Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа по электротехнике с основами электроники

Тема: «Расчет и выбор вторичного источника электропитания»



Оглавление

Введение:

1. Описание и структурная схема источника питания

2. Основные технические характеристики типового источника питания:

3. Электрическая схема и описание типового источника питания.

4. Источник питания с RC фильтром и параметрическим стабилизатором:

5. Основные сведения о параметрических стабилизаторах.

6. Расчет параметрического стабилизатора.

7. Расчет RC фильтра.

8. Источник питания с LC фильтром.

9. Расчет LC фильтра.

10. Операционные усилители.

11. Расчет источника питания с электрическим стабилизатором на ОУ

12. Стабилизатор на К…ЕН

13. Расчет типовой схемы включения стабилизатора на К142ЕН3.

14. Источник питания с умножителем напряжения.

15. Расчет источник питания с умножителем напряжения.

16. Трансформатор

17. Расчёт мощности для выбора трансформатора.

Заключение.

Литература



Введение

Неотъемлемой частью любого радиотехнического устройства является источник электропитания.

Для питания постоянным током электронных управляющих, измерительных и вычислительных устройств применяют источники питания малой мощности, которые обычно получают энергию от однофазной цепи переменного тока. Такие источники питания в настоящее время строятся как по традиционной схеме с выпрямителем, подключенным к сети через трансформатор, так и по схеме с бестрансформаторным входом, работа которой основана на многократном преобразовании электрической энергии.

Сейчас выпускаемая аппаратура становится все сложнее, к ней предъявляются более строгие требования и при этом возрастает количество элементов. Следовательно, на первый план выходят вопросы, связанные с качеством питания этой аппаратуры. Кроме того, каждый прибор имеет свои требования к источнику питания.

Вторичные источники электропитания разрабатываются для питания радио - электронной и специальной аппаратуры в виде отдельных функциональных узлов (ИПС-1) или встроенных узлов (источники питания телевизоров), а так же в виде специальных устройств (зарядное устройство для автомобиля) или устройство управления электроприводом (постоянного тока, переменного тока). А так же различные схемы для питания устройств электротехнологий (схема питания электро - водонагреватели, ультразвуковых преобразователей).

1. Описание и структурная схема источника питания

Обобщенная блок-схема выпрямителя малой мощности может содержать шесть функционально-законченных блоков (рис.1 ).

Тр - трансформатор. Он понижает или повышает напряжение U1 до величины U2, если это необходимо для практики.

ВП - вентильный преобразователь, преобразующий напряжение (ток) переменное U2 в напряжение (ток) однополярное U3.

Ф - фильтр, пропускающий в нагрузку постоянную составляющую тока, и не пропускающий всевозможные гармоники. При этом напряжение в нагрузке U4 становится постоянным с небольшими пульсациями.

Ст - стабилизатор постоянного напряжения. Он поддерживает напряжение U5 постоянным при изменении тока IН нагрузки в заданных пределах.

Н - нагрузка, потребляющая энергию постоянного тока.

СУ - схема управления вентилями блока ВП. Вентили при этом должны быть управляемые (транзисторы, тиристоры). СУ позволяет изменять время открытия управляемых вентилей по заранее известному алгоритму. Часто этот алгоритм построен так, что он поддерживает в нагрузке напряжение постоянным. При этом отпадает необходимость в блоке Ст.

2. Основные технические характеристики типового источника питания:

Таблица 1. Основные технические характеристики типового источника питания

Наименование параметра, единицы измерения	Нормы
1.Входное напряжение: минимальное значение, В максимальное значение, В	0........ 2 15
2.Максимальный ток нагрузки, А	1
3.Ток срабатывания электронной защиты (ограничение тока), А
4.Напряжение пульсации выходное, мВ не более	5
5.Нестабильность выходного напряжения - при изменении напряжения сети на , не более - при изменении тока нагрузки от нуля до максимального, В, не более	0,3
6.Электропитание - однофазная сеть: напряжение, В Частота, Гц	220 50
7.Потребляемая мощность, ВА, не более	60
8. Масса, кг, не более	2,3
9. Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм	210Ч75Ч2,35

3. Электрическая схема и описание типового источника питания

1.Источник питания стабилизированный ИПС - I предназначен для использования в радиолюбительской практике при настройке и проверке электрических схем, для питания стабилизированным напряжением транзисторных радиоприемников, магнитофонов, электрических игр и игрушек и других низковольтных бытовых устройств, а также для зарядки аккумуляторов.

