Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Страниц - 70, рисунков - 10, таблиц - 6, приложений - 0

ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ВЫПРЯМИТЕЛЬ, СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, МЕТОДИКА РАСЧЕТА, АЛГОРИТМ СЧЕТА, ПРОГРАММА, ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ, MICROCAP, PSPICE, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЗАТРАТ, ОХРАНА ТРУДА.

Целью данной дипломной работы является исследование методик расчета выпрямительных устройств и стабилизаторов напряжения, входящих в состав источников вторичного электропитания. На основе этих методик создаются алгоритмы счета и их программная реализация на языке С++. Разработанная программа по исходным данным позволяет рассчитать параметры элементов, входящих в состав выпрямительных устройств и стабилизаторов напряжения.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

1.1 Выпрямительные устройства

1.1.1 Общие сведения

1.1.2 Расчет выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки

1.1.3 Расчет выпрямителей с индуктивной реакцией нагрузки

1.1.4 Расчет выпрямителей, питаемых напряжением прямоугольной формы

1.2 Стабилизаторы напряжения

1.2.1 Общие сведения

1.2.2 Методика расчета ключевых стабилизаторов напряжения

1.3 Программные средства моделирования схем источников вторичного электропитания

Выводы

2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

2.1 Выпрямительные устройства: алгоритмы счета и программная реализация

2.1.1 Выпрямительные устройства с емкостной реакцией нагрузки

2.1.2 Выпрямительные устройства с индуктивной реакцией нагрузки

2.1.2 Выпрямительные устройства, питаемые напряжением прямоугольной формы

2.2 Стабилизаторы напряжения: алгоритмы счета и программная реализация

Выводы

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Выводы

4. ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1 Цели и задачи управления охраной труда

4.2 Основные вредные воздействия при работе с дисплеями

4.3 Основные требования к устройству и оборудованию машинных залов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Источники вторичного электропитания (ИВЭ) являются неотъемлемой частью любого радиоэлектронного комплекса. Электронные схемы ИВЭ характеризуются наличием компонентов с нелинейными характеристиками. Аналитический расчет таких цепей представляет значительную трудность не только при ручном расчете, но и даже при использовании ЭВМ. Тем не менее, существуют методы приближенного расчета схем ИВЭ, позволяющие с достаточной для инженерной практики точностью определить основные параметры проектируемой схемы. Такие методики ориентированы, как правило, на определенный класс схем, например на конкретные типы выпрямителей, стабилизаторов, преобразователей и других устройств.

Целью данной дипломной работы является исследование методов расчета основных схем выпрямительных устройств и ключевых стабилизаторов напряжения, а также разработка алгоритмов и программная реализация. На основе этих алгоритмов создана прикладная программа для ЭВМ, которая позволяет по исходным данным получать необходимые параметры элементов типовых схем.

Дипломная работа состоит из четырех основных частей. В первой части исследуются наиболее распространенные схемы выпрямительных устройств, ключевых стабилизаторов напряжения и методы их расчета. Также рассмотрены программные средства Microcap и PSpice для моделирования схем ИВЭ.

Вторая часть посвящена непосредственно алгоритмам счета и их программной реализации на языке С++.

В третьей части дипломной работы приводятся экономические расчеты затрат на создание программы.

В четвертой части уделено внимание вопросам техники безопасности и охраны труда.

1. Исследование методов расчета Источников вторичного электропитания

1.1 Выпрямительные устройства

1.1.1 Общие сведения

Назначение выпрямительного устройства состоит в преобразовании переменного напряжения питающей сети в постоянное, которое используется для питания всевозможных электронных устройств.

Выпрямительное устройство (рисунок 1.1), или выпрямитель, обычно содержит силовой трансформатор, электрические вентили и сглаживающий фильтр, выход которого соединяется с нагрузкой (потребителем энергии постоянного тока).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 Структурная схема выпрямительного устройства

Трансформатор служит для получения необходимой величины напряжения, обеспечивающей требуемое значение выпрямленного напряжения, при заданном напряжении сети и для электрической изоляции между входной и выходной цепями выпрямителя.

Основным элементом выпрямительного устройства является электрический вентиль - нелинейный прибор, сопротивление которого для прямого направления тока в сотни-тысячи раз меньше, чем для обратного. Именно это свойство и используется в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный. В качестве вентилей обычно используют полупроводниковые диоды.

С помощью фильтра уменьшаются переменные составляющие выпрямленного тока, обусловленные наличием нелинейного элемента (вентилей). Иными словами, фильтр предназначен для сглаживания пульсаций напряжения на нагрузке.

Как исключение, в составе выпрямительного устройства может отсутствовать сглаживающий фильтр или трансформатор. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко. Однако их применяют для питания коммутационной аппаратуры (реле, контакторы) и в тех случаях, когда пульсация напряжения на нагрузке не имеет существенного значения. Многофазные схемы выпрямителей (например, схема Ларионова) часто позволяют обойтись без сглаживающего фильтра.

Отсутствие трансформатора на входе выпрямительного устройства предполагает возможность питания выпрямителя непосредственно от сети без изменения питающего (сетевого) напряжения и без преобразования числа фаз выпрямленного тока. Таких случаев может оказаться много, но они не являются характерными для большинства электропитающих устройств.

Для выпрямителей принципиальное значение имеет характер нагрузки, включенной на выходе, т.е. схема сглаживающего фильтра. В общем случае индуктивный характер нагрузки приводит к увеличению, а емкостный - к уменьшению времени протекания тока через вентиль. В результате меняются расчетные соотношения токов и напряжений, возникают фазовые сдвиги между токами и напряжениями, значительно усложняются переходные процессы.

Выпрямители, работающие на емкость обладают более низким КПД и большим внутренним сопротивлением по сравнению с выпрямителями, работающими на индуктивнойсть, но позволяют получить хорошее сглаживание выпрямленного напряжения при малых размерах фильтра. Выпрямители с емкостной нагрузкой используются в широком диапазоне выпрямленных напряжений (от единиц вольт до десятков киловольт). Чтобы избежать применения конденсаторов очень большой емкости, выпрямленные токи не должны превышать нескольких сот миллиампер.

Выпрямители с индуктивным характером нагрузки применяются при больших токах нагрузки (свыше 1 А) в широком диапазоне выпрямленных напряжений. Кроме этого, эти выпрямители целесообразно применять в тех случаях, когда требуется ограничить величину импульса тока через вентиль. Если переменное напряжение источника стабилизировано по среднему значению, как это бывает в источниках напряжения прямоугольной формы с интервалом между импульсами, то для сохранения стабильности выпрямленных напряжений необходимо использовать выпрямители, работающие только на фильтр с индуктивностью на входе.

Недостатками такого типа выпрямителей являются перенапряжения, возникающие на выходной емкости фильтра при включении выпрямителя и при изменениях сопротивления нагрузки. Это может привести к повреждениям в цепях нагрузки и особенно опасно для полупроводниковых схем.

Проектирование выпрямителя сводится к выбору схемы и типа вентилей, расчету режима вентилей, эффективных значений токов и напряжений обмоток трансформатора и определению параметров сглаживающего фильтра.

