Трансформаторный (сетевой) источник питания - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Трансформаторный (сетевой) источник питания

Совмещение функций выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Разработка схемы электрической структурной источника питания. Понижающий трансформатор и выбор элементной базы блока питания. Расчет маломощного трансформатора.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.
Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.
К простейшим ИВЭП относятся нерегулируемые выпрямители, выполненные по структурной схеме, представленной на рисунке 1а. Силовой трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока до требуемого значения; схемы выпрямления преобразуют переменное напряжение в пульсирующее; фильтр сглаживает пульсации напряжения до допустимого уровня.
В тех случаях, когда в целях нормальной работы радиоаппаратуры необходимо обеспечить более высокую стабильность питающих напряжений по сравнению со стабильностью сети первичного тока, схемы выпрямителей дополняются стабилизирующими устройствами, включёнными на входе или на выходе выпрямителя. В последнем случае (рисунок 1б) в качестве стабилизатора (СН) используются непрерывные (линейные) и импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСН).
В регулируемых выпрямителях совмещаются функции выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения (рисунок 2а) осуществляется путём изменения угла открытия силовых тиристоров. В режиме стабилизации выходного напряжения выпрямителя (рисунок 2б) управляющий сигнал формируется контуром автоматического регулирования.
В практических схемах ИВЭП кроме основных функциональных узлов включается также устройства контроля, защиты, блокировки, сигнализации неисправностей, кнопки, выключатели, переключатели и т.п.
Почти все устройства бытовой электроники состоят в основном из электронных схем, нормально функционирующих только при питании постоянным током. Здесь сеть переменного тока завершается первичным источником электропитания, энергия которого преобразуется в постоянный ток.
В заключение необходимо отметить следующее: суммарная мощность, потребляемая в настоящее время всеми ИВЭП научно-технической и бытовой радиоаппаратуры, очень велика, поэтому создание экономичных дешевых и надежных ИВЭП является исключительно важной задачей.
Перспективами развития РЭС являются:
Габаритные размеры разрабатываемого источника составляет 18х10х6 см, что делает его удобным в установке, переноски и эксплуатации. Масса источника питания 250 г.
Вид климатического исполнения - умеренный климат (У) по ГОСТ 15150-69.
Категория условия эксплуатации - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией (3) или в помещениях (объёмах) с искусственно регулированием климатическими условиями. При температуре окружающей среды от -10…+ 50
Корпус источника питания и его клеммы выполнены из изоляционного материала предотвращающего поражением электрическим током, наличие защитного заземления не обязательно. Данное устройство необслуживаемое, устойчиво к ударным нагрузкам и вибрациям, имеет по току и напряжению.
1.2 Разработка схемы электрической структурной источника питания
При разработке структурных схем используются следующие методы:
Эвристический метод - основан на накопленном опыте, анализе технической литературы и интуитивных соображений. На основе их анализа создаётся несколько моделей структурных схем, из них выбирается самая надёжная, самая простая, самая дешёвая.
Математический метод - на основе исходных данных создаётся модель - математическое описание внешних воздействий. Проводится анализ модели, в которую входит математический расчёт, моделирование на ЭВМ, испытание макетов. Выбирается модель, имеющая оптимальные показатели качества.
Функциональное наращивание. На основе технического задания составляется перечень функций, которые должно реализовывать разрабатываемое
устройство. В соответствии с функциями приводится перечень устройств реализующих эти функции и строится структурная схема.
Функции, которые должно реализовывать устройство:
На основании функций выше названных, ниже перечислены устройства которые их реализовывают:
При разработке структурной схемы ИВЭП использовался метод функционального наращивания, и схема представлена на рисунке:

1.3 Разработка схемы электрической принципиальной источника питания
Принципиальная структурная схема разработана на основе анализа исходных данных принятой структурной схемы. Исходя из структурной схемы, разрабатываемый источник питания состоит из 4 функциональных устройств.