2. Выход стабилизированного напряжения постоянного тока находится на лицевой панели (гнезда «-» и «+»). Контроль выходного напряжения осуществляется по встроенному в источник вольтметру. Схема электрическая принципиальная приведена ниже.

3.Источник ИПС - I представляет собой параметрический стабилизатор последовательного типа и состоит из четырех функциональных узлов: выпрямителя, датчика опорного напряжения, выходного усилителя, схемы электронной защиты.

4.выпрямитель предназначен для преобразования переменного тока со вторичной обмотки трансформатора TI в постоянное напряжение и состоит из выпрямительного моста на диодах VD1…VD4, конденсаторов C1, C6, C7.

Конденсатор С1 предназначен для сглаживания высокочастотных помех, проникающих со стороны сети.

5.Датчик опорного напряжения предназначен для выработки образцового стабилизированного напряжения и представляет собой маломощный стабилизатор напряжения. Датчик состоит из транзисторов VT10, VT11, диода VD5, стабилитрона VD6, Резисторов R6, R8…R11.

Резистор R11 служит для запуска датчика при включении источника в сеть. Диод VD5 предназначен для температурной стабилизации выходного опорного напряжения датчика, равного 15 В ± 1 В, которое снимается с коллектора транзистора VT11 и попадает на делитель напряжения на резисторах R7, R12, R14, R16, R17. Опорное напряжение регулируется резистором R9.

6. Выходной усилитель предназначен для повторения напряжения датчика опорного напряжения, с учётом заданного, ручками ГРУБО, ТОЧНО коэффициент деления на делителе напряжения и обеспечивает необходимый ток в нагрузке. Усилитель состоит из транзисторов VT12, VT13, диода VD7, конденсаторов C5, C8, резисторов R13, R15, R18, R19 и представляет собой усилитель со 100 % отрицательной обратной связью через диод VD7.

7.Схема электронной защиты предназначена для защиты источника от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке. Схема электронной защиты состоит из транзисторов VT8, VT9, конденсатора C2, терморезистора R3, резисторов R1…R5. Работа схемы основана на ограничении тока и происходит следующим образом. Увеличение тока нагрузи источника до вызывает появление напряжения на резисторах R3, R4, достаточного для открывания транзисторов VT8, VT9, которые уменьшают напряжение на базе транзистора VT12 и, следовательно, на выходе источника. Ток защиты регулируется резистором R4. Терморезистор R3 предназначен для температурной стабилизации тока защиты.

4. Источник питания с RC фильтром и параметрическим стабилизатором

Сглаживающие фильтры применяются для уменьшения переменной составляющей выпрямленного сигнала, т.е. для снижения пульсаций. Качество фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания. В качестве основных элементов для фильтров применяют реактивные элементы - конденсатор и катушку индуктивности.

RC фильтр состоит из резистора и конденсатора, применяется в выпрямителях малой мощности. Недостатком такого фильтра можно считать большую потерю энергии в резисторе. Преимущество фильтра состоит в том, что его габаритные размеры, стоимость значительно меньше, чем индуктивно-емкостного.

П-образный С--RC-фильтр В отличие от только что рассмотренного фильтра в П-образном С--LС - фильтре между двумя конденсаторами вместо дросселя включен резистор R1 так, как это показано на рис.5 Основные отличия в работе фильтров определяются различной реакцией дросселя и сопротивления переменному току. В предыдущем случае реактивные сопротивления дросселя L и конденсатора С2 таковы, что делитель напряжения, образованный ими, обеспечивал относительно лучшее сглаживание выходного напряжения.

