Серія
|
Діаметр
|
Номінальна ємність
|
Відхилення ємності
|
Номінальна напруга
|
Робоча температура
|
PEG124
|
10-20 мм
|
4,7-4700 мкф
|
-10/+30%
|
10-100 В
|
-40…+125°С
|
Визначаємо середню
потужність, що розсіюється на діодах:
Рд = Iср2
rпр (Вт) [33]
Рд = 0,5562*0,6
= 0,185 (Вт)
Отримана потужність
менше припустимої.
3. Розрахунок силового
трансформатора
Вихідними даними для
розрахунку силового трансформатора є дані, отримані в результаті розрахунку
випрямляча:
напруга на вторинній
обмотці трансформатора U2(В);
діюче значення струму
вторинної обмотки трансформатора I2(А);
а також:
напруга живильної мережі
із припустимими відхиленнями, у нашому випадку 220 +5 - 10%(В);
частота живильної
мережі, 50 Гц;
максимальна температура
навколишнього середовища, 50ос.
3.1 Визначаємо сумарну
потужність вторинних обмоток трансформатора
Р2Σ = U2*I2(Вт) [34]
Р2Σ = 52,186*2,023 = 105,572
(Вт)
3.2 Визначаємо потужність
первинної обмотки трансформатора
Р1 = Р2Σ (Вт) [35]
Р1 = 105,572 (Вт)
3.3 Визначаємо
номінальну потужність трансформатора
Рном = Р2
+ Р1 (Вт) [36]
Рном = 105,572+105,572 =
211,144 (Вт)
3.4 Визначаємо добуток
SстSок
= 45Рном/fВмjkстkок (см4)
[37]
стSок = (45*211,144)/(50*1,55*3,4*0,94*0,35) = 109,601
(см2)
де Scт -
площа перетину магнітопровода, см2;ок - площа вікна
магнітопровода, см2;- частота живильної мережі, Гц;
Вм -
амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі, Т. Вм = 1,55 Т.- щільність
струму в обмотках, А/мм2. j = 3,4 А/мм2.ст -
коефіцієнт заповнення перетину стрижня магнітопровода. kcт = 0,94ок
- коефіцієнт заповнення вікна магнітопровода обмотками. Кок = 0,35).
3.5 По довідковій
таблиці вибираємо магнітопровод. Для обраного магнітопровода повинна
виконуватися умова:
bh > ScтSок
[38]
де b - ширина вікна, h -
висота вікна магнітопровода, y й y1 - розміри перетину стрижня магнітопровода,
мм.
Вибираємо магнітопровод
типу ПЛМ 25*40*46 з розмірами: b = 2,4 см,=4,6 см, y = 2,5 см, y1 =4 см.bh =
2,5*4*2,4*4,6 = 110,4 см2
3.6 Визначаємо ЕДС, що
наводить в одному витку
е = 4,44ВмfSст10-4
(В) [39]
3.7 Очікуване спадання
напруги в обмотках трансформатора ∆U = 5,6%
3.8 Знаходимо попереднє
число витків обмоток
1 = U1(1 - ∆U)/е; [40]
1 = 220 (1 - 0,056)/0,206 = 1006
2 = U2(1 + ∆U)/е. [41]
2 = 52,186 (1+0,056)/0,206 = 266,919
Вторинна обмотка
складається із двох половин.
3.9 Визначаємо індукцію
в сердечнику при роботі трансформатора на холостому ходу
В0м = Вм(1
+ ∆U) (Т) [42]
В0м = 1,55 (1+0,056) = 1,637
(В)
3.10 За графіком
визначаємо питомі втрати в сталі магнітопровода
Рст уд і Р0ст
уд при Вм й В0м, Вт/кг.
.11 Визначаємо втрати в
сталі під навантаженням і на холостому ходу
Рст = Рст
удGст(Вт); [43]
Рст =4,2*1,75 = 7,35 (Вт)
Р0ст =
4,8*1,75 = 8,4 Вт
де Gcт - вага
магнітопровода, кг. Gст = 1,75 Кг.
