Методические указания по выполнению контрольной работы

 

Задание 1.

Для ответа на вопросы этого задания необходимо изучить теоретические вопросы курса «Источники вторичного питания СВТ». Более полно и логично эти вопросы рассмотрены в следующей литературе:

1 вопрос: [10] §3.1; 3.2; 3.3. [3] § 1.1; 1.2.

2 вопрос: [10] § 4.3; 4.5 [3] стр. 131÷ 135. [1] стр.6; стр. 263÷265

3 вопрос: [10] § 6.3. [3] § 5.4. [1] стр.15;16.

4 вопрос: [10] § 6.4. [3] § 5.5. [1] стр.18÷20.

5 вопрос: [10] § 6.7. [3] § 5.8. [1] § 3.1.

6 вопрос: [10] § 7.3. [3] § 6.1. [1] § 1.7.

7 вопрос: [10] § 8.1. [3] § 6.4. [1] § 1.6.

8 вопрос: [10] § 11.1; 11.2; 11.4; 11.5. [3] § 8.2; 8.3; 8.4. [1] § 5.1÷5.3.

9 вопрос: [10] глава 10. [3] глава 7. [1] глава 2.

10 вопрос: [10] § 12.1; 12.2; 12.3. [3] § 9.1÷9.3. [1] § 6.1; 6.2.

 

 

Задание 2.

Проведя анализ исходных данных, необходимо выбрать и обосновать выбор принципиальной схемы предложенного в данном варианте блока источника питания, т.е оценив все достоинства и недостатки схем, остановить свой выбор на наиболее экономичной в данном конкретном случае.

Все расчеты должны сопровождаться рисунками выбранных схем.

 

Расчет выпрямителя

Наиболее часто в однофазных схемах выпрямления используются двухполупериодная схема со средней точкой и мостовая.

Для обеспечения требуемого уменьшения пульсаций, т.е. коэффициента пульсаций применяем сглаживающий фильтр. Таким образом характер нагрузки выпрямления будет определятся выбранным фильтром.

 Рекомендации по выбору и обоснованию выбора схем выпрямления и сглаживающего фильтра, а также их достоинства и недостатки можно найти литературе [1; стр. 76; стр. 81], [2; стр. 206], [3; стр. 165]/

При расчете выпрямителя и СФ после выбора схемы необходимо определиться с порядком и методикой расчета, который будет зависит и от схемы выпрямления и от характера нагрузки [1; стр. 86].

 

Выпрямитель с емкостной нагрузкой

При работе выпрямителя на емкостную нагрузку коэффициент пульсаций схемы зависит как от емкости конденсатора, так и от соотношений между сопротивлениями фазы выпрямителя r_ф и нагрузки R_н. Поэтому целесообразно рассчитать сначала выпрямитель, а затем СФ.

Чтобы учесть, что выпрямитель при емкостной нагрузке работает в импульсном режиме (т.е. с обсечкой Ө), вводится коэффициент А (Ө):

 

 

где m= - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, показывает во сколько раз увеличивается частота пульсаций относительно частоты сети.

 

Вводимые коэффициенты B(Ө), F(Ө), D(Ө), H(Ө), позволяющие определить параметры выпрямителя с учетом импульсного режима, зависят от угла отсечки, а следовательно и от функции A(Ө).

Перечисленные функции представлены виде графических зависимостей от параметра A(Ө) и могут быть определены по [1 рис. 1.24]. [3, рис. 12.3-12.6].

При использовании П-образного фильтра необходимо учитывать, что он представляет собой комбинацию простого емкостного фильтра с входным конденсатором С₁ (q₁) и Г-образного LC2 фильтра (q₂). Таким образом общий коэффициент сглаживания определяется: q=q₁·q₂

 

Емкость входного конденсатора (шкФ):

С₁ =

где К_n % - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на входном конденсаторе С1. Обычно К_n выбирается в пределах (5-15)%.

Оставшаяся часть фильтра LC2 будет сглаживать пульсации до величины, заданной нагрузкой.

Причем, необходимо помнить, что параметры Г-образного фильтра будут зависит от частоты сети:

при F_с = 50 Гц          

при F_с = 400 Гц       

 

 

Выпрямитель с индуктивной нагрузкой

При работе выпрямителя на индуктивную нагрузку его коэффициент пульсаций не зависит от соотношения r_ф и R_н, режим работы непрерывный. Но при этом необходимо учитывать падения напряжения на сопротивление дросселя. Поэтому сначала учитывают сглаживающий фильтр, а затем выпрямитель.

Чисто индуктивная нагрузка применяется редко, поэтому рассчитывая Г-образный СФ пользуемся формулами приведенными в пункте 2.1.1.

При выборе конденсаторов в LC фильтра необходима проверка на отсутствие резонанса по неравенству:

2

 

где

 

При выборе индуктивности необходимо учитывать, что L_др ≥L_min

                                                                                 I_др ≥ I_вых

                                                                                 r_др – min

После выбора индуктивности выполняется проверка падения напряжения на дросселе.

∆U_др = r_др I_вых

где r_др – активное сопротивление выбранного дросселя.

Оно не должно превышать принятого ранее ориентировочного значения ∆U_др.

 

Выбирая диоды схем выпрямления помните, что их параметры должны превышать определенные расчетные значения.

При отсутствии таких диодов допускается их параллельное значение при больших токах и последовательное при больших напряжениях.

В заключении расчета необходимо определить коэффициент полезного действия.