На рис.5 как постоянная, так и переменная составляющие выпрямленного тока протекают через R1. Вследствие падения напряжения на R1 от постоянной составляющей выходное напряжение уменьшается, и чем выше ток, тем больше это падение напряжения. Поэтому С--RC-фильтр можно применять только при незначительных токах нагрузки. Как и в случае индуктивно-емкостных фильтров, здесь можно использовать многозвенное включение фильтрующих цепей. Выбор фильтров в каждом конкретном случае -- это не простая проблема, но вы должны, во всяком случае, понимать их назначение и принципы работы вследствие того, что они во многом определяют правильность работы устройств электропитания.

5. Основные сведения о параметрических стабилизаторах

Стабилизатором напряжения называется устройство, автоматически поддерживающее постоянство напряжений на стороне потребителя с заданной точностью. Они подразделяются в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы постоянного и переменного напряжения, а по принципу на стабилизаторы параметрические и компенсационные

Основными параметрами стабилизаторов постоянного напряжения являются:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению - отношение относительных приращений напряжений на входе и на выходе стабилизатора:

Kcт = ДUвхUвых/ДUвыхUвх,

где ДUвх , ДUвых - приращение входного и выходного напряжения стабилизатора при неизменном токе нагрузки.

Uвх, Uвых - номинальное входное и выходное напряжение стабилизатора

Внутреннее сопротивление стабилизатора ri, равное отношению приращения выходного напряжения ДUвых к приращению тока нагрузки ДIн при неизменном входном напряжении:

ri = -ДUвых/ДIн

Зная внутреннее сопротивление, которое может достигать тысячных долей ома, можно определить изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки.

Коэффициент сглаживания пульсаций:



g = Uвх.m1Uвых/Uвых.m1Uвх

где Uвх.m1, Uвых - амплитуды пульсаций входного и выходного напряжений стабилизатора.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Принцип действия параметрического стабилизатора основывается на свойстве стабилитрона при изменении проходящего через него тока сохранять прежнее приложенное напряжение. А именно, при увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон VD резко увеличивается, соответственно увеличивается падение напряжения на балластном резисторе Rб. Короче говоря, почти все изменения входного напряжения падают на балластном резисторе. Часто для увеличения коэффициента стабилизации, применяют двухкаскадный стабилизатор, показанный на рис.4. Коэффициент стабилизации в этом случаи будет равен произведению коэффициентов стабилизации каждого каскада. При последовательном соединении нескольких стабилитронов, увеличивается стабилизируемое напряжение. Параллельное включение стабилитронов не допускается, так как небольшая разница в рабочих напряжениях, которая всегда имеет место, приводит к неравномерному распределению протекающих через них токов. Для расчета параметрического стабилизатора нужно знать номинальный ток нагрузки и выбрать номинальный ток стабилизации, который, примерно, будет равен полу сумме минимального и максимального тока стабилизации. Сложив номинальный ток стабилитрона и нагрузки, получим номинальный ток через балластный резистор. Потом выбираем входное напряжение, примерно равное 1.5Uст. И наконец, определяем сопротивление балластного резистора. Для этого разность между входным напряжением и напряжением стабилизации делят на ток проходящий через балластный резистор.



6. Расчет параметрического стабилизатора

Дано: В; мА; ; ; ; .

Зная что В, выбираем стабилизатор- КС551А В, Д814Б В.

Берем простую схему стабилизации с двойным термокомпенсационным стабилитроном, либо с двумя диодами и одним стабилитроном.

Д В;

Ом.

;

так как , то берем простую схему.

В.

B;

B.



Определяем балластное сопротивление:

Ом

Определяем балластную мощность:

Вт;

мА;

При q= В ;

Определяем кпд:

7. Расчет RC фильтра

При

Ом.

Рассчитываем емкость :

мкФ ;

принимаем m=2, .

Выбираем С₂=50 мкФ.



мкФ ;

В;

С₁=22 мкФ.

Рассчитываем мощность:

Р=U·I·cosц=60·30··0,9=1,8 Вт.

Стандартные значение конденсаторов и сопротивлений

R₁=МЛТ-2 580 Ом.

R₂=МЛТ-0,5 9 Ом.

С₁=К50-6 22мкФ/150V.

C₂=К50-6 50мкФ/150V.

стабилизатор трансформатор умножитель напряжение

Рисунок 5. Схема RC фильтра с параметрическим стабилизатором.

