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

30 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

38915. Исследование процесса квантования по уровню случайных последовательностей 137.5 KB
  Цель работы Исследование способов моделирования процесса квантования по уровню последовательностей непрерывных случайных величин. Приобретение практических навыков определения статистических характеристик последовательностей дискретных случайных величин и шумов квантования. При квантовании по уровню диапазон возможных изменений функции интервал Xmin Xmx разбивается на m интервалов квантования: qk=zk–zk1 k=1 2 m где z0=Xmin z1 zm1 zm=Xmx.
38916. Исследование способов Моделирования стационарных случайных процессов с разной степенью дифференцируемости 180.5 KB
  Краткие теоретические сведения Распределение энергии случайного процесса по гармоническим составляющим описывается его спектральной плотностью спектром Sw где w=2πf круговая частота. В зависимости от временной структуры процесса этот спектр может принимать различную форму. Следовательно характер распределения энергии процесса по спектру связан со степенью гладкости самого процесса и может быть использован для ее оценки. Известно что спектр процесса однозначно связан с его корреляционной функцией Bτ парой преобразований Фурье...
38917. Исследование способов Моделирование стационарных случайных процессов с заданными статистическими свойствами 181.5 KB
  В настоящей работе такой моделью является модель случайного стационарного процесса с заданными статистическими свойствами описываемыми его корреляционной функцией и спектральной плотностью В соответствии с теорией сформировать случайный процесс с заданной корреляционной функцией можно в частности следующим образом.01; интервал дискретизации t=0 : Ts : 20; вектор моментов времени x1=rndn1 lengtht; белый шум...
38918. Исследование способов ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ в программной среде curveexpert 1.3 236 KB
  Цель работы Исследование возможностей приложения CurveExpert для обработки и анализа экспериментальных данных. Получение практических навыков по аппроксимации данных различными моделями поиску наилучшей модели созданию собственных моделей. Получение практических навыков по анализу полученной модели получение дополнительных сведений о исследуемых данных и их моделях.
38919. Исследование способов интерполяции случайных стационарных процессов с разной степенью дифференцируемости 152 KB
  Цель работы Численное исследование погрешности интерполяции случайных стационарных процессов имеющих заданное количество производных. Экспериментальное определение погрешности интерполяции негауссовских процессов сопровождаемых аддитивным шумом. Такое восстановление непрерывного процесса по его дискретным отсчетам носит название интерполяции.
38920. Исследование Свойств энтропии одиночных отсчетов случайных последовательностей 107 KB
  Цель работы Численное определение величины энтропии последовательностей дискретных случайных величин. Краткие теоретические сведения Согласно классической теории информации минимальное количество данных на один отсчет необходимых при идеальном кодировании дискретной случайной величины X определяется распределением вероятностей этой величины Pxi. Квантование непрерывной случайной величины преобразует эту величину в дискретную. Очевидно что полученный при этом результат будет зависеть как от плотности распределения вероятностей...
38921. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.4 MB
  В каждом узле присутствует 2 степени свободы: X –перемещение вдоль оси X; Z – перемещение вдоль оси Z. В каждом узле присутствует 3 степени свободы: X –перемещение вдоль оси X; Z – перемещение вдоль оси Z; UY – поворот вокруг оси Y. В каждом узле присутствует 3 степени свободы: Z – перемещение вдоль оси Z; UX – поворот вокруг оси X; UY – поворот вокруг оси Y. В каждом узле присутствует 3 степени свободы: X – перемещение вдоль оси X; Y – перемещение вдоль оси Y; Z – перемещение вдоль оси Z.