Как правило, все элементы выпрямительного устройства должны рассчитываться комплексно, так как каждый последующий элемент существенным образом влияет на режим работы предыдущего и последующего блока (элемента) схемы. Например, сглаживающий фильтр резко меняет режим работы и расчетные соотношения токов и напряжений в цепи вентилей и трансформаторе. Тем не менее, во многих случаях предпочтительнее рассчитывать каждый блок устройства в отдельности, оговаривая и учитывая, в какой мере сказывается взаимное влияние режимов работы остальных блоков схемы, используя данные расчета одного блока в качестве исходных данных расчета для последующего и предыдущего блока. Например, в результате расчета выпрямителя получаются исходные данные для расчета трансформатора и сглаживающего фильтра; при расчете сглаживающего фильтра можно получить необходимые данные для расчета выпрямителя и стабилизатора напряжения.

Исходными данными для расчета являются требуемые значения выходного тока и напряжения при заданных допустимых значениях коэффициента пульсации. При этом также учитываются условия питания выпрямителя, заданные дополнительные эксплуатационные требования и свойства рассчитываемого выпрямительного устройства. В процессе расчета отдельных блоков приходится сопоставлять получаемые данные с теми, которые известны или получены при расчете блоков, предшествующих в схеме рассчитываемым блокам.

Методика расчета того или иного выпрямительного устройства зависит от режимов работы этого устройства и его типа.

Выпрямители и в общем случае нестабилизированные выпрямительные устройства можно классифицировать по следующим признакам:

- типу используемых вентилей;

- характеру управления выпрямленным напряжением;

- характеру нагрузки;

- схеме выпрямления.

Помимо приведенных классификационных признаков могут быть и дополнительные. Принято различать мощные и маломощные выпрямители, низкочастотные (промышленной частоты 50 Гц) и повышенной частоты (400 и 1000 Гц), импульсные и др.

На рисунке 1.2 и 1.3 приведены основные схемы выпрямителей, применяемые для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Однополупериодную схему (рисунок 1.2 а) обычно применяют в маломощных выпрямителях и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема применяется только при работе на емкость.



Рисунок 1.2 Схемы выпрямителей, работающих на емкость

Рисунок 1.3 Схемы выпрямителей, работающих на индуктивность

Двухполупериодная схема (рисунки 1.2 б и 1.3 а) применяется в устройствах небольшой мощности при выпрямленных напряжениях до 500-600 В. Частота пульсации выпрямленного напряжения в 2 раза больше частоты питающей сети, что позволяет уменьшить сглаживающий фильтр. По сравнению с однофазной мостовой схемой эта схема позволяет в два раза уменьшить число вентилей (при низких напряжениях).

В однофазной мостовой схеме, которую иногда называют двухполупериодной мостовой (рисунки 1.2 в и 1.3 б), обратное напряжение на вентиле в два раза меньше, чем в одно- и двухполупериодной схемах, а частота пульсации такая же, как в двухполупериодной схеме. Мостовая схема характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора.

В схеме удвоения напряжения (рисунок 1.2 г), которую часто называют схемой Латура, обратное напряжение на вентиле в два раза меньше, чем в одно- и двухполупериодной схемах. Схема применяется при выпрямленных напряжениях выше 700-800 В. Частота пульсации выпрямленного напряжения в два раза больше частоты сети.

Трехфазная схема (рисунки 1.2 д и 1.3 в, г) используется для выпрямления не очень высоких напряжений в тех случаях, когда по каким-либо причинам нельзя или неудобно применять более трех вентилей. Из-за малого падения напряжения на вентилях трехфазная схема целесообразна при очень низких выпрямленных напряжениях. Частота пульсации в три раза больше частоты питающей сети. Схема характеризуется плохим использованием мощности трансформатора и сравнительно большим обратным напряжением на вентиле.

В шестифазной схеме Ларионова (рисунки 1.2 e и 1.3 д, е) обратное напряжение не вентиле почти в 2 раза меньше, чем в трехфазной схеме, а частота пульсации в шесть раз больше частоты питающей сети. Амплитуда первой гармоники пульсации при отсутствии перекоса фаз не превышает 6% от выпрямленного напряжения. Схема обладает высокими энергетическими параметрами по сравнению с другими схемами выпрямителей. В схеме Ларионова не рекомендуется соединять вторичную обмотку трансформатора в треугольник из-за возможной перегрузки обмоток уравнительными токами.

Часто возникает необходимость преобразования низкого постоянного напряжения в переменное с последующим его повышением или понижением и выпрямлением. Для преобразования постоянного напряжения в переменное выгодно использовать преобразователи на транзисторах, работающие в ключевом режиме и поэтому обладающие высоким КПД. Такие преобразователи вырабатывают переменное напряжение в виде импульсов прямоугольной формы, амплитуда которых прямо пропорциональна постоянному напряжению источника питания.

Для стабилизации переменного напряжения, вырабатываемого транзисторными преобразователями, применяют схемы с регулированием длительностью прямоугольного импульса, что позволяет сохранить высокий КПД преобразователя. Стабилизацию переменного напряжения можно осуществить, поддерживая неизменными среднее (выпрямленное) или эффективное (действующее) значения напряжения.

1.1.2 Расчет выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки

Для расчета выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки используют метод, основанный на приближенных графоаналитических вычислениях. Для расчета выпрямителя необходимо иметь следующие данные:

- выпрямленное напряжение E0;

- выпрямленный ток I0;

- коэффициент пульсаций aп0;

- напряжение питающей сети Uс;

- частоту напряжения f.

Методика расчета для разных типовых схем одинакова. Отличия при расчете схем заключаются только в различных коэффициентах Ki () в формулах. Для каждой схемы эти коэффициенты имеют определенное значение и представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Тип выпрямителя	Коэффициенты
	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10
1п1ф	1	2,3	1	1	1	1	2	1	2,828	1,84
1п2ф	0,5	4,7	2	1	0,5	1	1,8	1	2,828	1,63
2п1ф	0,5	3,5	2	1	0,707	0,707	1,5	2	1,414	1,63
2п1фу	1	0,9	1	0,5	1,414	0,707	1,5	1	2,828	2,95
1п3ф	0,333	6,9	3	1	0,333	1	2,15	1	2,828	0,72
2п3ф	0,333	4,5	6	0,578	0,333	0,707	1,25	2	2,44	0,92
2п3ф	0,333	13,5	6	1	0,193	1,23	1,25	2	1,414	0,53

После выбора схемы переходят к оценке вентилей. Средний прямой ток диода

I0в = K1 I0. (1)

Для обратного напряжения и импульсного тока диода есть приближенные формулы, но после расчета трансформатора можно получить их точные значения. Расчет трансформатора начинается с определения индукции Bт, которая находится по таблице на основе приблизительных расчетов мощности трансформатора. Но для программной реализации будем использовать аппроксимирующую формулу

Bт = 1,2 - 0,4 sin(0,003 E0 I0). (2)

После этого вычисляем сопротивление фазы вторичной обмотки

. (3)

Активное сопротивление фазы выпрямителя равно

r = K8 Ri + rт, (4)

где - внутреннее сопротивление вентилей.