8. Источник питания с LC фильтром

П-образный фильтр. Показанный на рис.6 П-образный фильтр, названный так потому, что графическое его изображение похоже на букву П, представляет собой сочетание емкостного и Г-образного LC-фильтров.

Резистор R, включенный на выходе фильтра, практически всегда присутствует в источниках питания и является дополнительным нагрузочным сопротивлением. Назначение его двояко. Во-первых, он обеспечивает путь разряда конденсаторов при отключении напряжения сети и тем самым предотвращает возможности получения электрических ударов обслуживающим персоналом. Во-вторых, он обеспечивает дополнительную нагрузку источника питания даже тогда, когда внешняя нагрузка отключена, и тем самым стабилизирует уровень выходного напряжения. Этот резистор можно также использовать как элемент резистивного делителя напряжения для получения дополнительных выходов.

П-образный фильтр -- это фильтр с конденсаторным входом, дополненный Г-образным звеном. Основное фильтрующее действие выполняет конденсатор С1, который заряжается через проводящие диоды, а разряжается через L и R. Как и в обычном фильтре с емкостным входом, время заряда конденсатора существенно меньше времени разряда. Дроссель L сглаживает пульсации тока, протекающего через конденсатор С2, обеспечивая дополнительную фильтрацию. Напряжение на конденсаторе С2 является выходным напряжением. Хотя его значение немного меньше, чем в источнике питания с обычным емкостным фильтром, но пульсации выходного напряжения значительно уменьшены.

Если даже предположить, что конденсатор С1 через проводящие диоды выпрямителя заряжается до амплитудного значения входного переменного напряжения, а затем разряжается через R, напряжение на конденсаторе С2 будет меньше, чем на С1, так как дроссель L, препятствующий любым изменениям тока нагрузки, стоит в цепи разряда конденсатора С1 и образует совместно с С2 и R делитель напряжения.

Ток заряда конденсаторов С1 и С2 проходит через вторичную обмотку трансформатора и проводящие диоды выпрямителя. Кроме того, при заряде С2 этот ток протекает через дроссель L. Разряд конденсатора С1 происходит через последовательно соединенные L и R, а разряд С2 -- только через сопротивление R. Скорость разряда входного конденсатора С1 зависит от значения сопротивления R. Постоянная времени разряда конденсаторов прямо пропорциональна значению R. Если она велика, то конденсаторы разряжаются мало и выходное напряжение велико. При меньших значениях R скорость разряда увеличивается и выходное напряжение будет уменьшаться, так как уменьшение R означает увеличение тока разряда конденсатора. Таким образом, среднее значение выходного напряжения тем ниже, чем меньше постоянная времени разряда конденсаторов.

9. Расчет LC фильтра

Дано U=60 B, I=300 mA.

Найдем следующие значения:

B;

B;

B;

A;

мкФ ;

Берем стандартное значение мкФ .

Находим индуктивность:

Гн ;



Принимаем L=0,04Гн.

Определяем частоту:

Гц.

f_ф не равно f_c значит резонанса ненаблюдается.

Выбираем диодный мост КЦ402Д B.

Рассчитываем мощность:

Р=U·I·cosц=60·300··0,9=18 Вт.

Стандартные значения конденсаторов

С₁=К50-6 40 мкФ/100V.

С₂=К50-6 40 мкФ/100V.

Рисунок 7. Схема LC фильтра

10. Операционные усилители

В большинстве случаев, рассматривая схемы с обратной связью, мы будем иметь дело с операционными усилителями. Операционный усилитель (ОУ) - это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления и несимметричным входом. Прообразом ОУ может служить классический дифференциальный усилитель с двумя входами и несимметричным выходом; правда, следует отметить, что реальные операционные усилители обладают значительно более высокими коэффициентами усиления (обычно порядка 105 - 106) и меньшими выходными данными, а также допускают изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне питающего напряжения (обычно используют расщепленные источники питания ±15 В). Промышленность выпускает сейчас сотни типов операционных усилителей; условное обозначение, принятое для всех типов, представлено на рис. 1; входы обозначают (+) и (-), и работают они, как можно догадаться, следующим образом: выходной сигнал изменяется в положительном направлении, когда потенциал на входе (+) становится более положительным, чем потенциал на входе (-), и наоборот.