Этот прибор широко применяется в системах питания радиоустройств, причём в качестве трансформаторов питания электронной аппаратуры используются трансформаторы малой мощности, которые предназначены для преобразования напряжения электрических цепей в напряжение, необходимое для питания электронной аппаратуры. Рассматриваемые трансформаторы питания можно классифицировать по следующим признакам:
1) В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения - на однофазные и трёхфазные;
2) В зависимости от числа обмоток - на двух обмоточные и многообмоточные;
3) В зависимости от конфигурации магнитопровода - на стержневые, броневые и тороидальные.
Исходя из экономичности, КПД, массогабаритных характеристик для разрабатываемого блока питания выбираем маломощный, броневой трансформатор питания, имеющий первичную обмотку и одну вторичную.
В ИП РЭА чаще всего используется однофазная мостовая схема выпрямителя. Данная схема позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Она содержит трансформатор и четыре диода, два из которых соединены анодами, образуя общий плюс, а два других соединены катодами, образуя общий минус выпрямителя.
1) Однофазная однополупериодная схема выпрямления;
2) Двухполупериодная (двухфазная) схема выпрямления с нулевым выводом;
3) Однофазная мостовая схема выпрямления;
4) Трёхфазная однополупериодная схема выпрямления;
5) Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
Для разрабатываемого источника питания выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, которая имеет ряд преимуществ над остальными: меньшие значения габаритной мощности, меньшие значения обратного напряжения на диоде и напряжения вторичной обмотки. Однако необходимость использования четырёх диодов является её недостатком.
Исходя из анализа технического задания и достоинств мостовой схемы, выбираем для разрабатываемого блока питания мостовую схему в качестве выпрямителя.
В разрабатываемом ИВЭП в качестве фильтра используется преимущественно электролитические конденсаторы, хотя иногда их заменяют масляными. Электролитические конденсаторы обладают большой ёмкостью при относительно небольших размерах. Масляные конденсаторы имеют одно явное преимущество перед электролитическими: их рабочее напряжение выше.
5) Фильтры с резонансными контурами;
Кроме основного требования - сглаживания пульсации выпрямленного напряжения - к фильтру предъявляются следующие требования:
Потери мощности и падение постоянной составляющей напряжения в фильтре должно быть минимальным; фильтр не должен влиять на работу потребителя; внешние электромагнитные поля, создаваемые фильтром, не должны нарушать функционирование устройства; во время переходных процессов фильтр не должен создавать перенапряжений и сверхтоков; собственная частота фильтра должна быть существенно меньше основной частоты пульсаций во избежание появления резонансных явлений в отдельных звеньях фильтра; фильтр должен обладать высокой надёжностью в пределах заданного диапазона температур.
Конденсатор, включённый параллельно нагрузке, представляет собой простейший емкостной фильтр. При повышении напряжения источника питания конденсатор периодически заряжается и разряжается на нагрузку, когда питающее напряжение становится меньше напряжения на его зажимах.
При этом конденсатор отдаёт нагрузке заранее запасенную энергию и напряжение на нагрузке изменяется в относительно меньших пределах, чем при отсутствии конденсатора, в чём и заключается сглаживающее действие емкостного фильтра.
К достоинствам емкостного фильтра можно отнести простоту его выполнения.
Основной недостаток - необходимость применения диодов, рассчитанных на большую амплитуду прямого тока.
выпрямитель трансформатор источник питание
1.4 Выбор элементной базы блока питания
При разработке какого-либо устройства важное место занимает выбор элементной базы. Выбор ЭРЭ, должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу каждого узла и блока питания в целом. При этом выбирают элементы имеющие широкое применение и распространение в современной радиоаппаратуре, дешёвые и простые в установке.
Трансформатор выбирается с любой конструкцией магнитопровода и количеством вторичных обмоток, с максимально высоким КПД.
1) Коэффициент трансформации - отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке;
2) КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение активной мощности на входе.