3.12 Визначаємо
попереднє значення втрат у міді обмоток
Рм = Рном
∆U (Вт) [44]
Рм = 211,144*0,056 = 11,824
(Вт)
3.13 Визначаємо складову
струму первинної обмотки, що залежить від струмів вторинних обмоток
1а/ = Р2/U1(А) [45]
1а/ = 105,572/220 = 0,48 (А)
3.14 Визначаємо складову
струму первинної обмотки, що залежить від втрат у трансформаторі
I1а//
= (Рст + Рм)/U1 (А) [46]
I1а//
= (7,35+11,824)/220 =
0,087 (А)
3.15 Визначаємо повну
активну складову струму первинної обмотки
1а = I1а/ + I1а// (А) [47]
1а = 0,48 + 0,087 = 0,567 (А)
3.16 Напруженість
магнітного поля H і Н0 (Аw), необхідна для створення в сердечнику
індукції
Вм й В0м.
Н = 3,6Аw, Н0 = 5,7 Аw.
3.17 Визначаємо
реактивну складову струму первинної обмотки при роботі під навантаженням і на
холостому ходу: (Lср = 22,8 см.)
Iр = Н Lср
/w1(А); [48]
р = (3,6*22,8)/1006 = 0,082 (А)
де Lср -
середня довжина шляху магнітної лінії, (см).
р0 = Н0Lср /w1(А); [49]
р0 = (5,7*22,8)/1006 = 0,129 (А)
3.18 Визначаємо повний
струм первинної обмотки
I1 = (А)
[50]
I1 =
=
0,573 (А)
3.19 Визначаємо активну
складову струму холостого ходу
а0 = Р 0ст/U1 (А) [51]
а0 = 8,4/220 = 0,038 (А)
3.20 Визначаємо струм
холостого ходу трансформатора
I0 = (А) [52]
I0
= =
0,135 (А)
3.21
Визначаємо діаметр дротів обмоток
d1 =
1,13 (мм)
[53]
d1
= 1,13*=
0,464 (мм)
По довіднику
вибираємо дріт. Дріт ПЕВ-2 діаметром d1= 0,475 мм, діаметр із
ізоляцією dиз1=
0,545 мм, опір 1 м дроту R1м1 = 0,097329 Ом, вага 100 м дроту g1 =
0,165 кг).
d2 =
1,13 (мм)
[54]
d2
= 1,13*=
0,872 (мм)
По довіднику вибираємо
дріт. Дріт ПЕВ-2 діаметром d2= 0,9 мм, діаметр із ізоляцією dиз2= 0,99 мм, опір 1 м дроту R1м2 = 0,027113 Ом, вага 100 м дроту g2 = 0,578 кг).
3.22 Визначаємо число
витків у шарі обмоток
сл1 =[h - 2 (δк + 1)]/1,3dиз1
[55]
сл1 =[46 - 2 (2 + 1)]/(1,3*0,545) = 56,457
сл2 =[h - 2 (δк + 1)]/1,3dиз2
[56]
сл2=[46 - 2 (2 + 1)]/(1,3*0,99) = 31,08
де h - висота вікна
магнітопроводу (мм);
δк - товщина
матеріалу каркаса, δк = 2 мм.
3.23 Визначаємо число
шарів обмоток
сл1 = w1/wcл1 [57]
сл1 = 1006/56,457 = 17,817 ≡ 18
сл2 = w2/wcл2 [58]
сл2 = 266,919/31,08 = 8,588 ≡ 9
Отримані результати
округляються до найближчого більшого цілого числа.
3.24 Визначаємо товщину
обмоток
δоб1 = Ncл1(dиз1 + δз) (мм) [59]
δоб1 = 18 (0,545 +
0,05) = 10,71 (мм)
δоб2 = Ncл2(dиз2 + δз) (мм) [60]
де δз - товщина ізоляції між шарами, приймаємо рівним 0,05 мм.
