Расчет элементов вторичного источника питания
Курсовая
работа по электротехнике
Расчет
элементов вторичного источника питания
Содержание
Введение
. Расчёт выпрямителя и элементов
фильтра
2. Расчёт трансформатора и проверка
условия размещения обмоток в окне магнитопроводе, а также реальных величин
потерь напряжения во всех обмотках
3. Выбор типа магнитопровода и
проверка его на соответствии величин холостого тока
. Составления электрической схемы
источника принципиальной
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение
В современной электротехнической аппаратуре (ЭА)
предъявляются разнообразные требования к качеству питающего напряжения. Выбор
из большого числа типов источников вторичного электропитания оптимального
варианта, удовлетворяющего всем заданным техническим требованиям, предъявляемым
ЭА, и метрологическим характеристикам являются одной из наиболее сложных задач
при проектировании от правильного выбора и расчёта источников вторичного
электропитания завися надёжность, массогабаритные показатели, стоимость.
Общим для всех технических заданий являются
оговоренные в тактико-технических требованиях на комплекс ЭА напряжение и
частота питающей сети системы энергоснабжения, пределы их изменения, число фаз,
способ резервирования, климатические и механические условия, в которых должна
обеспечиваться работоспособность комплекса ЭА, наработка на отказ комплекса в
целом. Кроме того к источникам вторичного электропитания возможны специфические
требования, относящиеся только к источникам постоянного или переменного тока.
Дополнительным требованием к вторичному источнику постоянного тока (напряжения)
является величина или коэффициент пульсации выходного тока (напряжения).
Рисунок 1. Схема вторичного источника питания.
1. Расчёт выпрямителя и элементов фильтра
Выбор принципиальной схемы в конечном счёте
сводится к сравнению её с аналогичными схемами. Сохраняя все достоинства схемы
со средней точкой, мостовая схема имеет особенность ту. Что габариты и масса
трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток по току. эта
особенность мостовой схемы основана на том. что ток протекает в течении периода
во всей вторичной обмотке трансформатора, а не одной её половин. В свою очередь
уменьшение массы и габаритов ведёт к снижению себестоимости трансформатора и
уменьшению потерь.
Конструкция трансформатора проще, так как не
требуется специальный вывод от средней точки вторичной обмотки. Обратное
напряжение, приходящееся на один диод, вдвое меньше. Необходимость
использования в схеме четырёх диодов вместо двух в схеме со средней точкой
является недостатком мостовой схемы.
Расчеты выполняются в соответствие с
методическими указаниями /3/.
Выходное напряжение
U3 = 1,17*U0
= 1,17*12 = 14,04В.
Выходной ток
I3 = 96*I0 max = 0,96*1,77 = 1,6 А,
где I0 max = Iн
max = 1,6 А.
Типовая мощность
S = 1,12*U0*I0
max = 1,12*P0
= 1,12*21,24= 23,788ВА
Максимальное значение обратного напряжения на
вентилях:
Uобр.max = *U3 =
1,41*14,04= 19,855В.
Среднее значение прямого тока на
вентиле
Iпр.ср = I0 max / 2 = 1,77
/ 2 = 0,885А
Полученные цифровые значения токов и
напряжений являются исходными при выборе выпрямительных диодов и расчёта
трансформа тора.
Расчёт параметров
индуктивно-емкостного фильтра.
Основываясь на том, что коэффициент
фильтрации двухзвенного фильтра определяется произведением обоих параметров Lф и Cф, одним из
них приходится задаваться. Для наиболее рационального вы бора фильтра можно
сравнивать электрические энергии, запасаемые в обоих элементах.
где Lф = 5R0max / ω0 = 5*11,76/
628 = 0,093Гн
R0max = U0 / Iнmin = 12 / 1,02
= 11,76Ом
ω0 = 2ω = 628 1/с
где Cф = 10\0,2*R0min*ω = 10\0,2*6,779*628
/ = 1174,47Ф
R0min = U0 / Iнmax = 12/ 1,77
= 6,779 Ом
В качестве первого принимаем
индуктивность. Выбор второго элемента проводим по формуле:
Cф = 2,54* ( Кф + 1
) / Lф = 2,54*( 15,227 +
1 ) / 0,035 = 1177,61мкФ
Выбираем конденсатор ёмкостью C
= 1200 ± 10 % мкФ и дроссель(их двое).