Символы "+" и "-" не означают, что на одном входе потенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом; эти символы просто указывают относительную фазу выходного сигнала (это важно, если в схеме используется отрицательная ОС). Во избежание путаницы лучше называть входы "инвертирующий" и "неинвертирующий", а не вход "плюс" и вход "минус". На схемах часто не показывают подключение источников питания к ОУ и вывод, предназначенный для заземления. Операционные усилители обладают колоссальным коэффициентом усиления по напряжению и никогда (за редким исключением) не используются без обратной связи. Можно сказать, что операционные усилители созданы для работы с обратной связью. Коэффициент усиления схемы без обратной связи так велик, что при наличии замкнутой петли ОС характеристики усилителя зависят только от схемы обратной связи. Конечно, при более подробном изучении должно оказаться, что такое обобщенное заключение справедливо не всегда. Начнем мы с того, что просто рассмотрим, как работает операционный усилитель, а затем по мере необходимости будем изучать его более тщательно.

11. Расчет источника питания с электрическим стабилизатором на ОУ

Дано: Uн = 12 В; Iн = 0,45 А; Uвх min = 16 В; Uвх max = 24 В.

Из справочника выбираем транзистор КТ 602 А. Iк = 500 mA; U_эб = 0,7 В;

= 20; R_к = 24 Ом; I_б = 0,7 mA.

1) Выбираем напряжение стабилитрона (чтобы Uст было меньше 9 В и можно было обеспечить ток с минимальным температурным коэффициентом напряжения).

Берём Uст = 8 В (используем специальные стабилитроны с наименьшим температурным коэффициентом напряжения) Д 814 А.

Icт.ном = 5 mA.

;

2) Рассчитываем сопротивление делителя Исходя из тока делителя не менее 1,5 mA.

= 8 кОм.

Теперь выделяем ,

;

Тогда получаем

3) Рассчитываем минимальный ток управления «ОУ»

=

4) Определяем коэффициент стабилизации

= = 27 кОм

А = 20000

Ч 1000/20000 Ч0,9Ч1000)Ч1000/24Ч20 = 2,5 mВ

Рассчитываем мощность:

Р=U·I·cosц=12·0,45·0,9=4,86 Вт.

Стандартные значения сопротивлений.

R₁=МЛТ-0,5 1,8 кОм.

R₂=МЛТ-0,5 800 Ом.

R₃=СП3-10В 6,3кОм.

R₄=МЛТ-0,5 1,6 кОм.



Рисунок 8. Схема электронного стабилизатора на ОУ

12. Стабилизатор на К…ЕН

Интегральные стабилизаторы напряжения

В источниках электропитания находят применение два вида интегральных стабилизаторов: гибридные интегральные стабилизаторы и полупроводниковые микросхемы стабилизаторов, которые принято называть просто интегральные стабилизаторы напряжения.

Гибридные интегральные стабилизаторы выполняются на бескорпусных интегральных микросхемах и полупроводниковых приборах, которые размещаются на диэлектрической подложке, на которой методом тонкопленочной или толстопленочной технологии наносятся резисторы, соединительные проводники. На диэлектрической подложке размещаются также входящие в стабилизатор дискретные компоненты - бескорпусные конденсаторы, переменные резисторы и др. Гибридные интегральные схемы выполняются в виде законченных устройств на фиксированные уровни выходных напряжений, например, 5, 6, 9, 12, 15В. Используя мощные бескорпусные транзистору и маломощную схему управления, выполненную по гибридно-пленочной технологии выполняются стабилизаторы на большие токи, например до 5А.

Электрические схемы гибридных стабилизаторов напряжения не отличаются от схем стабилизаторов на дискретных полупроводниковых приборах, а методы гибридно-пленочной технологии и идентичность процессов позволяют получать стабилизаторы с лучшими параметрами, чем полупроводниковые интегральные стабилизаторы на одном кристалле. Однако надежность гибридных стабилизаторов значительно ниже, а стоимость значительно выше, чем полупроводниковых интегральных стабилизаторов. Поэтому гибридные интегральные стабилизаторы находят ограниченное применение, в основном, в устройствах, которые изготавливаются малыми сериями или где требуются большие токи нагрузки.