3.25 Визначаємо сумарну
товщину обмоток
δΣ=
δк + Σ δоб +δпр (мм) [61]
δΣ = 2 + 10,71 + 9,36 + 0,2 =22,27 (мм)
де δпр - товщина прокладок між обмотками, δпр приймаємо рівним 0,2 мм.
3.26 Визначаємо середню
довжину витків обмоток
Lв1 = 2 (y + y1 + 4δдо + 2δобм1) (мм) [62]
Lв1 = 2 (2,5 + 4 + 4*2
+ 2*10,71) = 71,84 (мм)
Lв2 = 2 (y + y1 + 4δ до + 4δ обм1 + 2δ обм2) (мм) [63]
Lв2=2
(2,5+4+4*2+4*10,71 + 2*9,36) = 152,12 (мм)
3.27 Визначаємо довжину
проводів обмоток
Lоб1 = Lв1w110-3
(м) [64]
Lоб1 = 71,84*1006*10-3
= 72,265 (м)
Lоб2 = Lв2w210-3
(м) [65]
Lоб2 =
152,12*266,919*10-3 = 40,604 (м)
3.28 Визначаємо опір
обмоток при температурі 20ос
об1 = rпр уд1Lоб1 (Ом) [66]
об1 = 0,097329*72,265 = 7,033 (Ом)
об2 = rпр уд2Lоб2 (Ом) [67]
об2 = 0,02711*40,604 = 1,101 (Ом)
3.29 Задаємося
максимальною температурою обмоток 100ос; тоді перевищення
температури ∆t складе 80ос
Обчислюємо опір обмоток
при температурі 100ос
rt про1 = rоб1(1
+ 0,004∆t) (Ом) [68]
rt про1 =
7,033 (1 + 0,04*80) = 29,54 (Ом)
t про2 = rоб2(1 + 0,004∆t) (Ом) [69]
t про2 = 1,101 (1 + 0,04*80) = 4,624 (Ом)
3.30 Визначаємо спадання
напруги на обмотках
∆U1 = Iоб1rоб1
/U1 (В) [70]
∆U1 =
(0,573*7,033)/220 = 0,018 (В)
∆U2 = Iоб2rоб2
/U2 (В) [71]
∆U2 =
(2,023*1,101)/52,186 = 0,043 (В)
3.31 Визначаємо
потужність, що розсіюється на обмотках
Рм1 = I1 ∆U1 U1(Вт) [72]
Рм1 =
0,573*0,018*220 = 2,308 (Вт)
Рм2 = I2 ∆U2 U2(Вт) [73]
Рм2 =
2,023*0,043*52,186 = 4,505 (Вт)
3.32 Сумарні втрати в
міді
Рм = Рм1
+ Рм2(Вт) [74]
Рм = 2,308 +
4,505 = 6,814 (Вт)
3.33 Визначаємо
температуру нагрівання трансформатора
Θ= (RtРм + RtмвРст)
2/4RtРм (ос) [75]
Θ = (9*6,814 + 3*7,35)2/(4*9*6,814) = 28,338 (°C)
де Rt -
тепловий опір трансформатора град / Вт; Rt = 9 град / Вт;tмв
- тепловий опір границі магнітопровод - повітря град / Вт. Rtмв =
3 град / Вт.
3.34 Коефіцієнт корисної
дії трансформатора
η тр = Р1/(Р1
+ Рм + Рст) [76]
η тр = 105,572/(105,572
+ 6,814 + 7,35) = 0,882
3.35 Визначаємо вагу
міді обмоток
Gм1 = g1lоб1/100
(кг); [77]
м1 = (0,165*72,265)/100 = 0,119 (кг)
м2 = g2lоб2/100 (кг); [78]
м2 = (0,578*40,604)/100 = 0,235 (кг)
м = Gм1 + Gм2 (кг) [79]
Gм = 0,119 +
0,235 = 0,354 (кг)
3.36 Вага трансформатора
тр = Gм + Gст (кг). [80]
тр = 0,354 + 1,75 = 2,104 (кг)
4. Вибір і розрахунок
радіаторів
.1 Розрахунок радіатора
для мікросхеми TDA 2052
Для мікросхеми TDA 2052 гранична температура переходу становить 1500С,
тепловий опір приладу 2,50С / Вт, площа контактної поверхні 4,9 см2.
