Расчет источника вторичного электропитания

UVD1 = 0,1Uвх max = 0,1·6,11 = 0,611 В

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры:

Стабилитрон 2С119А

IVD1 = 5·10-3 А

RVD1 = 15 Ом

 

Определяем начальные данные для выбора транзистора VT1

Рассчитываем ток коллектора транзистора VT1

Iк1 =  Iк4 + Iб2 = 3·10-3 + 0,005 = 8·10-3 А

 

Находим напряжение коллектор-эмиттер VT1

Uк1max = Uвхmax - UVD1 + Uк4max - UVD2= 6,11 – 0,611 + 3,4 – 3,5 = 5,4 В

 

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1

Pк1 = Iк1· Uк1max  = 0,04 Вт

 

По полученным значениям Uк1max, Iк1, Pк1 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора: КТ313Б

Допустимый ток коллектора, Iк доп 350·10-3А

Допустимое напряжение коллектор-эмиттер, Uк доп 30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Pпред 0,3 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э1 min  50

 

Рассчитываем основные параметры составного транзистора:

Входное сопротивление транзистора:

h11э ск = h11э2 + h11э3 = 60 + 3·60 = 240 Ом

 

Коэффициент передачи напряжения транзистора

μск = μ2 μ3 /(μ2 + μ3) = 45,4·3/(45,4 +3 ) = 2,8

 

Выходное сопротивление транзистора

Rвых тр = μск h11э ск/ h11э2min h21Э3 min = 3,7 Ом

 

Коэффициент усиления напряжения усилителя

Ku = 0,7 h21Э4 min/( h21Э1min + h21Э4 minrVD2) = 51,3

 

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе:

Кст = μск KUUн/Uвх = 98

ΔUвых  = ΔUвх/μск KU =31·10-4

 

Рассчитываем коэффициент пульсаций:

Kп = ΔUвых·100/ Uвх = 0,061

 

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

Кст = 98 < Кст зад = 100

Kп = 0,061 > Kп зад = 0,061

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

 

2. . Расчет выпрямителя и сглаживающего фильтра для питания электронного стабилизатора напряжения по постоянному току.

 

В качестве выпрямителя используется однофазная мостовая схема выпрямления, а так как мощность выпрямительного устройства не более 10 Вт, то выбираем Г-образный RC-фильтр (с емкостной реакцией нагрузки).

Питание первичной цели – напряжение 220,0 вольт, промышленной частоты fс=50,0 Гц.

 

В качестве статического электромагнитного аппарата используется    трансформатор.

Стабилизатор напряжения по постоянному току – электронный стабилизатор.

 

 

Рис. Схема стабилизатора напряжения по постоянному току.

 

 

 

Исходные данные для расчета стабилизированного источника питания:

 

• Первичный источник – переменное напряжение (однофазное) U1 = 220,0 В, промышленной частоты fс = 50,0 Гц.
• Напряжение выходное номинальное U02(ст) = 7,5 В.
• Номинальный ток нагрузки I02(ном) = 1,4 А.
• Допустимые пределы изменения выходного напряжения ΔU02(ст) = ±0,3%.
• Допустимый коэффициент пульсации на выходе стабилизатора kп(вых) = 0,06.

 

Определяем вентили постоянного напряжения и тока на выходе электронного стабилизатора напряжения:

 

U02(ном) = (U02ст + Uэ-к мин)/(1 – 0,1) = (7,5 + 3,0) / 0,9 = 11,67 (В),

 

где Uэ-к мин – минимальное значение напряжения перехода эмиттер-коллектор регулирующего транзистора.

 

I02 = I02(ном) + Iупр= 1,4 + 0,15 = 1,55 (А),

 

где Iупр= (0,1 0,15) А – величина тока коллектора регулирующего транзистора электронного стабилизатора;

 

Величина пульсаций на входе стабилизатора напряжения не должна превышать величины пульсаций:

 

k’пульс(вх) = kпульс(вых) ∙k(ст) = 0,06∙33,2 = 1,99

где: k(ст) = ΔU03/ΔU03(ст);

 

ΔU02(%) = ((U03 макс – U03 мин) / U03 ном)100%;

 

ΔU02(%) =  ((U03(ном) ∙1,1 - U03(ном) ∙0,9) /U03(ном) )100%= 

 

= ((11,67∙1,1 – 11,67∙0,9) / 11,67) ∙100% = 20%;

 

U02(ст) = 0,6 %;

 

kст = 20 / 0,6 ≈ 33,2.