Д44 индуктивностью 0,16Гн,с током
подмагничивания 1,6 А, сопровлением 3,8 Ом
. Расчёт трансформатора и проверка условия размещения
обмоток в окне магнитопроводе, а также реальных величин потерь напряжения во
всех обмотках
Расчёт трансформатора начинается с определения
типовой мощности, которая складывается из полных мощностей обоих вторичных
обмоток /3/:
S = S2
+ S3 = S1
= P2
/ cosφ *0,85 = 250 /
0,61*0,85 = 348,36 ВА
S =348,36 + 23,.788
= 372,148 ВА
По таблице для данного значения выбираем:
плотность тока в обмотке
δ = 1,5
коэффициент заполнения окна
Ко = 0,32
коэффициент заполнения стали
Кст = 0,94
максимальная индукция с учётом отклонения
сетевого напряжения в сторону увеличения:
Bmax = ( U1ном
/ U1max
)Bmax табл = (380 /
425,6 )*1,3 = 1,162Тл
где U1max
= ( 380*12 / 100 )+380 = 425,6 В
Bmax табл = 1,3
Тл
3. Выбор типа магнитопровода и проверка его на
соответствии величин холостого тока
выпрямитель трансформатор
магнитопровод ток
Выбор магнитопровода-численное значение
произведения площади сечения стали на сечение окна /3/:
Sст Sок = Sтип 10 / 2,22 f Bmax Kст Kок δ = 372,148 *10 /
2,22*50*1,16*0,94*0,32*1,5 = 640,7 см4
На основании полученного значения Sст
Sок по таблице 5
выбирается броневой пластинчатый магнитопровод марки Ш40х40 с параметрами:
a = 40 мм Mст
= 3.96 кг C = 160 мм
Sст = 16см с = 40 мм H = 140 мм
h = 100 мм Sст Sок = 640 см b = 40 мм
Активная и реактивная составляющие
тока холостого хода:
I0А = pстМст / Umax1 = 2,5*3,96
/ 246 = 0,040 А
где pст -
удельное значение активных потерь на нагрев магнитопровода
I0p = qстМст / Umax1 = 25*3,96
/246 = 0,402 А
где qст -
удельное значение мощности
qст = 25 ВА / кг
Ток холостого хода
I0 = = 0,404 А
А его относительное значение как
I0% = ( I0 /
I1 ) *100% = ( 0,404 / 0,98 ) *100% = 41%
где I1 = S / Uном
= 372,148/ 380 = 0,98 А
Полученное относительное значение тока холостого
хода согласуется с рекомендуемым.
. Составления электрической схемы источника
принципиальной
Число витков каждой обмотки определяется /3/
W1 = [U1ном (1-∆U1%10) 10] / 4,44 f Bmax Sст.акт =
[380* (1- 2*10) 10] /
4,44*50*1,16*16*0,94 = 961,5
W2 = [U2ном (1+∆U2%10 ) 10] / 4,44 f Bmax Sст.акт =
[127* (1+ 4*10) 10] /
4,44*50*1,16*16*0,94 = 341,01
W3 = [U3ном (1+∆U3%10 ) 10] / 4,44 f Bmax Sст.акт =
[14,04* (1+ 4*10) 10] /
4,44*50*1,16*16*0,94 = 37,7
где ∆U1 = 2%, ∆U2 = ∆U3 = 4%,
Ориентировочные значения сечений проводов
определяются по формуле:
S1 = I1 / δ
= 0.98 / 1,5 = 0,65 мм
S2 = I2 / δ
= 1.7/ 1,5 = 1,13 мм
S3 = I3 / δ
= 1.2 / 1,5 = 0,8 мм= P2 / U2*cosφ2
= 250 / 127*0,61 = 1,2А
По справочнику для первой обмотки
подбираем провода сечением S1 = 0,6362 мм с
наибольшим наружным диаметром dиз1 = 0,99 мм; для второй обмотки−
S2 = 6362 мм с
наибольшим наружным диаметром dиз2 = 0,99мм; для третьей обмотки−
S3 = 0,6362
мм с
наибольшим наружным диаметром dиз3 = 0,99 мм.,