Определяем вспомогательный параметр

. (5)

Решая трансцендентное уравнение tg? - ? = A0, находим угол отсечки тока ?. При ручном расчете он определяется по графику. При программной реализации для нахождения ? будем использовать численный метод деления отрезка пополам.

ЭДС вторичной обмотки трансформатора равна

. (6)

Определяем вспомогательный коэффициент

, (7)

который при ручном расчете можно определить по графику. Зная коэффициент D0, находим эффективный ток вторичной обмотки

I2 = K5 D0 I0. (8)

Эффективный ток первичной обмотки

. (9)

Габаритная мощность трансформатора приблизительно

Pгаб K7 P0 = K7 E0 I0. (10)

Определяем параметры диодов. Обратное напряжение диода равно

Uобр = K9 U2x. (11)

Эффективный ток диода

Iв = K6 I2. (12)

Находим вспомогательный коэффициент F0

, (13)

и рассчитываем импульсный ток диода

. (14)

Мощность, выделяемая на одном вентиле при протекании тока в прямом направлении

. (15)

Требуемое значение емкости конденсатора фильтра вычисляется по формуле

, (16)

где Hф -вспомогательный коэффициент, зависящий от угла ? и от числа фаз выпрямления (коэффициент K3). Он находится по формуле

, (17)

при K3 = 1, или

, (18)

при K3 > 1. При ручном расчете коэффициент Hф определяется из графика.

Для расчета внутреннего сопротивления выпрямителя необходимо определить промежуточную точку нагрузочной характеристики:

, (19)

. (20)

Тогда внутреннее сопротивление выпрямителя равно

. (21)

В разделе 2.1 рассмотрен алгоритм счета для программной реализации, основанный на данной методике.

1.1.3 Расчет выпрямителей с индуктивной реакцией нагрузки

Для расчета требуются следующие исходные данные:

- выпрямленное напряжение E0;

- выпрямленный ток I0;

- коэффициент пульсации на выходе фильтра aп1;

- напряжение питающей сети U1;

- частоту напряжения f.

Отличия при расчете схем состоят только в различных коэффициентах Ki () в формулах. Для каждой схемы эти коэффициенты имеют определенное значение и представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Схема	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10	K11	K12	K13	K14
1п2ф	0,5	1	2	1	2,828	1,11	0,707	0,707	1,34	0,67	1,414	7	0,0055	1
2п1ф	0,5	1	2	2	1,414	1,11	1	0,707	1,11	0,67	1,414	5,2	0,0064	1
1п3ф	0,333	1	3	1	2,449	0,855	0,58	0,58	1,35	0,25	1,414	6,6	0,0033	0,47
2п3ф	0,333	2	6	2	2,449	0,43	0,82	0,58	1,045	0,057	2,449	2,5	0,001	0,82
1п6ф	0,333	0,667	6	2	1,449	0,74	0,41	0,58	1,045	0,057	1,414	7,6	0,0033	0,47
1п6ф	0,167	1	6	1	2,828	0,74	0,41	0,41	1,43	0,057	1,414	6	0,0033	0,47

Расчет начинается с определения параметров трансформатора. Сначала по формулам 1 и 2 находят индукцию Bт и сопротивление rт трансформатора. Индуктивность рассеяния трансформатора

. (22)

Тогда выпрямленное напряжение при холостом ходе равно

E0X = E0 + Er + Ex + Eв cх + Eдр, (23)

где падение напряжения на активном сопротивлении трансформатора

Er = K2 I0 rT, на реактивном -- Ex = K3 I0 f LS, на вентилях в схеме -- Eв cх = K4Eв K40,6; падение напряжения на дросселе Eдр 0,005E0.

ЭДС вторичной обмотки трансформатора равна

U2х = K6 E0х. (24)

Эффективный ток вторичной обмотки

I2 = K7 I0. (25)

Эффективный ток первичной обмотки

I1 = K14 I0 n, (26)

где n = U2х/U1 - коэффициент трансформации.

Габаритная мощность трансформатора равна

Pгаб = K9 E0х I0. (27)

Определяем параметры диодов. Обратное напряжение диода равно

Uобр = K5 U2х. (28)

Средний прямой ток диода

I0в = K1 I0. (29)

Импульсный прямой ток Iм = I0. Рассеиваемая диодом мощность

Pв = Eв I0в 0,6 I0в. (30)

Находим минимальную индуктивность дросселя

. (31)

Тогда емкость фильтра

, (32)

где qП = aп0/aп1 = K10/aп1, aп0 - коэффициент пульсаций на входе фильтра (постоянный для данной схемы). Рабочее напряжение конденсаторов должно быть рассчитано на холостой ход выпрямителя, т.е. Uраб E0х C>0 = K11 U2х, где E0х C>0 - выпрямленное напряжение холостого хода выпрямителя при C > 0.

Внутреннее сопротивление выпрямителя равно

. (33)

Критическая точка нагрузочной характеристики определяется по формулам

, (34)

. (35)

В разделе 2.1 рассмотрен алгоритм счета и его программная реализация, созданные на основе данной методики.

1.1.4 Расчет выпрямителей, питаемых напряжением прямоугольной формы

Исходными данными для расчета являются:

- выпрямленное напряжение E0;

- выпрямленный ток I0;

- коэффициент пульсации aп;

- напряжение питающей сети U1;

- частота напряжения f;

- скважность .

Ниже приводится обобщенная методика расчета в случае индуктивной и емкостной реакции нагрузки. За небольшим исключением, различие при расчете для этих типов реакции нагрузки заключается в различных коэффициентах Ki () в формулах. Некоторые из этих коэффициентов зависят от значения скважности , поэтому желательно их вычислить до начала основных расчетов. Значения и формулы для расчета коэффициентов представлены в таблице 1.3. Остальные отличия между расчетами для емкостной и индуктивной реакций нагрузки будут указаны по мере изложения методики.

Сначала определяем сопротивление трансформатора

. (36)

После этого находим ЭДС вторичной обмотки

U2х = K2 E0 + K3 rТ I0 + K4 (37)

и габаритную мощность трансформатора

Pгаб = 1,1U2х I0 K5. (38)

Таблица 1.3

	Схема
	С индуктивной реакцией нагрузки	С емкостной реакцией нагрузки
	1п2ф со ср. точ.	2п1ф мостовая	Однополупериодная	Со сред. точкой	Мостовая	Удвоения
K1	5,5	4,08	1,9	3,9	2,9	0,75
K2	1,01	1,01	1	1	1	0,5
K3	1	1				2
K4	1	2
K5		1		1,18	1	2
K6		1	2		1	14
K7				0,846	1	1
K8			1	1	1	1
K9	1	1	2	1	1	2
K10

Эффективный ток вторичной обмотки

. (39)

Эффективный ток первичной обмотки

I1 = 1,1K7 I0 n, (40)

где n = U2х/U1 - коэффициент трансформации.