. Визначаємо перегрів
місця кріплення приладу до радіатора:
∆tк = tк
- tо = (tр-п - tо) - Р(Rtп-к + Rtк)
(ос) [81]
∆tк = =
(150 - 50) - 11,331 (2,5 + 0,449)= 66,584 (оС)
де tк -
температура місця кріплення приладу до радіатора;
tк = 2,2/Sк (ос) [82]
tк = 0,449
де Sк - площа
контактної поверхні, см2. Sк =4,9 см2.
. Визначаємо середній
перегрів підстави радіатора:
∆ts = ts
- to = 0,83 (tк - to) (oс) [83]
∆ts =
0,83*66,584 = 55,265 (оС)
де ts -
середня температура поверхні радіатора.
. По графіках визначаємо
коефіцієнт ефективної тепловіддачі радіатора αэф(Вт/м2ос). αэф = 66 (Вт/м2ос)
. Визначаємо площу
підстави радіатора
р = L1L2 = 104 Р/αэф ∆ ts (см2) [84]
р = (104*11,331)/(66*55,265) = 31,066 (см2)
5. Розрахунок
конструкції друкованої плати
.1 Визначення
орієнтовної площі друкованої плати
підсилювач трансформатор
стабілізатор радіатор
Сумарна площа резисторів
CF - 0,25 (аналог С1-4):
S1= n1L1D1 (мм2) [85]
S1 = 20*7*2,6 = 364
(мм2)
де S1 -
сумарна площа резисторів CF - 0,25;
n1 - кількість резисторів CF - 0,25, 20 шт.;1 - довжина резистора CF - 0,25, 7 мм;1 -
ширина резистора CF - 0,25, 2,6 мм;
Сумарна площа
електролітичних конденсаторів PEG124
мкФ*40В:
S2=n2πR2 (мм2) [86]
S2 = 2*3,14*52
= 78,5 (мм2)
де S2 - сумарна площа площа електролітичних конденсаторів PEG124
мкФ*40В;2 - кількість
електролітичних конденсаторів PEG124
мкФ*40В, 2 шт.;2 - довжина електролітичних
конденсаторів PEG124
мкФ*40В, 10 мм;2 - ширина електролітичних
конденсаторів PEG124
мкФ*40В, 10 мм;
Сумарна площа
електролітичних конденсаторів в схемі підсилювача:
S3=n3 πR2 (мм2) [87]
S3 = 5*3,14*2,52
= 98,125 (мм2)
де S3 - сумарна площа площа електролітичних конденсаторів;3 - кількість
електролітичних конденсаторів, 5 шт.;
L3 - довжина електролітичних конденсаторів, 5 мм;
D3 - ширина електролітичних конденсаторів, 5 мм;
Сумарна площа керамічних
конденсаторів в схемі підсилювача:
S4=n4L4D4 (мм2) [88]
S4 = 1*10*4 = 40 (мм2)
де S4 - сумарна площа площа керамічних конденсаторів;4 - кількість керамічних
конденсаторів, 1 шт.;
L4 - довжина керамічних конденсаторів, 10 мм;
D4 - ширина керамічних конденсаторів, 4 мм;
Сумарна площа
транзисторів КТ817В та КТ816В:
S5=n5L5D5 (мм2) [89]
S5 = 2*7,8*2,8 = 43,68
(мм2)
де S5 - сумарна площа транзисторів КТ817В та КТ816В;
n5 - кількість транзисторів КТ817В та КТ816В, 2 шт.;5 - довжина транзисторів
КТ817В та КТ816В, 7,8 мм;5 - ширина транзисторів КТ817В та КТ816В, 2,8 мм;
Сумарна площа
транзисторів КТ315А та КТ361А:
S6=n6L6D6 (мм2) [90]
S6= 4*7,2*3 = 86,4
(мм2)
де S6 -
сумарна площа транзисторів КТ315А та КТ361А;
n6 - кількість транзисторів КТ315А та КТ361А, 4 шт.;6 - длина транзисторів КТ315А
та КТ361А, 7,2 мм;6 - ширина транзисторів КТ315А та КТ361А, 3 мм;
Сумарна площа мікросхеми
TDA
2052:
S7=n7L7D7 (мм2) [91]
S7 = 1*10,05*7,38 =
74,17 (мм2)