6) Определяем возможность размещения обмоток в выбранном окне магнитопровода, для чего производим расчёты согласно формулам (7), (8) и (9)
a) число витков в первичной обмотке в одном слое:
где h - высота окна магнитопровода, мм;
1 - расстояние обмотки до ярма, обычно 25 мм;
Полученное значение округляется до ближайшего меньшего числа
Полученное значение округляется до ближайшего большего значения.
Толщина всей обмотки 1 с учётом, что = 0,06:
Толщина всей обмотки 2 с учётом, что 2 = 0,06:
Необходимая ширина окна определяется в соответствии с формулой (10):
где k - коэффициент разбухания обмоток за счёт неплотного прилегания слоёв, k = 1,21,3,
2 - толщина изоляции между обмотками и стержнем, 2 = 1,02,0 мм,
3 - толщина наружной изоляции катушки, 3 = 0,55 мм,
4 - расстояние от катушки до второго стержня, 4 = 14 мм,
N-1,N - толщина изоляции между обмотками, она составляет 0,51 мм.
СНЕОБХ = 1,25(1,5+4,98+0,75+4,60+0,5)+1,3 =15,11 мм.
2.3 Расчёт выпрямителя на нагрузку ёмкостного характера
осуществляется на основе методики, изложенной [2].
Исходные данные (номинальные значения): выпрямленное напряжение в нагрузке UОН = 12 В, выпрямленный ток в нагрузке IО = 0,5 А; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке kПН = 1%; напряжение сети U1 = 220 В; частота сети fС = 50 Гц; рабочий диапазон температур ТОКР = -6080ОС; мощность в нагрузке РОН = UОН IО = 90,6 = 5,4 Вт.
Применим однофазную мостовую схему выпрямления с фильтром, начинающимся с конденсатора; обозначим его СО.
Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на конденсаторе С0 принимается равным Кп.вх = 515 %. Примем Кп.вх = 5.
Напряжение на выходе схемы выпрямления:
где (UФ/U0H)% подставляется из графика [2]. В соответствии с мощностью РОН=0,39 Вт UФ/U0H = 10,1%. Таким образом, U0 = U0H[1+0.01 (UФ/U0H)%] = 9(1+0,0110,1) = 9,909 В.
Основные параметры диодов схемы определяются по таблице 12 [2], согласно которой приблизительное значение
Uобр.ИП = 1,5U0 = 1,59,909 = 14,86 В.
В соответствии с этими данными выбираем диоды КД208А со следующими параметрами при окружающей температуре -60+800С: Iпр.ср max = 350 мА > Iпр.ср, Uобр max = 35 В > Uобр.ИП, Iпр.И max = 6 Iпр.ср max = 0,36 = 1,8 А > Iпр.И приб; Uпр.ср. = 1 В.
1) Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое к вторичной обмотке, определяется согласно формуле (11):
2) Дифференциальное сопротивление диодов определяется согласно формуле (12):
3) Активное сопротивление фазы выпрямителя определяется согласно формуле (13)
4) Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора определяется согласно формуле (14):
5) Соотношение между активным и реактивным сопротивлением фазы выпрямителя определяется по формуле (15):
6) Вспомогательный коэффициент определяется по формуле (16):
7) Расчётные коэффициенты B, D, F и H определяются по графикам [2]:
B = 1,58; F =4,85; D = 1,9; H = 63000;
Iпр.И = (0,64,8)/2 = 1,44 А; Iпр и = 1,44 А < 2,1 А.
Следовательно, вентиль КД304 по току выбран правильно.
9) Электрические параметры трансформатора:
U2 = BU0 = 1,58 9,909 =15,6562B (18)
I2 = DI0 / 2= 1,90,6 / 2= 0,8061 A (19)
I1 = (U2 /U1) I2 = (15,6562 / 220) 0,8061 =0,00574 A (20)
Pr = 1,5 P0 = 1.5 U0 I0 = 1,5 0,6 9= 8,9181Вт (21)
10) Проверка выбранного диода по обратному напряжению:
UОБР = 1,41 U2 = 1.4115,6562= 22,08 < 35 B (22)
Таким образом, по обратному напряжению вентиль КД208А выбран правильно.