Определяем параметры диодов. Обратное напряжение диода равно

Uобр = 2 K8 U2х. (41)

Средний прямой ток диода при расчете выпрямительного устройства с индуктивной реакцией нагрузки вычисляется по формуле

, (42)

а в случае емкостной реакции нагрузки:

. (43)

Импульсный прямой ток диода

Iм = I0 K9. (44)

Рассеиваемая диодом мощность

Pв = K10 I0. (45)

Вычисляем емкость конденсатора фильтра. При индуктивной реакции нагрузки она равна

. (46)

В случае емкостной реакции нагрузки, емкость конденсатора вычисляется по формуле

. (47)

При расчете выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки необходимо ещё рассчитать индуктивность дросселя и внутреннее сопротивление выпрямителя.

Индуктивность дросселя

. (48)

Внутреннее сопротивление выпрямителя

. (49)

1.2 стабилизаторы напряжения

1.2.1 Общие сведения

Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания, изменениями нагрузки, изменением температуры окружающей среды и т.д.

Стабилизаторы напряжения по принципу действия можно разделить на два принципиально различных вида:

- стабилизаторы непрерывного действия, регулирующий элемент которых представляет собой плавно регулируемое сопротивление;

- ключевые, или импульсные, стабилизаторы, регулирующий элемент которых представляет собой периодически замыкающийся и размыкающийся ключ; стабилизация в этом случае достигается изменением скважности работы ключа.

К достоинствам стабилизаторов непрерывного действия относятся: простота схемы, высокая степень сглаживания пульсаций, отсутствие помех, обычно сопровождающих работу ключевых стабилизаторов.

Недостатком стабилизаторов непрерывного действия является невозможность получения КПД выше 40-60% из-за потерь в регулирующем элементе. Кроме того, для рассеивания этой мощности регулирующий элемент приходится снабжать радиатором с большой поверхностью охлаждения, что приводит к значительным габаритам источников питания. Указанные недостатки ограничивают возможность использования таких стабилизаторов, например, в аппаратуре, предназначенной для установки на летательных аппаратах всех видов, в частности, на искусственных спутниках Земли, где энергоресурсы весьма ограничены и объем и вес аппаратуры имеют решающее значение. В этих случаях применяются ключевые стабилизаторы.

Основными достоинствами ключевых стабилизаторов напряжения (КСН) являются: высокий КПД, малые габариты и масса, высокая удельная мощность. Все перечисленные свойства эти источники питания получили благодаря применению ключевого режима при работе силовых элементов.

К недостаткам КСН обычно относят: сложность схемы, наличие высокочастотных шумов и помех, увеличение пульсации выходного напряжения, большое время выхода на рабочий режим.

Непрерывные и ключевые стабилизаторы, в свою очередь, можно разделить на компенсационные и параметрические.

Компенсационные стабилизаторы, характеризуются наличием элементов, контролирующих величину выходного напряжения и вырабатывающих сигнал ошибки. Последний через систему обратной связи воздействует на регулирующий элемент, поддерживая выходное напряжение постоянным.

Параметрические стабилизаторы характеризуются отсутствием элементов, контролирующих выходное напряжение. Работа таких стабилизаторов основывается на использовании характеристик нелинейных элементов.

В этом дипломном проекте исследуются компенсационные стабилизаторы напряжения ключевого типа.

Существуют три основные схемы КСН: понижающий, повышающий, инвертирующий. Основные схемы КСН описываются системой математических выражений, определяющей параметры электрических процессов в силовых цепях устройства и энергетических соотношений.

В КСН понижающего типа (рисунок 1.5 а) регулирующий элемент РЭ и L включены последовательно с нагрузкой Rн. В качестве РЭ используется транзистор, работающий в режиме переключений, при котором он поочередно находится в режиме насыщения (когда он полностью открыт) или в режиме отсечки (когда он полностью закрыт). При открытом транзисторе в течение времени tи энергия от входного источника постоянного тока (или выпрямителя с выходным напряжением U0) передается в нагрузку через дроссель L, в котором накапливается избыточная энергия. При закрытом транзисторе в течение времени tп накопленная в дросселе энергия через диод VD передается в нагрузку. Период коммутации (преобразования) равен Tп = tи + tп.

а)

б)

в)

Рисунок 1.5 Схемы ключевых стабилизаторов напряжения:

понижающего (а), повышающего (б) и инвертирующего (в)

РЭ преобразует (моделирует) входное постоянное напряжение Uп в серию последовательных импульсов определенной длительности и частоты, а сглаживающий фильтр, состоящий из диода VD, дросселя L и конденсатора C демоделирует их опять в постоянное напряжение Uн. При изменении входного напряжения Uп или тока в нагрузке Rн в импульсном стабилизаторе с помощью цепи обратной связи длительность импульсов изменяется таким образом, что выходное напряжение Uн остается стабильным с определенной степенью точности.

Импульсный режим работы позволяет значительно уменьшить мощность потерь в регулирующем элементе и тем самым повысить КПД источника питания, уменьшить его массу и габариты. В этом состоит решающее преимущество импульсных стабилизаторов перед непрерывными стабилизаторами.

КСН в зависимости от способа управления регулирующим транзистором могут выполняться с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) или релейного типа. В ШИМ стабилизаторах в процессе работы изменяется длительность импульса tи, а частота коммутации остается неизменной, в ЧИМ стабилизаторах изменяется частота коммутации, а длительность импульса tи остается постоянной, в релейных стабилизаторах в процессе регулирования напряжения изменяется и длительность импульса и частота; это является их основным недостатком, ограничивающим применение.

В повышающем стабилизаторе (рисунок 1.5 б) регулирующий элемент РЭ (транзистор) подключен параллельно нагрузке Rн. Диод VD блокирует нагрузку Rн и конденсатор фильтра C от регулирующего элемента РЭ. Когда регулирующий транзистор открыт, ток от источника питания Uп протекает через дроссель L, запасая в нем энергию. Диод VD при этом отсекает (блокирует) нагрузку и не позволяет конденсатору C разрядиться через открытый регулирующий транзистор. Ток в нагрузку в этот промежуток времени поступает только от конденсатора C. В следующий момент, когда регулирующий транзистор закрыт, ЭДС самоиндукции дросселя L суммируется с входным напряжением и энергия дросселя отдается в нагрузку; при этом выходное напряжение оказывается больше входного напряжения питания Uп. В отличие от КСН понижающего типа здесь дроссель не является элементом фильтра, а выходное напряжение становится больше входного на величину, определяемую индуктивностью дросселя L и скважностью работы регулирующего транзистора.

Схема управления стабилизатором на рисунке 1.5 б построена таким образом, что при повышении, например, входного напряжения питания Uп уменьшается длительность открытого состояния tи регулирующего транзистора на такую величину, что выходное напряжение Uн остается неизменным с определенной степенью точности.

Схема инвертирующего КСН приведена на рисунке 1.5 в. В отличие от предыдущей схемы здесь параллельно нагрузке Rн включен дроссель L, а регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой. Блокирующий диод отделяет конденсатор фильтра C и нагрузку Rн от регулирующего элемента.

Стабилизатор обладает свойством изменения (инвертирования) полярности выходного стабильного напряжения Uн относительно полярности входного напряжения питания.

Из рассмотренных схем наибольшее применение находит последовательный импульсный понижающий стабилизатор, в котором сглаживание пульсации осуществляется VDLC-фильтром. В стабилизаторах повышающего типа (рисунки 1.5 б и 1.5 в) дроссель L не участвует в сглаживании пульсации выходного постоянного напряжения. В этих схемах сглаживание пульсации достигается только за счет увеличения емкости конденсатора C. Это приводит к увеличению массы и габаритов фильтра и устройства в целом.