КПД =

 

где Р_вых = U_вых*I_вых – мощность нагрузки

∆Р_тр = Р_габ (1-η_тр)- потери в трансформаторе (η_тр – КПД трансформатора)

∆Р_д = N I_д*U_пр – потери в диодах (N – количество последовательно включенных диодов)

∆Р_др =  - потери дросселя фильтра

 

Примеры расчетов выпрямителей и сглаживающих фильтров

Основа расчета графоаналитический метод [1 стр.41], использующий сочетание теоретических формул и практических рекомендаций.

В учебной литературе рассмотрены конкретные примеры расчетов наиболее распространенных схем с точной методикой и порядком расчета. Там же приведены и основные справочные данные для расчета и выбора элементной базы:

- однофазная мостовая схема выпрямления с простым емкостным СФ [1; стр.86]

- однофазная мостовая схема выпрямления с Г-образным СФ [1; стр.86]

- однофазная мостовая схема выпрямления с П-образным СФ [3; стр.326]

- однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой и Г-образным СФ [3; стр.333]

Расчет компенсационного стабилизатора

Эти стабилизаторы с последовательно включенным регулирующим транзистором и усилителем постоянного тока в цепи ООС обеспечивают достаточно высокий коэффициент стабилизации. Основным недостатком этих стабилизаторов является низкий КПД, из-за потерь на регулирующем транзисторе.

Пример расчета данного стабилизатора хорошо рассмотрен в [3; стр.333].

При расчете необходимо учитывать:

а) Максимальный входной ток стабилизатор будет больше выходного тока;

I _max = I_вых + I_доб

где I_доб – ток цепи параметрического стабилизатора, цепи делителя.

I_доб = (0,05÷0,1) I_вых причем коэффициент уменьшается с увеличением тока выхода.

б) Силовой регулирующий транзистор выбирается из условия, что все его параметры (I_кт; U_кэт; Р_кт) должны превышать полученные расчетные.

в) Стабилитрон опорного напряжения выбираем по условию:

U_ст ≤ U_{вых min} – (2÷3)

I _{ст ном} <I_доб.

Регулировку выходного напряжения задаете самостоятельно.

 

г) Усилительный маломощный транзистор выбирается только по U_кэт.

 

Токи задаете самостоятельно из условия: I_к ≈ I_э < I_{ст ном.}

 

д) Выбираем резисторы по ряду Е24, а при выборе типа резистора учитываем его мощность.

е) В конце расчета обязательна проверка коэффициента стабилизации.

Если в задании не предусмотрена система питания базовой цепи регулирующего транзистора, то К_ст будет меньше [3; стр.339].

Увеличить его можно включив к регулирующему транзистору составной (его расчет и выбор найдёте в [3; стр.339]. предложите свои решения повышения К_ст – введением других дополнительных элементов.

 

Расчет преобразователя постоянного тока

При выборе принципиальной схемы необходимо учитывать, что преобразователи с самовозбуждением используются для получения небольших мощностей при постоянной нагрузке.

При изменении нагрузки изменяется режим работы, частота колебаний амплитуда импульсов и их форма. По этим причинам при больших мощностях и переменной нагрузке выбираем преобразователи с усилителем мощности, состоящих из маломощного задающего генератора и мощного усилителя мощности. В таких преобразователях изменения нагрузки не влияет на работы задающего генератора, определяющего частоту переключения.

Недостатком преобразователей с независимым возбуждением является опасность пробоя транзисторов входного каскада при перегрузках или к.з. в нагрузке, а следовательно как следствие использование защиты.

В преобразователях с самовозбуждением в аналогичных случаях происходит лишь срыв генерации и после устранения перегрузки автогенератор остается работоспособным.

Расчет преобразователя состоит из следующих этапов:

- расчет параметров и выбор транзистора;

- расчет импульсного трансформатора;

- проверка транзистора по тепловому режиму;

- расчет выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра.

 

При выборе переключающего транзистора автогенератора (двухтактного) необходимо помнить, что напряжение коллектор-эммитер закрытого транзистора равно удвоенному входному напряжению

U_кэт = 2U_вх

 

Частоту переключения транзистора задаете самостоятельно, помните, что она будет определять габариты трансформатора.

При Р_габ ≤1 кВт используют ленточные магнитопровода броневого или торондального типа, причем последний предпочтительней вследствие меньших потерь.

В качестве материала магнитопровода используют электротехническую сталь марок 1512, 1521, 3411 (на частоте более 2 кГц), а также пермаллой марок 50НП, 65НП, 34НК МП, с высоким содержанием магнитной индукции насыщения. Основные данные в [3; табл.12,5]

При расчете выходного трансформатора усилителя мощности в преобразователе с независимым возбуждением учитываем что магнитопровод работает в линейном режиме (без насыщения), поэтому вместо индукции насыщения B_s в формулах для определения S_oS_c и 0,5W_k подставляется меньшее значение индукции B=(0,7÷0,8)B_s.

Примеры расчета:

- двухтактный автогенератор [3; стр.339];

- преобразователь с независимым возбуждением (расчет усилителя мощности) [3; стр.346].

 

 

Задание 3.

Для выполнения этого здания необходимо знать структурные и принципиальные схемы всех узлов источника питания, особенно подробно стабилизаторы непрерывного действия.

Этот материал хорошо изложен в любой предложенной учебной литературе.

Пример:

 

 

 

Выделяем основные узлы принципиальной схемы, указываем элементный состав и назначение этих узлов. Определяем тип схемы выпрямления, сглаживающего фильтра, стабилизатора. Если источник питания имеет защиту, указать её элементы в структурной схеме.