Вторичный источник электропитания - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Вторичный источник электропитания

Расчет источника опорного напряжения, стабилизатора, регулирующего элемента и выходного делителя. Определение значения емкости фильтра. Оценка габаритной мощности трансформатора. Выбор типоразмера магнитопровода. Разработка односторонней печатной платы.


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.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Тульский государственный университет"
Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева
"Вторичный источник электропитания"
Номинальное напряжение питающей сети U c =40 В; частота напряжения питающей сети f c =1000 Гц; пределы изменения напряжения сети a c =10% и b с =10%; номинальное выходное напряжение U н =5 В; пределы регулировки выходного напряжения U н max =7 Ви U н min =4 В; пределы изменения тока нагрузки I н max =1 А и I н min =0.5 А;максимальная температура окружающей среды t окр max =+60°Cи минимальная температура окружающей среды t окр min =60°C; коэффициент стабилизации K ст >100; внутреннее сопротивление r н <0.1 Ом; амплитуда пульсации на выходестабилизатора U пул =10 мВ; температурный коэффициент напряжения г н <15 мВ/°С.
Графическая часть представлена на листах фората А1. Первый листсхема электрическая принципиальная, второй листплата печатная и третий листсборочный чертеж. В конце пояснительной записки приведена спецификация на сборку.
1.1 Расчет источника опорного напряжения
1.3 Выбор схемы и расчет выпрямителя
1.4 Определение значения емкости фильтра
2.1 Расчет габаритной мощности. Выбор типоразмера магнитопровода
Источники вторичного электропитания (ИВЭП) предназначены для получения напряжения, необходимого для питания различных электронных устройств. Для работы электронных приборов необходимо постоянное напряжение, величина которого обычно не превышает нескольких вольт. Вторичные источники получают энергию от первичных источников: сети переменного тока, аккумуляторов и т. д.
Структурная схема ИВЭП, получающего энергию от сети переменного тока, показана на (рис. 1). Трансформатор предназначен для изменения уровня переменного напряжения и гальванической развязки выпрямителя и питающей сети. Выпрямитель преобразует переменное напряжение синусоидальной формы в пульсирующее напряжение одной полярности. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает колебания напряжения на нагрузке.
Рассмотренный источник питания имеет большие вес и габариты, определяемые, прежде всего размерами трансформатора и сглаживающего фильтра. В настоящее время такие ИВЭП вытесняются преобразовательными устройствами, работающими на частотах, составляющих десятки и сотни килогерц. При этом удается значительно уменьшить размеры и вес устройства
Для обеспечения заданных параметров выходного тока и напряжения применим схему с коллекторной нагрузкой усилителяT у (рис.3).Регу-лирующийэлемент будет состоять из каскада кремниевых транзисторов, соединённых по схеме (рис.2).
Рис.2. Составной регулирующий транзистор
Рис.3.Схема транзисторного стабилизатора с внутренним источником опорного напряжения.
Когда в качестве коллекторной нагрузки усилителя T у используется токостабилизирующий двухполюсник ТД, то минимальное напряжение на T 1 при трех кремниевых транзисторахT 1 ,T 2 и Т 3 будет не меньше 3В.
1.1 Расчет источника опорного напряжения
В качестве источника опорного напряжения VD5применим стабилитрон типа 2С133А (см. приложение 1 п.3.), исходя из того что:
У стабилитрона 2С133А напряжение стабилизации лежит в пределах от 33.6 В, температурный коэффициент напряжения ТКН равен 3.3 мВ/°С.
Определим ТКН для нашей схемы и сравним его с заданным в исходных данных:
величина г у для транзисторов имеет разброс от 1.9 до 2.5мВ/°С,
В качестве VD2 и VD4 примем диоды Д223. (см. приложение 1 п.3.).
На основании вышесказанного принимаем схему, показанную на рис.4
Принимаем минимальное коллекторное напряжение транзистора VT1 U КЭ2 min =3 В.