В проектировании КСН важное значение имеет правильный выбор компонентов силовой цепи, определяющей технико-экономические показатели стабилизатора в целом. Характеристики регулирования определяются в основном схемами управления, в качестве которых используются микросхемы серии 142 или аналогичные им.

1.2.2 методика расчета Ключевых стабилизатов напряжения

Исходными данными для расчета являются:

- входное напряжение Eвх;

- выходное напряжение E0;

- рабочая частота f;

- напряжение пульсаций Up;

- коэффициент пульсации aп;

- минимальный Iмин и номинальный I0 токи нагрузки.

Методика расчета силовых цепей КСН представлена в таблице 1.4. Кроме указанных в ней параметров ещё необходимо определить емкость фильтра. Для каждого типа стабилизатора она вычисляется по своему. Её расчет можно начинать после определения критической индуктивности дросселя L. Для понижающего КСН метод расчета следующий. Сначала определяется коэффициент сглаживания фильтра Q

. (50)

Произведение индуктивности на емкость фильтра равно

, (51)

где N - количество звеньев фильтра. Тогда емкость фильтра

. (52)

Амплитуду напряжения пульсаций можно вычислить по формуле

. (53)

Для повышающего КСН емкость фильтра определяется по формуле

. (54)

Для полярно-инвертирующего емкость фильтра равна

, (55)

а емкость входного конденсатора фильтра равна

. (56)

Таблица 1.4

Определяемый параметр	Тип КСН
	Понижающий	Инвертирующий	Повышающий
Критическая индуктивность дросселя L
Средний ток дросселя Iдр
Переменная составляющая тока дросселя Iдр~
Амплитуда коллекторного тока Iк макс	Iдр + Iдр ~
Эффективный ток коллектора Iк
Напряжение коллектор-эмиттер Uкэ
Мощность, рассеиваемая транзистором Pтр
Средний ток диода Iд
Обратное напряжение диода Uобр
Мощность, рассеиваемая диодом Pд
Входной ток стабилизатора Iвх
КПД

1.3 программные средства моделирования схем источников вторичного электропитания

Уровень математического моделирования электронных схем в настоящее время исключительно высок. Уверенно моделируются сложнейшие физические процессы в самых разнообразных схемах, число типов которых поистине неисчерпаемо. Однако лишь в последние годы системы машинного моделирования стали доступными массам инженеров, научных работников и студентов. Случилось это благодаря появлению и быстрому совершенствованию персональных компьютеров (ПК).

Интегрированные системы схемотехнического моделирования Micro-CAP выгодно отличаются от других таких систем для ПК (например, PSPICE) своим превосходным сервисом. Самый трудный этап проектирования (задание схемы и ее топологическое и математическое описание) в них реализован простым и наглядным графическим диалогом. Он напоминает сборку схем с помощью конструктора, содержащего кубики с компонентами электронных схем, из которых радиолюбитель собирает нужную схему. Не требуется знания никаких входных языков для задания схем и управления системой в ходе анализа схем и их моделирования. Результаты анализа получаются как в числовой (табличной форме), так и в виде прекрасных графиков, весьма напоминающих осциллограммы, получаемые при исследовании схемы с помощью электронного осциллографа, характериографа или измерителя частотных характеристик.

После описания схемы система автоматически формирует весьма сложные системы нелинейных и дифференциальных уравнений, описывающих работу схем, решает их и выводит результаты расчета в удобном для пользователя виде. Как она это делает - секрет разработчика. Лишь по отдельным нюансам опытный специалист может распознать некоторые секреты системы. Например, что она реализована на языке QuickBasic (на это указывают пусковые модули этого языка фирмы Microsoft Inc.), что при анализе во временной области используется переменный шаг во времени (идет адаптация к скорости моделируемых процессов) и т.д.

Итак, главной отличительной особенностью системы автоматизированного анализа электронных устройств (схем) Micro-CAP является задание электронной схемы, подлежащей расчету, в графическом виде с контролем ее изображения на экране дисплея.

Система моделирования PSpice предназначена для анализа аналоговых электронных схем различного функционального назначения: усилителей, активных фильтров, компараторов, генераторов и т.п. В состав исследуемых схем могут входить компоненты следующих видов:

- пассивные R,L,C- компоненты;

- независимые и зависимые от времени источники напряжения и тока;

- полупроводниковые диоды;

- транзисторы;

- линейные многообмоточные трансформаторы;

- зависимые источники тока, управляемые током или напряжением;

- зависимые источники напряжения, управляемые током или напряжением;

- функциональные узлы.

Система PSpice позволяет проводить следующие виды анализа:

- анализ статического режима нелинейных схем и расчет передаточной функции по постоянному току;

- анализ чувствительности изменения статического режима и напряжения на переходах транзисторов к вариации параметров компонентов схемы;

- анализ частотных характеристик схемы;

- анализ внутренних шумов схемы в частотной области с вычислением уровня теплового, дробового и фликкер-шума на выходе схемы и шума, приведенного к входу;

- определение вклада каждого источника шума в общий уровень шума схемы;

- анализ временных характеристик линейных и нелинейных схем;

- Фурье-анализ в переходном режиме;

- Температурный анализ для всех вышеперечисленных видов анализов.

выводы

В данной главе рассмотрены основные виды выпрямительных устройств и импульсных, или ключевых, стабилизаторов напряжения. Приведены типовые схемы и даны их характеристики.

Для каждого устройства представлена обобщенная методика расчета. Для выпрямительных устройств основными определяемыми параметрами являются параметры трансформатора, диодов, фильтра, внутреннее сопротивление выпрямителя. А для ключевых стабилизаторов напряжения - параметры дросселя, диода, транзистора, фильтра. Данные методики расчета составлялись с ориентацией на последующую программную реализацию.

Дополнительно приведен обзор программных средств моделирования схем ИВЭ. Наиболее популярными на данный момент являются MicroCap и PSpice. После описания схемы, с помощью этих средств можно проводить анализ работы ИВЭ.

2 разработка программы расчета источников вторичного электропитания

2.1 выпрямительные устройства: Алгоритмы счета и программная реализация

2.1.1 Выпрямительные устройства с емкостной реакцией нагрузки

Алгоритм счета составлен по методике расчета, рассмотренной в разделе 1.1.2. Следует еще раз обратить внимание, что при ручном расчете некоторые параметры и вспомогательные коэффициенты определяются по графикам и таблицам. При программной реализации алгоритма используются соответствующие аппроксимирующие формулы, по которым получают приблизительное значение. При соблюдении ограничений на входные данные получаемый результат имеет достаточную степень точности. В противном случае, при нарушении определенных условий, в алгоритме предусмотрен вывод сообщения о снижении точности расчета.

После ввода исходных данных осуществляется их диагностика на наличие их некорректности. На входные данные накладываются следующие ограничения:

- недопустимы отрицательные числа;

- выходная мощность (E0 I0) не должна превышать 500 Вт;

- выходное напряжение E0 не менее 3 В;

- частота напряжения f не более 5 кГц;

- для двухполупериодных трехфазных схем коэффициент
пульсаций aп0 должен быть меньше 0,07.