 

Допустимый коэффициент пульсаций на входе электронного стабилизатора напряжения не должен превышать 1,99.

 

Определение параметров вентилей однофазной мостовой схемы и выбор типа полупроводниковых диодов.

 

По таблице для однофазной мостовой схемы выпрямления с емкостной реакцией нагрузки определяем:

 

Требуемая величина среднего значения тока вентиля I02(вент)ср = 0,5∙I02 = 0,5∙1,55 = 0,78 (А).

 

Амплитудное значение тока вентиля

 

I02(вент)макс = 0,5∙F∙I02 = 0,5∙6,5∙1,4 = 4,55 (А).

 

где F – коэффициент, зависящий от параметров силового трансформатора

 

Расчет действующих значений тока, напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

 

Расчет действующих значений тока и напряжения сводится к определению коэффициентов В, D и F.

 

Определяем зависимости отдельных параметров силового трансформатора по вторичной обмотке (для однофазной мостовой схемы выпрямления с емкостной реакцией нагрузки):

• действующее значение напряжения вторичной обмотки U2 = B∙U02;
• действующее значение тока вторичной обмотки I2 = 0,707∙D∙I023;
• типовая мощность силового трансформатора Р23тип. = 0,707∙В∙Р02.

 

Коэффициенты В, D, F определяются из графиков зависимости:

В = f(A, j) рис. 1.12 (приложения).

D = f(A, j) рис. 1.13 (приложения).

F = f(A, j) рис. 1.14 (приложения).

 

где ; ;

rф = rтр.(общ.) + 2∙rпр.(вентиль) – общее сопротивление потерь (активное сопротивление потерь трансформатора и потери на одном плече мостовой схемы.

 

р = 2; (Ом).

 

Определяем общее сопротивление потерь трансформатора:

 

,

 

Р2тип. = 0,707∙D∙В∙Р02 = 0,707∙1,2∙U02∙I02 = 30 (Вт).

 

Предварительно принимая В = 1; D = 2; F = 6,5.

 

Ртип.(общ.) = Р2тип. = 30  (Вт).

 

Определяем сопротивление потерь трансформатора:

,

 

где kr = 3,5∙103 (таблица 1.5 приложения) – для однофазной мостовой с емкостной реакцией нагрузки; В = 1,35 Тл - величина магнитной индукции (таблица 1.1 приложения); S = 1 – число стержней в трансформаторе; fсети = 50,0 Гц.

 

(Ом).

 

При наличии дополнительных обмоток (W2, W4) активные потери по данной обмотке уменьшаются, вследствие уменьшения потерь «перемагничивания».

 

(Ом).

 

Величина внутреннего активного сопротивления состоит из прямого сопротивления вентилей и активного сопротивления обмоток трансформатора.

 

(Ом),

 где  - прямое сопротивление диода типа Д226Д.

 

 

Определяем величину коэффициента А:

 

,где p = 3,14, р = 2 (для однофазной мостовой схемы выпрямления);

 

(Ом) – номинальное значение  сопротивления нагрузки.

Определяем величину угла j (угол сдвига фаз):

 

,

 

где rф = 8,3 Ом – общее сопротивление потерь по данной схеме выпрямления; XL(рас.) = 2p∙L(рас.) – индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора.

 

Величина индуктивности рассеяния определяется:

 

,

 

где fсети = 50 Гц; В = 1,35 Тл – магнитная индукция; S = 1 – число стержней трансформатора; kL = 5∙102 – для однофазной мостовой схемы выпрямления с емкостной реакцией якоря.

 

(Гн)

 

Определяем величину индуктивного сопротивления рассеяния:

 

XL(рас.) = 2p∙L(рас.) = 2∙3,14∙50∙0,55∙10-2 = 1,7 (Ом).

 

Определяем величину угла сдвига фаз:

 

,

j = 1,89°= 1,9°.

 

Согласно графиков, для А = 0,6 и j = 1,9° имеем В = 1,33, D = 1,88, F = 4,7, Н = 800.

 

Уточняем параметры трансформатора с учетом полученных коэффициентов:

 

действующее значение напряжения вторичной обмотки U2 = B∙U02 = 1,33∙11,67 = 15,5 (В);

действующее значение тока вторичной обмотки I2 = 0,707∙D∙I02 = 0,707∙1,88∙1,55 = 0,731 = 2,06 (А);

типовая мощность трансформатора Р2тип. = 0,707∙D∙B·U02∙I02 = 0,707∙1,88∙1,33∙11,67∙1,55 = 32 (Вт).

 

 

4.3. Расчет силового трансформатора

 

 

Исходные данные:

• Первичный источник питания: переменное напряжение (однофазное) U1 = 220,0 В, промышленной частоты fс = 50,0 Гц.
• Действующее значение напряжения на вторичной обмотке (W2): U2 = 15,5 В.
• Номинальный ток нагрузки I2(н) =2,06 А.
• Типовая мощность трансформатора Р2тип = U2∙I2= 12∙2,06 = 32 Вт.

 

4.3.1. Определение и выбор типа магнитопровода трансформатора.

 

Определяем общую типовую мощность силового трансформатора.

Ртип(общ) = 32,0 Вт.

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора:

 

U1∙I1 = Ртип(общ)

 

 А

 

По заданной типовой мощности трансформатора, конфигурации магнитопровода и марки стали пластин выписываем исходные данные для определения Sст´Sокн из таблицы 1.1 приложения:

 

Конфигурация магнитопровода – броневая, (ленточная).

Марка стали пластин – Э-320,

толщина ленты – 0,15 (мм).

Ртип(общ) трансформатора = 32 Вт.

В = 1,6 Тл – магнитная индукция;

δ = 5 амп/мм2 – плотность тока;

kм = 0,25 – коэффициент заполнения обмотки медью;

kст = 0,85 - коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью.

η = 0, 5 – коэффициент полезного действия.

 

Определяем величину произведения сечения сердечника на сечение окна магнитопровода:

 

 

Sст´Sокна = 11,3 см4.

 

По полученному значению Sст´Sокна и пользуясь данными таблицы 1.21 приложения выбираем нужный тип магнитопровода, выписываем его геометрические размеры и отдельные параметры:

Типоразмер магнитопровода ШЛ16´16 (броневой, ленточный).

Геометрические размеры:

 

а = 16,0 (мм); в = 16,0 (мм); с = 16,0 (мм); h = 46,0 (мм);

С = 64,0 (мм); H = 56,0 (мм); Sст´Sокна = 222 (см4); 

Sст = 2,2 см2 (активная площадь сечения среднего сечения стержня);

Gст = 0,25 кг – вес магнитопровода;

Vст(акт) = 29,9 см3(активный объём  магнитопровода);  

Обоснование правильности выбора типа магнитопровода трансформатора:

 

а) определяем полные потери в стали (активные) в режиме холостого хода.

 

Р(ст) = рст∙Gст = 24 Вт/кг∙0,25кг = 6 Вт,

 

где рст = 24 вт/кг – удельные потери в стали

 

б) активная составляющая тока холостого хода первичной обмотки

 

(А).

в) величина намагничивающей мощности трансформатора в режиме холостого хода:

 

Qст = qст∙Gст = 55 Вт,

 

где qст = 220 ва/кг – удельная намагничиваемая мощность трансформатора, Gст – вес магнитопровода.

 

г) величина реактивной составляющей тока холостого хода первичной обмотки определяется:

 

(А),

 

где U1 – напряжение на первичной обмотке трансформатора.

 

д) величина полного тока холостого хода:

 

(А).

 

 

4.3.2. Расчет по определению намоточных данных трансформатора.

 

. Определение числа  витков обмоток трансформатора  производится по формулам:

 

;

 

где U1 – действующее значение напряжения на первичной обмотке; Un - действующее значение напряжения соответствующей вторичной обмотке; fсети = 50,0 Гц; В = 1,6 Тл; Sст = 2,2 см2; ΔU1% = 5; ΔUn (вторичн.) = 5 %

 

Число витков первичной обмотки:

 

(витков).

 

 

Число витков для вторичной обмотки:

 

(витка).

 

 

 

Расчет и выбор типа намоточных проводов обмоток трансформатора:

а) определяем необходимую площадь сечения проводов по формуле:

 

(мм2).

 

где I – действующее значение тока соответствующей области; δ = 3 (А/мм2) – плотность тока

б) по полученным данным выбираем стандартные сечения и диаметры проводов,  после чего уточняем фактические плотности тока в обмотках по формуле:

 

 

в) полученные данные заносим в таблицу

 

Обмотка		Sпр., мм2	ПЭВ-1
W	I, А		Sстали,мм2	d/dиз	gпр., г/м	δфакт
W1	0,14	0,028	0,028	0,19/0,22	0,252	5
W2	2,06	0,412	0,43	0,74/0,8	3,82	5