Зададимся амплитудой пульсации на входе стабилизатора U 0~ =1 В и определим минимальное напряжение на входе стабилизатора:
Рис.4.Схема транзисторного стабилизатора напряжения
Минимальное потребление тока стабилизатором I omin при U 0 min , U н min и I н min
слагается из токов, которыми мы задаемся:
Ток через выходной делитель RP,R6иR7: I д =5 мА;
Ток через резистор R5: I R 5 =5м А;
Ток через резистор R1: I R 1 =12 мА;
Ток через резистор R2: I R 2 =2 мА;
Ток через резисторы R3 и R4: I R 3 = I R 4 =5м А;
Полагаем, то транзисторы VT1иVT2 кремниевые, для которых I КБ 0 max =5 мА:
Максимальное потребление тока от выпрямителя I ' omax при U с min , U н min и I н max определим по формуле:
Более точное значение тока получим в конце расчета
1.3 Выбор схемы и расчет выпрямителя
Для наших исходных данных целесообразно использовать двухполупериодную схему выпрямителя (рис.5). Такой выпрямитель работает на фильтр с емкостной реакцией, при напряжении меньше 100 В и токе нагрузки до 1 А.
Рис.5. Двухполупериодная схема однофазного выпрямителя
Минимальное выпрямленное напряжение (при минимальном напряжении сети):
Максимальный ток нагрузки выпрямителя
Минимальный ток нагрузки выпрямителя ;
Амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения U 0~ =1 В или к п =3%;
Напряжение питающей сети (а с =0.1 и b c =0.1);
В качестве вентилей выбираем кремневые диоды типа 2Д217А
(см. приложение 1 п.3.), у которых:
Найдем расчетное значение минимального выпрямленного напряжения:
количество последовательно включенных и одновременно работающих вентилей (в нашем случае ).
Активное сопротивление трансформатора
коэффициент, зависящий от схемы выпрямления ();
Определяем коэффициентыB,D,Fи H по графикам (рис.6 ирис.7):
Рис.6. Графики зависимостей В= f (A) и D= f (A) для выпрямителей с емкостным фильтром.
Рис.7. Графики зависимостей F= f (A) и H= f (A) для выпрямителей с емкостным фильтром.
Полученные коэффициенты: B=0.84; D=2.8; F=11; H=6.5
Определим параметры трансформатора:
1) Действующее напряжение вторичной обмотки
По типовой мощности и току вторичной обмотки выбирают трансформатор.
Следовательно, вентили 2Д217А выбраны правильно.
Выбираем емкость конденсатора по ГОСТу из стандартного ряда Е24 С ф =1000 мкФ, тип конденсатора К50-6 (см.приложение 1 п.1.):С ф =1000; .
Максимальное напряжение холостого хода выпрямителя
Усредненная величина внутреннего сопротивления выпрямителя при
Вернемся к расчету стабилизатора. Полученные данные из расчета выпрямителя следующие:
Мощность рассеиваемая на транзисторе VT1при , , и
выбираем транзистор 2Т903Б (см.приложение 1 п.4.), у которого:
Температура окружающей среды от 213 до 398 К
При регулировке выходного напряжения с помощью переменного резистора RP, включенного по схеме на (рис.2), ток выходного делителя I д не изменяется. В качестве источника опорного напряжения был выбран стабилитрон 2С133А. Сопротивление резистора R5
Выбираем по ГОСТ из ряда Е24: R5=82 Ом
Максимальная мощность, рассеиваемая на резистореR5
Выбираем резистор С2 23(см.приложение 1 п.2.) 82 Ом с двойным запасом по мощности ().
Ток через резистор R4 при принимаем равным
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: R4=820 Ом, тогда
Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе R4
Выбираем резистор С2 23(см. приложение 1 п.2.) 820 Ом с двойным запасом по мощности ().
Определяем максимальное значение тока в цепи эмиттера, примерно равное току цепи коллектора транзистора VT2.
Мощность, рассеиваемая на транзисторе VT2при и .
В качествеVT2 выбираем транзистор 2T602A(см.приложение 1 п.4.), у которого: .
Ток через резистор R3 должен быть не менее .
Принимаем , тогда R3=R4=820Ом,следовательно . Определяем максимальный ток, протекающий в цепи эмиттера транзистора VT4.
Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе VT4
Выбираем транзистор 2T312В (см.приложение 1 п.4.), у которого:
Определяем максимальное значение тока базы транзистора VT4:
Так как <0.5 мА, то количество транзисторов принимаем равным 3 (VT1,VT2 и VT4).
Определяем ток коллектора транзистора VT5:
Максимальное напряжение на транзисторе VT5
где напряжение базаэмиттер составного транзистора.
Максимальная мощность, выделяемая на транзисторе VT5
В качестве VT5 выбираем транзистор КТ315Ж (см.приложение 1 п.4.), у которого:
Максимальное значение тока через транзистор VT3и резистор R2 равно мА.Напряжение на R2
напряжение база-эмиттер транзистора VT3
В качестве VT3выбираем транзистор p-n-p.
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: R2=680 Ом,
Выбираем резистор С2 23(см.приложение 1 п.2.)680 Ом.
Максимальное напряжение на транзисторе VT3
Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3
В качествеVT3 выбираем транзистор КT361Б(см.приложение 1 п.4.), у которого:
Минимальное напряжение на транзисторе VT3
Сопротивление резистора R1найдем из условия, чтобы минимальный ток через него
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: R1=1.5кОм,
Получим максимальную мощность через резистор R1
Выбираем резистор R1=1.5 кОм типа С2 33(см.приложение 1 п.2.)с двойным запасом по мощности ().
Определим общее сопротивление выходного делителя.
В начале расчета мы задались током через делитель RP, R6иR7равным 5 мА.
Минимальный и максимальный коэффициенты делителя были определены выше:
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: R7=620Ом,
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: R6=68Ом (допускается отклонение).
Сопротивление переменного резистораRP равно:
Выбираем по ГОСТ из стандартного ряда E24: RP=750 Ом
Мощности, рассеиваемые на резисторах RP,R6,R7, определяем по формуле
Выбираем проволочные резисторы R6, R7типа С5-25В и переменный резистор RPтипа СП5-22.(см. приложение 1 п.2.).
Определяем коэффициент стабилизации.
Значения и транзисторов берем из таблицы.1
Внутреннее сопротивление стабилизатора:
Для нашего случая выбираем трансформатор типа ТПП. Такой тип трансформаторов применяется в основном для питания устройств на полупроводниковых приборах от сети переменного тока напряжением 40,115 и 220 В и частотой от 400 Гц. Эта группа трансформаторов отличается от других трансформаторов питания низкими значениями напряжений вторичных обмоток.
Трансформаторы типа ТПП имеют несколько вторичных обмоток, рассчитанных на различные токи и напряжения, которые при последовательном и параллельном соединении позволяют получать всевозможные сочетания токов и напряжений для питания устройств различного функционального назначения.
Рис.8.Электрическая схема трансформатора
2.1 Расчет габаритной мощности. Выбор типоразмера магнитопровода
Ранее при расчете выпрямителя нами была определена суммарная выходная мощность трансформатора:
Определим КПД трансформатора по графику(рис.9):
Рис.9.Зависимости КПД трансформаторов от суммарной выходной мощности.
По таблице 2 определим значения коэффициентов приведения тока и коэффициента распределения мощности и расчетныесоотноше-ниядля габаритной мощности в зависимости от схемного выполнения обмоток.
По найденному значению габаритной мощности выберем типоразмер магнитопровода:
Определяем число витков первичной и вторичной обмоток:
Определяем сечение и диаметр провода первичной и вторичной обмоток:
По полученным данным из справочника выбираем трансформатор ТПП 89 -40-400 (см. приложение 1 п.5.)
Определим размеры радиатора для транзистора 2Т903Б мощностью рассеяния P=11 Вт, работающего при температуре окружающей среды T c = 60°Cв условиях естественной конвекции и нормальном давлении.
У данного транзистора температура перехода T п =150 °C, тепловое сопротивление переход-корпус R п.к. =3.33 K/Вт, R к.р. = R к.т. =0.4 К/Вт.