Длины концевых изоляций обмоток:
∆из1 = 2 + 1,5 (j
−
1) = 2 + 1,5 (1− 1) = 2 мм
∆из2 = 2 + 1,5 (j
−1)
= 2 + 1,5 (2 −1) = 3,5 мм
∆изj
= 2 + 1,5 (j
−1)
= 2 + 1,5 (3 −1) = 5 мм
Осевые длины обмоток:
hd1 = h
−
3 − ∆из1 * 2 = 100 − 3 − 2 * 2 = 93 мм
hd2 = h
−
3 − ∆из2 * 2 = 100− 3 − 3,5 * 2 = 90 мм
hd3 = h
−
3 − ∆из3 * 2 = 100 − 3 − 5 * 2 = 87 мм
Число витков в одном слое j
−
ой обмотки:
Wc1 = hd1
/ dиз1 * Ку1 = 93 /
0,99 * 1,052= 98,8
Wc2 = hd2
/ dиз2 * Ку2 = 90 /
0,99 * 1.057 = 96,1
Wc3 = hd3
/ dиз3 * Ку3 = 87 /
0,99 * 1,051 =92,3
где Ку − коэффициент укладки
Число слоёв:
N1 = ( W1 / Wc1 ) = (961,5/ 98,8 )
=9,73= ( W2 / Wc2 ) = (341,01/ 96,1) = 3,5= ( W3 / Wc3 ) = (37,7/ 92,3 ) =0,4
Высота всех обмоток:
α1 = N1
* dиз1 = 9,73* 0,99 =
9,6 мм
α2 = N2
* dиз2 = 3,5 * 0,99 =
3,5 мм
α3 = N3
* dиз3 = 0,4* 0,99
=0,4 мм
Сопротивление каждой обмотки в нагретом
состоянии :
R1 = ρ ( 1 + 0,004
(−)) Lср1W1 / S1 = 1,75 *
10 * ( 1 +
0,004 * (− )) * 0.2 *
961,5/ 0,65 = 6,52 Ом
R2 = ρ ( 1 + 0,004
(−)) Lср2W2 / S2 = 1,75 *
10 * ( 1 +
0,004 * (− )) *0,24
*341.01/ 1,13 =1,59 Ом
R3 = ρ ( 1 + 0,004
(−)) Lср3W3 / S3 = 1,75 *
10 * ( 1 +
0,004 * (− )) * 0,25 *
37,7/ 0,8 = 0.25 Ом
где средние длины витков каждой
обмотки
Lср1 = ( a + b +5 ) *2 +2π (α1 / 2)) * 10 =
((40+40+5) *2 + 2 * 3,14 * (9,6 / 2)) *10 = 0,2 мм
Lср2 = (( a + b +5 ) *2 +2π (α1 + α2 / 2)) * 10 = (( 40
+40+ 5) * 2+ 2 * 3,14 *( 9,6 + 3,5 / 2)) *10 = 0,24 мм
Lср3 =
(( a + b +5 ) *2 +2π (α1 + α2 + α3
/ 2) * 10 = (( 40
+40+5) * 2+ 2 * 3,14 *( 9,6 + 3,5 + 0,4 / 2) *10 = 0,25 мм
Фактические величины потерь
напряжения :
∆ U1 = ( R1I1 / U1 )*100% =
(6,52 *0,98 / 380 )*100% = 1,6%
∆ U2 =
( R2I2 / U2 )*100% = ( 1,59 *1,7 /127 )*100% = 2,1%
∆ U3 =
( R3I3 / U3 )*100% = ( 0,25 *1,2 /14,04 )*100% =2%
Заключение
Расчёт выпрямителя, питаемого напряжением
произвольной формы (несинусоидальной), при конечных значениях активного,
индуктивно го и емкостного сопротивлений нагрузки с учётом внутренних (активных
индуктивных) сопротивлений элементов выпрямительной схемы, а также при наличии
асимметрии внутренних сопротивлений и питающих напряжений (в многофазных
системах выпрямителя) является сложной и в настоящее время полностью не
решённой задачей. В настоящей работе предложен один из вариантов решения этой
задачи.
Литература
1. Гершунский, Б.С. Справочник
по расчету электронных схем / Б.С. Гершунский. - Киев: Вища школа, 2010. - 240
с.
2. Лячин, В.И. Электроника:
учеб. пособие /В.И. Лячин, Н.С. Савелов. - 7-е изд. перераб. и доп. - Ростов
н/Д : Феникс, 2009. - 703 с.
3. Бусел, Н.П. Методические
указания к курсовой работе для студентов спец. 20 01 02 "Приборы и методы
контроля качества и диагностики". - Могилев: Издательство
"Белорусско-Российского университета",2011. - 25 с.
Приложение
Рисунок 2. Эскиз укладки обмоток
Рисунок 3. К определению средней длинны витков
обмоток броневого трансформатора