Микросхемы полупроводниковых интегральных стабилизаторов напряжения имеют малую массу и габариты, высокую надежность, низкую цену, что обеспечивает им широкое применение. Промышленность выпускает два вида стабилизаторов: с регулируемым выходным сопротивлением и с фиксированным выходным напряжением. В микросхемах стабилизаторов с регулируемым выходом отсутствует делитель напряжения и элементы частотной коррекции, которые необходимо подключать с внешней стороны микросхемы на печатной плате. Среди таких микросхем наибольшее распространение получили маломощные микросхемы типа К142ЕН1, К142ЕН2 и стабилизаторы средней мощности типа К142ЕН3, К142ЕН4.

Микросхемы К142ЕН1 отличаются от микросхем типа К142ЕН2 только уровнем допустимого входного напряжения и, как следствие, пределами установки выходного напряжения. Микросхема типа К142ЕН3 отличается от К142ЕН4 только минимальным падением напряжения на регулирующем транзисторе. Это различие является следствием разброса параметров, возникающего при изготовлении микросхем.

Интегральные стабилизаторы типа К142ЕН1, К142ЕН2 выполнены на кристалле 1.71.7 мм по одной принципиальной схеме (См. Ошибка! Источник ссылки не найден.), а их классификационные параметры (буква в конце условного обозначения микросхемы А, Б, В или Г) устанавливаются при технологической разбраковке в процессе производства.

13. Расчет типовой схемы включения стабилизатора на К142ЕН3

Дано В, А. Следовательно, , .

Сопротивление R₆ определяем по формуле:

Ом.

Где Т_к- температура корпуса микросхемы в для нашей схемы берем .

U_упр = берем 8В т.к. допускается от 0,9 до 40 В.

кОм;

Сопротивление датчика тока R₁ определяем по формуле

Ом;

Для микросхемы К142ЕН3 ток срабатывания (I_сраб) защиты не должен превышать 1А.

Ом.

R₆=13.2кОм R₅=26кОм R₃=1.5кОм

Рассчитываем мощность:

Р=U·I·cosц=12·0,45·0,9=4,86 Вт.

Стандартные значение конденсаторов и сопротивлений

R₁=МЛТ-2 0,6 Ом. R₅=СП3-10 26 кОм

R₂=МЛТ-0,5 570 Ом. R₆=МЛТ-0,5 13,2 кОм

R₃=МЛТ-0,5 1,5 кОм. R₇=МЛТ-0,5 240 Ом

R₄=МЛТ-0,5 13,2 кОм.

С₁=К50-6 10мкФ/16V.

Рисунок 9. Схема К..ЕН

14. Источник питания с умножителем напряжения

В современных радиоэлектронных устройствах умножители нашли широкое применение. Они используются в телевизионной и медицинской аппаратуре (источники анодного напряжения кинескопов, питания маломощных лазеров), в измерительной технике (осциллографы, приборы для измерения уровня и доз радиоактивного излучения), в приборах ночного видения и электрошоковых устройствах, бытовых и офисных электронных устройствах (ионизаторы, "люстра Чижевского", ксерокопировальные аппараты) и многих других областях техники. Произошло это благодаря главным свойствам умножителей - возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах и массе. Еще одно их важное преимущество - простота расчета и изготовления. Умножитель напряжения состоит из включенных определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока низковольтного источника в высокое напряжение постоянного тока.

Принцип его работы понятен из рис.7 на котором приведена схема однополупериодного умножителя. Рассмотрим происходящие в нем процессы поэтапно. Во время действия отрицательного полупериода напряжения конденсатор С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения приложенного напряжения Uа. Когда к входу умножителя приложено напряжение положительного полупериода, конденсатор С2 через открытый диод VD2 заряжается до напряжения 2Uа. Во время следующего этапа - отрицательного полупериода - через диод VD3 до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С3. И, наконец, при очередном положительном полупериоде до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С4. Очевидно, что запуск умножителя происходит за несколько периодов переменного напряжения. Постоянное выходное напряжение складывается из напряжений на последовательно включенных и постоянно подзаряжаемых конденсаторах С2 и С4 и составляет 4Uа.