При наличии в исходных данных отрицательных чисел выдается ошибка и дальнейший расчет невозможен. Если нарушено какое-то другое условие, то будет лишь выдано предупреждение о снижении точности результата и вопрос о необходимости продолжения расчета.

Рисунок 2.1 Алгоритм счета выпрямителя с емкостной реакцией нагрузки

На рисунке 2.1 представлен алгоритм расчета для выпрямительного устройства с емкостной реакцией нагрузки. Ниже представлен фрагмент программы, реализующий данный алгоритм на языке С++.

// Функция, вызываемая при расчете выпрямителя
// с емкостной реакцией нагрузки

void __fastcall TApp::btnCapacityClick(TObject *Sender)

{

// ---------------------------------------------------

// Расчёт выпрямителя с емкостной реакцией нагрузки

// ---------------------------------------------------

/* id - выбранная схема:

0 - однополупериодная

1 - однополупериодная двухфазная С.Т.

2 - двухполупериодная однофазная мостовая

3 - двухполупериодная однофазная удвоения

4 - однополупериодная трехфазная

5 - двухполупериодная трехфазная звезда

6 - двухполупериодная трехфазная треугольник

*/

int id = comboSchemeC->ItemIndex;

// Массив коэффициентов К1,…, К10 для каждой из семи схем;

// первые значения пустые (=0),

// чтобы потом было удобнее ссылаться (т.е. не K[0], а K[1])

double T[7][11] = {

{ 0, 1, 2.3, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 2.828, 1.84 },

{ 0, .5, 4.7, 2, 1, .5, 1, 1.8, 1, 2.828, 1.63 },

{ 0, .5, 3.5, 2, 1, .707, .707, 1.5, 2, 1.414, 1.63 },

{ 0, 1, .9, 1, .5, 1.414, .707, 1.5, 1, 2.828, 2.95 },

{ 0, .333, 6.9, 3, 1, .333, 1, 2.15, 1, 2.828, .72 },

{ 0, .333, 4.5, 6, .578, .333, .707, 1.25, 2, 2.44, .92 },

{ 0, .333, 13.5, 6, 1, .193, 1.23, 1.25, 2, 1.414, .53 }

};

// Массив коэффициентов К1,…, К10 для выбранной схемы

double *K = T[id];

double U, // Напряжение сети питания, В

E, // Выпрямленное напряжение, В

A, // Выпрямленный ток, А

P; // Коэф. пульсаций

int F; // Частота напряжения питания, Гц

// Получаем значения входных данных (там же идет проверка)

if( !Rectifier_GetInputValues(U, F, E, A, P) )

return; // если ошибка, то выходим

// Для схем 2п3ф коэффициент пульсаций д.б. < 0.07

if( (id == 5 || id == 6) && P > 0.007 )

if( IDNO == Application->MessageBox(

"Коэффициент пульсаций д.б. < 0.07\n\nПродолжить?",

"ВНИМАНИЕ", MB_YESNO)

)

return;

//----- Определение коэффициента V -----

// индукция трансформатора

double X = 1.2 - .4*sin(.003*E*A);

// сопротивление трансф-ра

X = K[2] * E/F/X/A * sqrt(sqrt(F*X/E/A));

// средний ток диода

double Y = K[1]*A;

// сопротивление фазы выпрямителя

X = K[8]*.2/Y + X;

double V = M_PI*X*A/(K[3]*E);

//----- Решение трансцедентного уравнения TG(TT)-TT = V ---

double B, C, D; // Вспомогательные коэффициенты

double TB = M_PI/2, TH = 0, TT; // TT - угол отсечки тока

// цикл (пока не будет достигнута нужная точность 0,1%)

while( true )

{

TT = (TB + TH)/2;

B = tan(TT) - TT - V;

C = .001*V;

if( C >= fabs(B) || !B )

break;

else

if( B < 0 ) TH = TT;

else TB = TT;

}

//----- Расчёт вспомогательных коэффициентов -----

D = sqrt( M_PI*( TT*(1+.5*cos(2*TT))-.75*sin(2*TT) ) )/

(sin(TT) - TT*cos(TT));

B = M_PI*(1-cos(TT))/(sin(TT)-TT*cos(TT));

if( K[3] > 1 ) // K[3] - число фаз выпрямления

{

C = 101E3*( sin(K[3]*TT)*cos(TT) -

K[3]*cos(K[3]*TT)*sin(TT) );

C = C/( K[3]*(pow(K[3],2)-1)*cos(TT) );

}

else

{

C = 25330*(2*TT - sin(2*TT))*cos(TT);

}

//----- Расчёт выходных параметров -----

double Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12;

// напряжение Х.Х. трансформатора

Y1 = E*K[4]/1.41/cos(TT);

// обратное напряжение диода

Y2 = Y1*K[9];

// эффективные токи первичной и вторичной обмоток

Y3 = K[10]*A*Y1/U;

Y4 = K[5]*A*D;

// эффективный и импульсный токи диода

Y5 = K[6]*Y4;

Y6 = B*A/K[3];

// емкость конденсатора

Y7 = C/(X*P*F);

// рассеиваемая диодом мощность

Y8 = pow(Y5,2)*.2/Y;

// габаритная мощность трансформатора

Y9 = K[7]*E*A;

// напряжение и ток для построения нагрузочной хар-ки

Y10 = 1.41*Y1*cos(TT/2)/K[4];

Y11 = .45*K[3]*Y1*(sin(TT/2)-TT/2*cos(TT/2))/K[4]/X;

// внутреннее сопротивление выпрямителя

Y12 = (Y10 - E) / (A - Y11);

//----- Подготавливаем результаты для вывода -----

// выводим (если надо) информацию об исходных данных

FillRectifierInputText();

AnsiString t;

char buf[128];

t = "\r\n ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ТРАНСФОРМАТОРА:\r\n";

sprintf(buf, " %-45s%6.1f\r\n", "Габаритная мощность, Вт",

Y9); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.1f\r\n", "ЭДС вторичной обмотки, В",Y1); t += buf; sprintf(buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Эффективный ток вторичной обмотки, А", Y4); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.3f\r\n", "Эффективный ток первичной обмотки, А", Y3); t += buf;

t += "\r\n ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ДИОДОВ:\r\n";

sprintf(buf, " %-45s%6.1f\r\n", "Обратное напряжение, В", Y2); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Средний прямой ток, А", Y); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Импульсный прямой ток, А", Y6); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Выделяемая мощность, Вт", Y8); t += buf;

t += "\r\n ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ТОЧКА НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ:\r\n";

sprintf(buf, " %-45s%6.3f\r\n", "Ток, А", Y11); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.1f\r\n\r\n", "Напряжение, В", Y10);

t += buf;

sprintf(buf," %-45s%6.0f\r\n","Емкость конденсатора, мкФ", Y7); t += buf;

sprintf(buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Внутреннее сопротивление выпрямителя, Ом", Y12); t += buf;

// strRectifierResult - строка, содержащая рез-ты расчета

strRectifierResult = t;

// Вывод данных на экран.