11) Входная ёмкость фильтра СО определяется согласно формуле (23):
Принимаем ближайшее стандартное значение С0 = 1008 мкФ. По приложению 4 [2] выбираем конденсатор К50-3Б с Uраб = 16 В.
12) Коэффициент пульсации, соответствующий С0 определяется по формуле (24):
Таким образом, вентиль КД304А по току выбран правильно.
3.1 Описание конструкции блока питания
Разрабатываемый блок питания состоит из трансформатора, печатной платы, на которой размещаются электрорадиоэлементы.
Корпус сделан из дерева, скреплён при помощи гвоздей. Верхняя крышка открывается, что обеспечивает простоту в замене деталей при неисправности. Габаритные размеры составляют 14Ч8Ч8 см, что делает его проще в использовании. Вес 250г.
Печатная плата сделана из стеклотекстолита толщиной 2мм химическим методом, при котором выполняется травление незащищенных участков фольги на поверхности диэлектрика; детали должны располагаться от платы на расстоянии не менее 1,5мм; лужение производить припоем ПОС-61 при температуре 183Сє. К корпусу печатная плата крепится тремя шурупами длиной не более 9мм.
3) Размещение блока питания в корпусе и крепёж платы к корпусу
Диагностику блока питания начинают с контроля выходного напряжения. Если его нет, проверяют последовательно фильтр, выпрямительное устройство и трансформатор на отсутствие замыканий и разрывов.
Диагностику стабилизатора напряжения начинают с проверки выходного напряжения, При его отсутствии определяют напряжение на входе стабилизатора. Его наличие говорит о дефекте в стабилитроне. В противном случае поиск неисправностей необходимо перенести на выпрямитель и трансформатор. Проверка на работоспособность проводится на номинальных напряжениях и токах.
В ходе проведенных работ был разработан и собран источник вторичного электропитания, а также рассчитан его режим теоретически. Был осуществлен разбор понятия источников питания и их разновидностей. Также был принят во внимание вопрос о применении блока питания. Так как у него на выходе 9 В он применяется для питания плеера, телевизионной антенны и много другого.
С помощью расчетов были получены различные параметры разработанного устройства: потребляема мощность, выходное напряжение и другие, а также различные характеристики. Также получены навыки в разработке структурной и принципиальной схем, выборе элементной базы. Электрорадиоэлементы были выбраны для обеспечения надежной работы каждого узла. При этом были использованы элементы: имеющие широкое применение, простоту сборки, минимальную стоимость и т.д. Все элементы были выбраны на основании расчетов, изложенных в разделе 2.
При помощи расчетов также были рассчитаны все рабочие узлы, из которых состоит блок питания: трансформатор, выпрямитель, стабилизатор. Параметры рассчитанных элементов были сравнены со справочными.
В заключении необходимо отметить, что в наше время создание экономичных, дешевых и надежных источников вторичного электропитания является исключительно важной задачей.
[1] Аксенов, А.И. Мощные транзисторы в радиоустройствах/ А.И. Аксенов,
[2] Артамонов, Б.И. Источники электрических радиоустройств/ Б.И. Артамонов, А.А. Бокуняев. М.,1982.
[3] Вересов, Ю.П. Стабилизаторные источники питания радиоаппаратуры/ Г.П. Вересов, Ю.Л. Смуряков. М., 1978.
[4] Грумбина, А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлетронных устройств/ А.Б. Грумбина. М., 1990.
[5] Ермолин, Н.П. Расчет трансформаторов малой мощности/ Н.П. Ермолин. Л., 1969.
[6] Ефимов, И.П. Источники питания РЭА: Учебное пособие/ И.П. Ефимов, Ульяновск. 2002.
[7] Источники вторичного электропитания( Проектирование РЭА на интегральных микросхемах)/ под ред. Ю.Н. Конева. М., 1983.
[8] Китаев, В.Е. Проектирование источников электропитания устройств связи. Учебное пособие / В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев. М., 1972.
[9] Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры / под ред. Р.Г. Варламова. М., 1972.