Изображенный на рис.7 умножитель относится к последовательным умножителям. Существуют также параллельные умножители напряжения, для которых требуется меньшая емкость конденсатора на ступень умножения.

Наиболее часто применяют последовательные умножители. Они более универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большее число ступеней умножения. Имеют свои достоинства и параллельные умножители. Однако такой их недостаток, как увеличение напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней умножения, ограничивает их применение до выходного напряжения примерно 20 кВ.

15. Расчет источник питания с умножителем напряжения

Дано , I=5 mA,

Рассчитываем конденсаторы:

;

; .

Выбираем 6 конденсаторов К75-15, у которых U=5 кВ, С=0,5 мФ.

Рассчитываем диоды:

кВ.

Принимаем 6 диодов Д1005А, у которых кВ

Рассчитываем мощность:

Р=U·I·cosц=220·5··0,9=1 Вт.



Рисунок 10 Схема умножителя

16. Трансформатор

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной -- первичной -- системы переменного тока в другую -- вторичную -- той же частоты, имеющую в общем случае другие характеристики, в частности другое напряжение и другой ток.

Как правило, трансформатор состоит из а) сердечника, набранного из листовой трансформаторной стали, и б) двух или нескольких обмоток, связанных между собой электромагнитно, а в автотрансформаторе -- также и электрически.

Трансформатор, имеющий две обмотки, называется двухобмоточным, трансформатор с тремя или несколькими обмотками -- трехобмоточным или многообмоточным. Соответственно роду тока различают трансформаторы однофазные, трехфазные и многофазные. Под обмоткой многофазного трансформатора понимают совокупность всех фазных обмоток одинакового напряжения, определенным образом соединенных между собой. Та из обмоток трансформатора, к которой подводится энергия переменного тока, называется первичной, другая, от которой энергия отводится, называется вторичной обмоткой. В соответствии с названиями обмоток все величины, относящиеся к первичной обмотке, как, например, мощность, ток, сопротивление и т. д., тоже называются первичными, а относящиеся ко вторичной обмотке -- вторичными.

Обмотка, присоединенная к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотка, присоединенная к сети меньшего напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (НН). Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше -- повышающим.

Трансформатором с ответвлениями называется трансформатор, обмотки которого имеют специальные ответвления для изменения коэффициента трансформации трансформатора.

Чтобы предотвратить вредное влияние воздуха на изоляцию обмоток и улучшить условия охлаждения трансформатора, его сердечник с находящимися на нем обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называются масляными. Трансформаторы, не погружаемые в масло, называются сухими.

Номинальные величины

Номинальные величины трансформаторов -- мощность, напряжения, токи, частота и т. д.-- указываются на заводском щитке, который должен быть помещен так, чтобы к нему был обеспечен свободный доступ. Однако термин «номинальный» может применяться и к величинам, не указанным на щитке, но относящимся к номинальному режиму, таким, как номинальный к. п. д., номинальные температурные условия охлаждающей среды и т. д.

Номинальным режимом работы трансформатора называется режим, указанный на заводском щитке трансформатора.

Номинальной мощностью трансформатора называется мощность на зажимах вторичной обмотки, указываемая на щитке и выражаемая в киловольт-амперах.

Номинальным первичным напряжением называется напряжение, указанное на щитке трансформатора; если первичная обмотка имеет ответвления, то ее номинальное напряжение отмечается особо.

Номинальным вторичным напряжением называется напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и при номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки; если вторичная обмотка имеет ответвления, то ее номинальное напряжение отмечается особо.

Номинальными токами трансформатора -- первичным и вторичным -- называются токи, указываемые на щитке трансформатора и вычисленные по соответствующим значениям номинальной мощности и номинальных напряжений. При этом, имея в виду, что к. п. д. трансформатора весьма высок, принимают, что номинальные мощности обеих обмоток равны. Пусть, например, номинальная мощность трехфазного трансформатора P_н = 100 кв·а, номинальные первичное и вторичное напряжения U_lн = 6000 в и U_2н = 230 в. Тогда

а

и

а.