де S7 - сумарна площа мікросхеми TDA 2052;
n7 - кількість
мікросхем TDA 2052, 1 шт.;
L7 - длина мікросхеми
TDA 2052, 10,05 мм;
D7 - ширина мікросхеми TDA 2052, 7,38 мм;
Сумарна площа стабілітронів:
S8=n8·L8·D8 (мм2) [92]
S8 =2*10*5 = 100 (мм2)
де S8 - сумарна площа стабілітронів;
n8 - кількість
стабілітронів, 2 шт.;
L8 - довжина
стабілітронів, 10 мм;
D8 - ширина стабілітронів, 5 мм;
Сумарна площа діодного
моста (4 діода КД201А):
S9=n9πR2 (мм2)
[93]
S9 = 4*3,14*10,752
= 1451,465 (мм2)
где S9 - сумарна площа діодного моста;
n9 - кількість
діодногих мостів, 1 шт.;9 - довжина діодного моста, 21,5 мм;9 - ширина діодного моста, 21,5 мм
Сумарна площа всіх
радіоелементів:
Sе=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9
(мм2) [94]
е = 364+78,5+98,125+40+43,68+86,4+74,17+100+1451,465 = 2336,31 (мм2)
де Sе - сумарна площа
всіх радіоелементів.
Визначимо орієнтовну
площу друкарської плати:
Sпп=2·(Sе+Sпров) [95]
Sпп = 2 (2336,31 +
2336,31) = 9345,24 (мм2)
Sпров=Sе (мм2) [96]
де Sпп - орієнтовна площа друкарської плати;
Sпров - площа
друкарських провідників;
Виходячи з розрахованої
площі друкарської плати вибираємо її розмір.
5.2 Розрахунок
мінімальної ширини провідника
Велика поверхня і
хороший контакт з ізоляційною підставою забезпечує інтенсивну віддачу тепла від
провідника ізоляційної плати і в навколишній простір, що дозволяє пропускати
великі струми, більш ніж об'ємні провідники того ж перетину. Для друкарських
провідників, розташованих на зовнішніх шарах, допускається щільність струму до
20 А/мм2. При цьому помітного нагріву провідників не спостерігається. Щільність
струму: D=20 А/мм2- максимальний струм в схемі,- площа перетину
друкарського провідника.= 2,023 А;
Звідси:
S=I/D (мм2) [97]
=2,023/20 = 0,101 (мм2)
Як відомо S=b·h, де b -
ширина провідника і h - товщина міді на платі.= 0,035.
Звідси:
=S/h (мм) [98]
=0,101/0,035=2,89 мм
Таким чином, у прикладі
мінімальна ширина друкарського провідника може бути 2,89 мм. (приймаємо
значення 3 мм).
Література
1. А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев. Справочник. Полупроводниковые
приборы. Диоды выпрямительные. Стабилитроны, Тиристоры. Москва.
«КУбК-а» 1996 г.
2. О.П. Григорьев, В.Я. Замятин.
Транзисторы. Справочник. Москва. «Радио и связь» 1989 г.
3. Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев. Проектирование
конструкций радиоэлектронной аппаратуры. Москва. «Радио и связь» 1989 г.
4. Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А.
Седов. Справочник радиолюбителя. Киев. «Наукова думка» 1985 г.
5. Г.Д. Фрумкин. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. Москва
«Высшая школа» 1989 г.
. И.М. Чиженко. Справочник по преобразовательной технике. Киев.
«Техника» 1980 г.
7. Чумаченко В.Ф. Методичні рекомендації до виконання курсового
проекту. Одеса. ОСТ 2009 г.