// Если отмечена галочка "+ входные данные",
// то тогда они тоже будут выведены.

checkInputRectifierClick(0);

}

// Функция, проверяющая входные данные.

// В случае ошибки возвращает false.

bool __fastcall TApp::Rectifier_GetInputValues(

double& U, int& F, double& E, double& A, double& P )

{

// Записываем исходные данные в эти переменные

U = editU->Text.ToDouble(); // Напряжение сети питания, В

F = editF->Text.ToInt(); // Частота напряжения питания, Гц

A = editA->Text.ToDouble(); // Выпрямленный ток, А

E = editE->Text.ToDouble(); // Выпрямленное напряжение, В

P = editP->Text.ToDouble(); // Коэф. пульсаций

bool result = U > 0 && F > 0 && A > 0 && E > 0 && P > 0;

if( !result )

{

// Отрицательные числа недопустимы

ErrMess( "Входные данные должны быть\nположительными числами!" );

}

else

{

// Проверка остальных ограничений

if( E < 3 )

{

if( IDNO == Application->MessageBox(

"Выходное напряжение < 3 В.\nТочность расчета снижается.\n\nПродолжить?", "ВНИМАНИЕ", MB_YESNO)

)

// Если нажали "Отмена", то не продолжаем расчет

result = false;

}

if( result && E*A > 500 )

{

if( IDNO == Application->MessageBox(

"Выходная мощность превышает 500 Вт.\nТочность расчета снижается.\n\nПродолжить?",

"ВНИМАНИЕ", MB_YESNO)

)

result = false;

}

if( result && F > 5000 )

{

if( IDNO == Application->MessageBox(

"Частота > 5 кГц. Точность расчета снижается.\n\nПродолжить?",

"ВНИМАНИЕ", MB_YESNO)

)

result = false;

}

}

return result;

}

Рассмотрим внешний вид и работу программы. На рисунке 2.2 показано рабочее окно приложения при расчете выпрямителя с емкостной реакцией нагрузки. В левой части окна вводятся исходные данные, и выбирается схема. В правой части выводится результат. При желании результаты расчета можно распечатать.



Рисунок 2.2 Главное окно приложения

Для сравнения ручного расчета и программной реализации алгоритма был проведен тест. Используемые исходные данные:

- напряжение сети питания 220 В;

- частота напряжения питания 50 Гц;

- выпрямленное напряжение 12 В;

- выпрямленный ток 0,5 А;

- коэффициент пульсаций 0,05.

Тест проводился для однополупериодной двухфазной схемы со средней точкой. В таблице 2.1 представлены результаты сравнения ручного и программного расчетов. Следует отметить, что при ручном расчете требуется некоторые вспомогательные коэффициенты определять по графикам и также необходимо строить нагрузочную характеристику. Ручной расчет занимает около часа, в то время как при расчете с помощью программы требуется менее минуты для того, чтобы ввести исходные данные и выбрать схему.

Таблица 2.1

Параметр	Ручной расчет	Программный	Отклонение, %
Требования к параметрам трансформатора:
Габаритная мощность, Вт	10.8	10.8	0
ЭДС вторичной обмотки, В	12.9	12.7	-1.6
Эффективный ток вторичной обмотки, А	0.53	0.53	0
Эффективный ток первичной обмотки, А	0.48	0.047	-1.7
Требования к параметрам диодов:
Обратное напряжение, В	36.48	35.9	-1.6
Средний прямой ток, А	0.25	0.25	0
Импульсный прямой ток, А	1.38	1.42	3.3
Выделяемая мощность, Вт	0.22	0.23	4.3
Промежуточная точка нагрузочной характеристики:
Ток, А	0.1	0.066
Напряжение, В	16	16.4
Емкость конденсатора, мкФ	2014.4	1981.9	-1.6
Внутреннее сопротивление выпрямителя, Ом	10	10.08	0.8

Как видно из таблицы 2.1 отклонение результатов не превышает 5%. Такой точности вполне достаточно для инженерной практики.

Очевидно, что при расчете нескольких схем и выборе оптимальной, программа значительно экономит рабочее время инженера и исключает появление ошибок, возможных при ручном расчете.

2.1.2 Выпрямительные устройства с индуктивной реакцией нагрузки

Методика расчета, по которой составлен алгоритм рассмотрена в разделе 1.1.3.

На исходные данные для расчета выпрямителей с индуктивной реакцией нагрузки накладываются те же ограничения, что и для выпрямителей, работающих на емкость.

На рисунке 2.3 представлен алгоритм расчета для выпрямительного устройства с индуктивной реакцией нагрузки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 Алгоритм счета выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки

Ниже представлен фрагмент программы, реализующий данный алгоритм на языке С++.

// Функция, вызываемая при расчете выпрямителя
// с индуктивной реакцией нагрузки

void __fastcall TApp::btnInductiveClick(TObject *Sender)

{

// Коэффициенты К1-К14 для каждой из шести схем;

// первые значения пустые (=0), чтобы потом было

// удобнее ссылаться (т.е. не K[0], а K[1])

double T[6][15] = {

{ 0, .5, 1, 2, 1, 2.828, 1.11, .707, .707, 1.34, .67, 1.414, 7, .0055, 1 },

{ 0, .5, 1, 2, 2, 1.414, 1.11, 1, .707, 1.11, .67, 1.414, 5.2, .0064, 1 },

{ 0, .333, 1, 3, 1, 2.449, .855, .58, .58, 1.35, .25, 1.414, 6.6, .0033, .47 },

{ 0, .333, 2, 6, 2, 2.449, .43, .82, .58, 1.045, .057, 2.449, 2.5, .001, .82 },

{ 0, .333, .667, 6, 2, 1.449, .74, .41, .58, 1.045, .057, 1.414, 7.6, .0033, .47 },

{ 0, .167, 1, 6, 1, 2.828, .74, .41, .41, 1.43, .057, 1.414, 6, .0033, .47 }

};

/* id - выбранная схема:

0 - однополупериодная двухфазная С.Т.

1 - двухполупериодная однофазная мостовая

2 - однополупериодная трехфазная

3 - двухполупериодная трехфазная звезда

4 - двухполупериодная трехфазная треугольник

5 - однополупериодная шестифазная звезда

*/

int id = comboScheme->ItemIndex;

// Массив коэффициентов К1,…, К14 для выбранной схемы

double *K = T[id];

double U, // Напряжение сети питания, В

E, // Выпрямленное напряжение, В

A, // Выпрямленный ток, А

P; // Коэф. пульсаций

int F; // Частота напряжения питания, Гц

// Получаем значения входных данных (там же идет проверка)

if( !Rectifier_GetInputValues(U, F, E, A, P) )

return; // если ошибка, то выходим

// Для схем 2п3ф коэффициент пульсаций д.б. < 0.07

if( (id == 3 || id == 4) && P > 0.007 )

if( IDNO == Application->MessageBox(

"Коэффициент пульсаций д.б. < 0.07\n\nПродолжить?",

"ВНИМАНИЕ", MB_YESNO)

)

return;

// индукция трансформатора

double B = 1.2 - .4*sin(.003*E*A);