1) Зададимся высотой пластины: D=0.1 м
2) Определяем по графику коэффициент неравномерности температуры радиатораg (рис.10):
Для нашей длинны D=0.1 м соответствует g=0.99
3) Определим допустимую среднюю поверхностную температуру радиатора и его перегрев:
4) Для вертикально ориентированной поверхности высотой D=0.1 м рассчитаем коэффициент теплообмена при естественной конвекции:
Где выбирается по таблице для средней арифметической температуры:
5) Вычислим коэффициент теплообмена излучением:
6) Определяем суммарный коэффициент теплообмена:
7) Рассчитаем площадь теплоотдающей поверхности радиатора:
8) На основе рекомендаций задаемся толщиной пластины радиатора и вычислим ширину пластины:
На длинной стороне загнем ушки, опираясь на рекомендации, примерно 15 мм, получим ребристый радиатор с размерами основания 70 мм.
Вид радиатора приведен ниже на (рис.11).
Рис.11. Полученный ребристый радиатор.
В данном курсовом проекте разрабатывалась односторонняя печатная плата. Трассировка проводников производилась вручную с применением системы автоматизированного проектирования Компас-3D.
Основанием платы служит стеклотекстолитнагревостойкий, облицованный с одной стороны медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм: СФ1Н35Г2вс.
Изображение печатной платы показано на (рис.12).
Рис.12. Односторонняя печатная плата.
Расстояние между двумя проводниками
Расстояние между двумя контактными площадками
стабилизатор фильтр трансформатор плата
В данном курсовом проекте приводится расчет вторичного источника электропитания, который состоит из трансформатора, выпрямительной диодной схемы (в нашем случае двухполупериодной), фильтра и стабилизатора напряжения. По ходу расчета производился подбор элементов электрической схемы по полученным характеристикам. Для этого использовались справочники по радиоэлектронной аппаратуре.
Конструкторская документация состоит из трех листов формата А1, на которых показана: схема электрическая принципиальная, печатная плата и сборочный чертеж стабилизатора напряжения. В спецификации указаны элементы, требуемые для создания сборки. Все чертежи выполнены по ГОСТ с применением системы автоматизированного проектирования Компас-3D.
По выполненным расчетам можно сделать вывод, что стабилизатор напряжения на транзисторах имеет сравнительно небольшой КПД равный 53 %.Однако его выходное сопротивление не превышает 0.1 Ом, что позволяет отдавать в нагрузку большой ток (по нашим исходным данным максимальный ток в нагрузке равен 1 А). Несмотря на довольно низкий КПД, стабилизатор напряжения на биполярных транзисторах обеспечивает необходимую нам пульсацию напряжения.
Положительным аспектом является и то, что расчет источника вторичного электропитания производился под частоту питающей сети равной 1000Гц. Это позволило получить в итоге небольшие габаритные размеры и малый вес нашего преобразующего устройства (110Ч120 мм).
Учитывая ускорение темпов развития электроники в России, разработка унифицированных источников вторичного электропитания типа АС/DС и DC/DC различной мощности, на основе прогрессивных технологий, в настоящее время является одной из актуальных задач.
1.Краус Л.А. Проектирование стабилизированных источников П 79 электропитания радиоэлектронной аппаратуры / Л.А. Краус, Г.В. Гейман, М.М.Лапиров-Скобло, В.И.Тихонов -- М.: Энергия,1980. -- 288 с, ил.
2. Найвельт Г.С. Источники электропитания радиоэлектронной И 91 аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; под ред. Г.С. Найвельта.-- М.: Радио и связь, 1985.-- 576с, ил.
3. Баюков А.В. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, П 53 оптоэлектронные приборы.Справочник / А.В.Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А. зайцев и др.; Под общ.ред. Н.Н. Горюнова.-- М.: Энергоатомиздат,1983. -- 744 с, ил.
4. Горячева Г.А. Конденсаторы: Справочник / Г.А.Горячева, Е.Р. Добромыслов.-- М.: Радио и связь, 1984.-- 88 с, ил.--(Массовая радиобиблиотека.Вып. 1079).
5. Сидоров И.Н. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: C34 Справочник / И.Н. Сидоров, В.В. Мукосеев, А.А. Христинин.-- М.: Радио и связь, 1985.-- 416 с, ил.