Номинальная частота в СССР равна 50 Гц.

Согласно ГОСТ 183--66, кривая напряжения, э. д. с, или тока считается практически синусоидальной, если выраженное в процентах отношение корня квадратного из суммы квадратов амплитуд трех наибольших гармонических составляющих данной периодической кривой к амплитуде ее основной гармонической оказывается не более 5% для машин и трансформаторов мощностью выше 1000 кв, т. е.

%

При меньших мощностях машин это отношение не должно быть больше 10%.Трехфазная система напряжений или токов считается практически симметричной, если при разложении ее на системы векторов прямой и обратной последовательности оказывается, что величина векторов обратной последовательности не превышает 5% от величины векторов прямой последовательности.

17. Расчёт мощности для выбора трансформатора

Для нашего источника вторичного питания будут использоваться 2 трансформатора: первый - RC+LC+ЕН+ОУ; второй - умножитель.

Мощность первого трансформатора:

Вт;

Мощность второго трансформатора:

Вт,

где , Вт;

, Вт;

, Вт;

, Вт;

, Вт.

Расчет токов трансформатора:

мА;

мА;

Выбираем предохранители:

1,2·26·=31,2 мА;

1,2·2·=2,4 мА;

Выбираем стандартные предохранители:

НПН 60 М мА;

НПН 15 мА;

Выбираем «тумблер» ТВ-1 В, ток I=0,001 ч 5 А ,

коммутационная мощность 250 Вт.

Выбираем неоновую лампу типа НЛ.



Обозначения и расположение выводов элементов схемы

КТ602А К140УД7А

К142ЕН3



Заключение

В данной работе я произвел расчёт вторичного источника электропитания с защитой от замыкания. Схема с линейным стабилизатором напряжения характеризуется невысокими значениями КПД, порядка 50%, наличием низкочастотного трансформатора. В сравнении с другими схемами реализуется наиболее просто. Схема с импульсным стабилизатором может обеспечить достаточно широкий диапазон регулирования выходного напряжения. Обеспечивает КПД порядка 90…100%. Данное устройство может быть применено на практике в соответствии с заданием. Разработанную схему можно модернизировать, увеличив коэффициент стабилизации и коэффициент полезного действия.



Литература

1. 5. Касаткин А.С. Электротехника. Учебн. для Вузов/ А.С. Касаткин, М.В. Немцов.- 8 - е изд. испр.- М.: Издательский центр "Академия", 2003.- 544 с.

2. Кузьмин Ю.Г. Задание и общие методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Электротехника с основами электроники» для студентов дневной и заочной формы обучения АГАУ специальности ЭиАСХ. / Издание 2 - е перераб. и доп.- Барнаул: АГАУ, 2009.- 184 с. - Электронный вариант.

3. Каганов И.Л. Промышленная электроника. Учебник для электротехнических и энергетических специальностей М.: Высшая школа, 1968.- 560 с. [УДК 621.38]

4. Белопольский И.И. Источники питания радиоустройств. Учебник для техникумов. Изд. 3-е, перераб.- М: Энергия, 2011. - 312 с. [УДк 621.311.6]

5. Моин В.С., Лаптев П.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергия, 1972.- 512 с.

6. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нам/ Под ред. В.А. Лабунцова.- М.: Энергоатомиздат, 2007. 464 с.

7. Шиллинг В. Тиристорная техника: Основы применения полупроводниковых приборов в технике сильных токов/ Пер. с нем. Под ред. С.Д. Авакьянца.- Л.: Энергия, 2011.- 264 с.

8. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник/ А.Б. Гитцевич и др.- М.: Радио и связь, 2008.- 528 с.

9. Бодиловский В.Г., Смирнова М.А. Справочник молодого радиста. Изд. 3-е, перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 2006.- 351 с.

10. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем./ Под ред. В.А. Лабунцова.- М.: Энергоатомиздат, 210.- 464 с.

11. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/ Под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Сов. Радио,2011.- 480 с.

Размещено на Allbest.ru