[10] Попов, В.С. Теоритическая электротехника / В.С. Попов. М., 1990.
[11] Шангин, Ю.В. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры / Ю.В. Шангин. Мн., 1998.
[12] Шустов, М.А. Практическаясхемотехника. Источники питания и стабилитроны.кн. 2 / М.А. Шустов. М., 2002.
Расчёт трансформатора и параметров интегрального стабилизатора напряжения. Принципиальная электрическая схема блока питания. Расчет параметров неуправляемого выпрямителя и сглаживающего фильтра. Подбор выпрямительных диодов, выбор размеров магнитопровода. курсовая работа [151,6 K], добавлен 14.12.2013
Стабилизация среднего значения выходного напряжения вторичного источника питания. Минимальный коэффициент стабилизации напряжения. Компенсационный стабилизатор напряжения. Максимальный ток коллектора транзистора. Коэффициент сглаживающего фильтра. контрольная работа [717,8 K], добавлен 19.12.2010
Разработка электрической структурной и принципиальной схем. Выбор элементной базы. Расчет маломощного трансформатора и параметрического стабилизатора. Расчет надежности изделия. Размеры печатной платы. Печатный монтаж. Формирование конструкторского кода. дипломная работа [652,5 K], добавлен 19.07.2013
Разработка структурно-функциональной, принципиальной электрической схемы блока питания. Расчёт выпрямителей переменного тока, сглаживающего фильтра, силового трансформатора. Проектирование логической схемы в интегральном исполнении по логической функции. курсовая работа [28,2 K], добавлен 26.04.2010
Источник питания как устройство, предназначенное для снабжения аппаратуры электрической энергией. Преобразование переменного напряжения промышленной частоты в пульсирующее постоянное напряжение с помощью выпрямителей. Стабилизаторы постоянного напряжения. реферат [1,4 M], добавлен 08.02.2013
Понятие, назначение и классификация вторичных источников питания. Структурная и принципиальная схемы вторичного источника питания, работающего от сети постоянного тока и выдающего переменное напряжение на выходе. Расчет параметров источника питания. курсовая работа [7,0 M], добавлен 28.01.2014
Выбор структурной схемы системы электропитания, марки кабеля и расчет параметров кабельной сети. Определение минимального и максимального напряжения на входе ИСН. Расчет силового ключа, схемы управления, устройства питания. Источник опорного напряжения. курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.06.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Трансформаторный (сетевой) источник питания курсовая работа. Физика и энергетика.
Дипломная работа по теме Риторический аспект деятельности спортивного журналиста в интернет-пространстве
Курсовая работа по теме Система управления качеством продукции на ОАО "Монди СЛПК"
Курсовая работа: Тектонические и геологические позиции эпитермальных систем
Курсовая работа по теме Система и виды уголовного наказания в Российской Федерации
Курсовая работа по теме Подготовка игроков в пляжном волейболе
Портретное Описание Внешнего Вида Человека Сочинение
Курсовая работа: Пресс для правки коленчатого вала с гидравлическим приводом
Реферат: Бессилие от знания или может ли история помочь физикам?
Правовое Регулирование Инвестиций Реферат
Курсовая работа: Разработка стратегии развития СПК колхоза им. Мичурина
Как Происходит Защита Диссертации
Реферат: Древесина и ее производные, применяемые в народном хозяйстве. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Юридические лица как участники международных правоотношений
Реферат: Влияние индивидуальных особенностей личности на организационное поведение
Как Писать Реферат По Статье Образец
Реферат: Операционная система Windows, и её служебные приложения
Реферат по теме Симметрия природы и законы сохранения
Реферат: Основы устройства персонального компьютера
Реферат: Психологическое консультирование родителей и детей с отклонением в развитии
Реферат: Екатерина II как политик
Этические проблемы медицины, связанные с общественным здоровьем - Медицина презентация
Причорноморський економічний район - География и экономическая география презентация
Ревизия (аудит) расчетов с депонентами, по претензиям, по возмещению материального ущерба, с разными дебиторами и кредиторами - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа