3. Методичні вказівки до виконання розрахунків контрольної роботи

На сьогоднішній день з'являються усе більш складні електронні системи, що використовують як елементну базу новітні напівпровідникові прилади й інтегральні мікросхеми з високим ступенем інтеграції. Ці системи пред'являють дуже високі вимоги до живлячої енергії:

• високу стабільність живлячої напруги;

• необхідну форму синусоїдальної напруги;

• високу стабільність частоти;

• мінімально можливий рівень пульсації.

Для виконання цих вимог використовують блоки вторинного електроживлення. Саме такий блок я розрахую у даній роботі.

Блок вторинного електроживлення складається з силового трансформатора, вентильної схеми, фільтра і стабілізатора.

Силовий трансформатор-чотириполюсник, який служить для пониження (підвищення) напруги джерела змінного струму (електромережі) до потрібної величини. Має одну або декілька первинних обмоток для вмикання в електромережу та одну або декілька вторинних обмоток для підключення навантаження. Для випрямляча навантаженням силового трансформатора є вентильна схема.

Вентильна схема - чотириполюсник, яка служить для перетворення змінного струму в постійний.

Згладжуючий фільтр або фільтр випрямленої напруги - чотириполюсник, служить для зменшення пульсації струму після випрямлення. Фільтри випрямленої напруги мають такі різновиди: ємнісний фільтр, індуктивний фільтр.

Стабілізатор напруги – пристрій, що підтримує автоматично і з необхідною точністю напругу на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах.

4.1 Розрахунок однофазного випрямляча малої потужності

Схема однофазного випрямляча малої потужності зображена на рисунку 5

Рисунок 5 Схема однофазного випрямляча малої потужності[10]

4. 1.1 Визначимо орієнтовні значення параметрів вентилів та габаритну потужність трансформатора. Для цього необхідно задати значення допоміжних коефіцієнтів B, D і F. Для мостової схеми їх вибирають в інтервалах B=0,95…1,1; D=2,1…2,2; F=6,8…7,2

Нехай B=1,06; D=2,15; F=7,0 (4.1.1)

Тоді амплітуда зворотньої напруги на вентилі становитиме:

(4.1.2)

Середнє та амплітудне значення струму через вентиль відповідно:

(4.1.3)

(4.1.4)

4.1.2 Габаритну потужність трансформатора визначимо:

(4.1.5)

Таблиця 2 – Рекомендовані значення максимальної індукції та к.к.д. трасформатора для марок сталей Э340, Э350, Э360

За визначеним значенням габаритної потужності з таблиці 2 знаходимо максимальне значення індукції для сталі марки Э360, забезпечуючи виконання умови S_т більше розрахованого:

для

4.1.3 Вибираємо тип вентилів за таблицею 3. При цьому необхідно забезпечити виконання умов:

(4.1.6)

(4.1.7)

(4.1.8)

Таблиця 3 – Основні параметрі деяких випрямних діодів

В якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД202А, що мають наступні параметри:

4.1.4 Знаходимо опір діода у провідному стані:

(4.1.9)

4.1.5 Знайдемо величину активного опору обмоток трансформатора:

,

(4.1.10)

де - коефіцієнт , що залежить від схеми випрямляча; для мостової схеми =3,5; - амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі трансформатора, Тл;

S – число стержнів трансформатора, що на них розміщено обмотки: для броньового трансформатора з Ш – подібними пластинами магнітопроводу S=1.

4.1.6 Знаходимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

,

(4.1.11)

д е - коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення: для мостової схеми

4.1.7 Визначаємо кут , що характеризує співвідношення між індуктивним і активним опорами випрямляча:

, (4.1.12)

де r – активний опір випрямляча.

У загальному випадку

, (4.1.13)

де - кількість послідовно увімкнених і одночасно працюючих вентилів, для мостової схеми

4.1.8 Знаходимо величину основного розрахункового коефіцієнта:

(4.1.14)

де m – число фаз випрямляча (для мостової схеми m=2).

4.1.9 За знайденими значеннями і кута за графіками, наведеними на рис. 6 – 9, знаходимо величини допоміжних коефіцієнтів . Знаючи величини коефіцієнтів B, D, F і H, можна знайти уточнені параметри трансформатора і вентиля, за якими перевіримо правильність їх вибору.

4.1.10 Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора становить:

_(4.1.15)

4.1.11 Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:

(4.1.16)

4.1.12 Повна потужність вторинної обмотки трансформатора:

(4.1.17)

4.1.13 Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора:

, (4.1.18)

де - коефіцієнт трансформації трансформатора ( )

4.1.14 Повна потужність первинної обмотки трансформатора:

(4.1.19)

4.1.15 Уточнимо повну (габаритну) потужність трансформатора:

(4.1.20)

4.1.16 Уточнимо значення параметрів діода:

(4.1.21)

(4.1.22)

(4.1.23)

Отже тип діода вибрано правильно.

4.1.17 Знаходимо величину ємності конденсатора фільтра:

(4.1.24)

З таблиці 3 вибираємо конденсатор типу К50-18 з ємністю 4700 мкф на напругу .

4.1.18 Будуємо зовнішню (навантажувальну) характеристику випрямляча (графік 1). За допомогою цієї характеристики можна визначити відхилення випрямленої напруги від заданого значення при різних величинах струму навантаження , у тому числі напругу холостого ходу , струму короткого замикання та величину внутрішнього опору випрямляча .

Для розрахунку зовнішньої характеристики будемо задавати значення від 0 до номінального значення та знаходити відповідні їм значення допоміжного коефіцієнта

(4.1.25)

За графіком на рисунку 10 знаходимо відповідні значення величини θ(4-5 значень) залежно від та , де θ – кут відтинання. Тоді відповідні їм значення вихідної напруги випрямляча можна розрахувати за формулою:

θ= θ (4.1.26)

Результати розрахунку занесли до таблиці 5 та від образили на графіку 1.

Таблиця 5- Результати розрахунку навантажувальної характеристики

випрямляча

	для	cosθ
0	0	1,38	27.88
0,15	0,0111	1,25	25.25
0,3	0,0222	1,16	24.43
0,45	0,0333	1,09	22.22
0,6	0,0444	1	20.2

З таблиці можна зробити висновок, що параметри розрахованого випрямляча відповідають завданню, бо при маємо , що відрізняється від заданого значення на 1 %. Це відповідає допустимій точності при інженерних розрахунках (5 %).

4.1.19 Знаходимо значення напруги холостого ходу випрямляча:

_(4.1.27)

4. 1.20 Величина струму короткого замикання становить:

_(4.1.28)

Графік 1- Навантажувальна характеристика

Графік побудований за допомогою програми Microsoft Office Excel

4.1.20 Величина струму короткого замикання становить:

(4.1.29)

4.1.21 Величина внутрішнього опору випрямляча складає:

(4.1.30)

4.1.22 Знайдемо величину к.к.д. випрямляча:

,

(4.1.31)

де - втрати потужності у трансформаторі з к.к.д.

- втрати потужності у одночасно працюючих діодах:

Втрати потужності у трансформаторі:

(4.1.32)

Втрати потужності у діодах:

, (4.1.33)

Тоді