6. Дубровский В.В. Резисторы: Справочник /В.В. Дубровский, Р34 Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова.--2-е изд., перераб. и доп.-- М.: Радио и связь, 1991.-- 528 с,:ил.
7. Лярский В.Ф. Электрические соединители: Справочник /В.Ф.Лярский, О.Б. Мурадян.-- М.: Радио и связь, 1988.-- 272 с.: ил.
8. Горюнов Н.Н. Полупроводниковые приборы: транзисторы П53: Справочник /Н.Н. Горюнов, В.Л. Аронов и др.;Под общ.ред. Н.Н. Горюнова.-- М.: Энергоатомиздат,1985. -- 904 с, ил.
9. ГОСТ 2.109-96. ЕСКД. Общие требования к чертежам // Сб. ГОСТов ЕСКД. Основные положения.-- М.: Изд-во стандартов, 1995.-- 370с.
10. ГОСТ 2.702-75. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.-- М.: Изд-во стандартов, 2000.-- 22 с.
11. ГОСТ 2.770-68. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.-- М.: Изд-во стандартов, 1997.-- 480 с.
12. ГОСТ 2.417-91. ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей.-- М.: Изд-во стандартов, 1991.-- 4 с.
13. ГОСТ 29137-91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы.-- М.: Изд-во стандартов, 2004.-- 48 с.
14. ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам // Сб. ГОСТов ЕСКД. Основные положения.-- М.: Изд-во стандартов, 1995.-- 370с.
15. ГОСТ 2.307-68. ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений.-- М.: Изд-во стандартов, 2000.-- 23 с.
Графические изображения подобранных элементов электрической схемы.
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
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
Рассмотрение разных вариантов схем источника опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. Выбор конструкции, расчёт реакции на изменение температуры и напряжения питания. Изучение основ измерения параметров устройств при технологическом уходе. диссертация [2,2 M], добавлен 07.09.2015
Определение геометрических параметров трансформатора. Выбор схемы магнитопровода. Расчет обмоток высокого и низкого напряжения, потерь мощности короткого замыкания, тока холостого хода трансформатора, бака и радиаторов. Размещение отводов и вводов. курсовая работа [926,2 K], добавлен 09.05.2015
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
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. курсовая работа [144,0 K], добавлен 16.07.2012
Выбор сечения кабельной жилы, его обоснование. Потери напряжения и мощности в кабельной линии. Принципы подбора трансформатора. Характерные особенности спектра выходного напряжения ПЧ с АИН. Расчет охладителя, выпрямителя, фильтра, а также снаббера. курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.12.2011
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



Вторичный источник электропитания курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат: Государственное принуждение
Реферат На Тему Исследование Под Микроскопом
В Чем Причины Подростковой Жестокости Сочинение
Монография На Тему Рецензия На Книгу Т.П. Коржихиной "Извольте Быть Благонадежны"
Отчет По Производственной Практике Инженера Механика
Контрольная работа: Финансовая отчетность и бухгалтерский учет в Российской Федерации
Реферат: Фізіологія нервової системи і вищої нервової діяльності
Темы Диссертаций По Педагогической Психологии
Страховые правоотношения: понятие и содержание
Реферат по теме Культура организации
Реферат: Государство и право Древней Греции
Эссе Значимость И Ответственность Ученого Перед Обществом
Сочинение Про Лучшего Друга В Классе
Курсовая работа по теме Состояние современной электроэнергетики
Дипломная работа по теме Методы управления персоналом на предприятии ОАО "Сургутнефтегаз"
Реферат по теме Наземный радиолокационный запросчик IЛ24
Дипломная работа: Понятие наследования
Реферат Александра Невского В Истории России
Мартенситно Стареющие Стали Реферат
Реферат На Тему Рынок, Его Механизмы И Функции
Проблемы наводнений в мире, приморских областях России - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда контрольная работа
Державне регулювання відносин власності на природні ресурси - Государство и право автореферат
Категория фантазийности в науке - Литература статья