понятия. Деформация изгиба заключается в искривлении оси прямого стержня или в изменении начальной кривизны прямого стержня рис. 6.1. Ознакомимся с основными понятиями которые используются при рассмотрении деформации изгиба. С
11130. Полный расчет балок на прочность при изгибе. Дифференциальное уравнение изогнутой оси 704 KB
  Полный расчет балок на прочность при изгибе. Дифференциальное уравнение изогнутой оси Касательные напряжения при изгибе. Присутствие поперечных сил при поперечном изгибе свидетельствует о наличии в поперечном сечении касательных напряжений. ...
11131. Определение перемещений при изгибе методом начальных параметров. Определение перемещений в балках переменного сечения 396 KB
  Определение перемещений при изгибе методом начальных параметров. Определение перемещений в балках переменного сечения Определение перемещений при изгибе методом начальных параметров Определение перемещений методом непосредственного интегрирования дифференциаль...
11132. Определение перемещений в упругих системах. Общие понятия 632 KB
  Определение перемещений в упругих системах. Общие понятия Обобщенные силы и перемещения Ранее нами были рассмотрены некоторые частные способы определения перемещений удобные при решении простейших задач. Начало возможных перемещений и закон сохранения энергии по...
11133. Определение перемещений в упругих системах. Метод мора. Способ верещагина 518 KB
  Определение перемещений в упругих системах. Метод мора. Способ верещагина. Метод Мора Рассмотрим произвольную плоскую стержневую систему нагруженную заданными силами рис. 2.3.1. Усилия в произвольном сечении обозначим через . Пусть требуется определить перемещени
11134. Статическая неопределимость. Построение внутренних силовых факторов для плоских рам 606.5 KB
  Статическая неопределимость. Построение внутренних силовых факторов для плоских рам. Статическая неопределимость. С простыми статически неопределимыми системами мы уже сталкивались при расчете статически неопределимых стержней работающими на чистое растяжениес