// сопротивление трансф-ра

double RT = K[12] * E/F/B/A * sqrt(sqrt(F*B/E/A));

// индуктивность рассеяния трансф-ра

double XS = K[13] * E/F/A/B/sqrt(sqrt(F*B/E/A));

//----- Расчёт выходных параметров -----

double Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14, Y15, Y16, Y17;

// выпрямленное напряжение при Х.Х. и С = 0

Y1 = E + K[2]*A*RT + K[3]*F*XS*A + .6*K[4] + .05*E;

// напряжение Х.Х. трансформатора

Y2 = Y1*K[6];

// эффективные токи первичной и вторичной обмоток

Y3 = K[14]*Y2*A/U;

Y4 = K[7]*A;

// габаритная мощность трансформатора

Y5 = K[9]*Y1*A;

// средний, эффективный и импульсный токи диода

Y6 = K[1]*A;

Y7 = K[8]*A;

Y8 = A;

// обратное напряжение диода

Y9 = K[5]*Y2;

// рассеиваемая диодом мощность

Y10 = .6*Y6;

// минимальная индуктивность дросселя

Y11 = .637*E/(pow(K[3],2) - 1)/K[3]/F/A;

// коэффициент сглаживания фильтров

double Q = K[10]/P;

// емкость фильтра

Y12 = 25330*Q/pow(K[3],2)/pow(F,2)/Y11;

// рабочее напряжение конденсатора

Y13 = K[11]*Y2;

// критический ток

Y14 = E/(pow(K[3],2)-1)/K[3]/M_PI/F/Y11;

// внутреннее сопротивление выпрямителя

Y15 = (Y1-E)/A;

// критическое напряжение

Y16 = E + (A-Y14)*Y15;

// выпрямленное напряжение Х.Х. выпрямителя при C > 0

Y17 = K[11]*Y2;

//----- Выводим результаты -----

FillRectifierInputText();

AnsiString t;

char buf[128];

t = "\r\n ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ТРАНСФОРМАТОРА:\r\n";

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Габаритная мощность, Вт", Y5 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Напряжение холостого хода, В", Y2 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.3f\r\n",

"Эффективный ток вторичной обмотки, А", Y4 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.3f\r\n",

"Эффективный ток первичной обмотки, А", Y3 ); t += buf;

t += "\r\n ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ДИОДОВ:\r\n";

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Обратное напряжение, В", Y9 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Средний прямой ток, А", Y6 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Импульсный прямой ток, А", Y8 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.3f\r\n\r\n",

"Выделяемая мощность, Вт", Y10 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Минимальная индуктивность дросселя, мГн", Y11*1000 );

t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Выпрямленное напряжение при Х.Х. и С = 0, В", Y1 );

t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Выпрямленное напряжение при Х.Х. и С > 0, В", Y17 );

t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.0f\r\n",

"Емкость конденсатора, мкФ", Y12 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Рабочее напряжение конденсатора >=, В", Y17 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n",

"Внутреннее сопротивление выпрямителя, Ом", Y15 ); t += buf;

t += "\r\n КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ:\r\n";

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Ток, А", Y14 ); t += buf;

sprintf( buf, " %-45s%6.2f\r\n", "Напряжение, В", Y16 );

t += buf;

strRectifierResult = t;

checkInputRectifierClick(0);

}

Для сравнения ручного расчета и программной реализации алгоритма был проведен тест. Используемые исходные данные:

- напряжение сети питания 220 В;

- частота напряжения питания 50 Гц;

- выпрямленное напряжение 9 В;

- выпрямленный ток 1 А;

- коэффициент пульсаций 0,03.

Тест проводился для мостовой схемы.

Таблица 2.2

Параметр	Ручной расчет	Программный	Отклонение, %
Требования к параметрам трансформатора:
Габаритная мощность, Вт	12.93	13.3	2,8
Напряжение холостого хода, В	12.93	13.3	2,8
Эффективный ток вторичной обмотки, А	1	1.00	0
Эффективный ток первичной обмотки, А	0.06	0.06	0
Требования к параметрам диодов:
Обратное напряжение, В	18,28	18.79	2,8
Средний прямой ток, А	0.50	0.50	0
Импульсный прямой ток, А

Страница:

•  1 
•  2 

дипломная работа "Методики расчета выпрямительных устройств и стабилизаторов напряжения, входящих в состав источников вторичного электропитания" скачать

Подобные документы

• Исследование стабилизаторов постоянного напряжения

  Повышение устойчивости питающего напряжения посредством применения специальных стабилизаторов напряжения. Изучение принципа действия параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения, определение и расчет их основных параметров.
  
  лабораторная работа [1,8 M], добавлен 12.05.2016
  

• Стабилизаторы напряжения

  Виды стабилизаторов: постоянного тока (линейный и импульсный) и переменного напряжения (феррорезонансный и современный). Основные типы современных стабилизаторов: электродинамические, сервоприводные (механические), электронные, статические, релейные.
  
  реферат [288,5 K], добавлен 30.12.2014
  

• Источники электропитания электронных устройств

  Методика расчета выпрямителя источников электропитания электронных устройств, его графическое представление. Определение напряжения и тока на выходе. Мультиплексоры и способы поиска сигналов для их настройки. Понятие и назначение в цепи триггера.
  
  контрольная работа [989,7 K], добавлен 25.11.2009
  

• Модернизация системы вторичных источников питания зенитного ракетного комплекса "Стрела-10"

  Анализ системы вторичных источников электропитания зенитного ракетного комплекса "Стрела-10". Характеристика схематических импульсных стабилизаторов. Анализ работы модернизированного стабилизатора напряжения. Расчет его элементов и основных параметров.
  
  дипломная работа [2,4 M], добавлен 07.03.2012
  

• Проблемы развития источников вторичного электропитания

  Влияние параметров силовых элементов на габаритно-массовые и энергетические характеристики источников питания. Технология полупроводниковых приборов, оптимизация электромагнитных нагрузок и частоты преобразования в источниках вторичного электропитания.
  
  курсовая работа [694,7 K], добавлен 27.02.2011
  

• Источники электропитания

  Сведения об источниках электропитания. Структурные схемы стабилизированных источников электропитания. Неуправляемые выпрямительные устройства. Импульсные, нерегулируемые транзисторные преобразователи напряжения. Транзисторы силовой части преобразователя.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 27.04.2010
  

• Источники вторичного электропитания

  Знакомство с мощными высоковольтными транзисторами. Рассмотрение основных источников вторичного электропитания. Этапы разработки структурной схемы устройства управления силовым инвертором. Способы определения мощности вторичной обмотки трансформатора.
  
  контрольная работа [666,5 K], добавлен 05.02.2014
  

• Разработка системы электропитания на основе импульсного преобразователя напряжения

  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
  

• Регуляторы напряжения

  Регулирование в источниках вторичного электропитания. Применение тиристоров для регулирования напряжения. Синхронный компенсатор: назначение, принцип работы. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Причины и профилактика электротравм.
  
  шпаргалка [624,3 K], добавлен 20.01.2010
  

• Расчет вторичного источника питания

  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
  

Другие документы, подобные "Методики расчета выпрямительных устройств и стабилизаторов напряжения, входящих в состав источников вторичного электропитания"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам