Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

Курсовая работа по электротехнике

по теме

«Расчет вторичного источника электропитания» Вариант 2.3

Выполнил:

Студент группы СМ11-51

Евсиков И.Г.

Преподаватель:

Васюков С.А.

Москва 2007г.

1. Задание на курсовую работу.

Требуется рассчитать вторичный источник электропитания. Режим работы – продолжительный, нагрузка – активная.

В процессе расчета необходимо:

1. Выбрать (с обоснованием выбора) схему выпрямителя и фильтра.

2. Рассчитать основные параметры полупроводникового диода для выбранной схемы и фильтра.

3. Выбрать (с обоснованием выбора) по справочнику полупроводниковый диод.

4. Рассчитать параметры фильтра, обеспечивающие заданный коэффициент пульсаций напряжения.

5. Выбрать (с обоснованием выбора) по справочникам конденсатор и дроссель необходимых номиналов.

6. Построить внешнюю характеристику выпрямителя и определить его внутреннее сопротивление.

7. Рассчитать напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора для выбранной схемы и фильтра.

8. Выбрать (с обоснованием выбора) материал и тип сердечника трансформатора. Если эти параметры заданы, то обосновать их применение для данной схемы.

9. Рассчитать геометрические размеры сердечника трансформатора.

10. Рассчитать параметры обмоток (числа витков, диаметры проводов и. т. д.).

11. Рассчитать электрические и эксплуатационные параметры трансформатора (к. п. д., ток холостого хода, температуру перегрева обмоток).

12. Изобразить схему выпрямителя и эскиз магнитопровода и катушек трансформатора.

13. Составить электрическую схему замещения выпрямителя для моделирования с использованием программ Electronics Workbench, Multisim или Microcap. В результате моделирования должна быть построена внешняя характеристика выпрямителя и определены:

- токи обмоток трансформатора;

- напряжение вторичной обмотки;

- ток и напряжение в нагрузке;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;

14. По результатам моделирования провести корректировку основных электрических и геометрических параметров выпрямителя.

Данные для расчета в соответствии с номером варианта:

Сетевое напряжение………………………………………………………………………U₁ = 220B

Частота сетевого напряжения…………………………………………………………..... .f = 50Гц

Номинальное среднее выпрямленное напряжение………………………………………U_н = 22В

Номинальный средний ток нагрузки …………………………………………………......I_н = 20А

Минимальное значение тока нагрузки …………………………………………….....I_{н мин} = 14А

Коэффициент пульсаций напряжения нагрузки…………………………………………k_п = 1.5%

Марка электротехнической стали……………………………………………………………..Э310

Тип магнитопровода……………………………………………………………………...броневой

Схема выпрямления………………………………………………………………………мостовая

Выпрямительные устройства – это устройства, предназначенные для преобразования переменного напряжения в постоянное. В общем случае они состоят из трех основных узлов: силового трансформатора, вентильного узла (выпрямителя) и сглаживающего фильтра. В качестве вентилей могут использоваться диоды, тиристоры и мощные транзисторы. Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее распространенный вентиль в маломощных устройствах - полупроводниковый диод. Если в качестве вентилей используются тиристоры или транзисторы, то возможна реализация управляемого режима выпрямления (на диодах строятся только неуправляемые выпрямители).

К выходным параметрам выпрямителя относятся: номинальное среднее выпрямленное напряжение U_н; номинальный средний выпрямленный ток I_н; коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения K_п; частота пульсаций выпрямленного напряжения; внутреннее сопротивление выпрямителя.

Коэффициентом пульсаций K_п называется отношение амплитуды первой гармоники колебаний выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения. Внешняя характеристика выпрямителя - это графически выраженная зависимость среднего значения выходного напряжения от среднего значения выходного тока (тока нагрузки). Для неуправляемых выпрямителей характерно плавное понижение выходного напряжения при повышении тока нагрузки.

Для классификации выпрямителей используются различные признаки и особенности их конструкции: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и т.п. По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180°), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуется три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120°. то такой выпрямитель называют трехфазным.

По исходным данным найдем выходную мощность и сопротивление нагрузки.

P_вых = U_н^.I_н = 22^.20=440Вт

Выбор схемы выпрямителя.

С учетом значений требуемой выходной мощности, выходного напряжения и коэффициента пульсаций выбрана мостовая схема выпрямления . Выпрямители, выполненные по мостовой схеме, обладают наилучшими показателями и применяются наиболее часто. Их можно использовать при любом характере нагрузки (емкостная, индуктивная) при выходной мощности до 1000 Вт. Такие выпрямители применяются в основном с емкостным, Г или П-образными LC и RC фильтрами. Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, эффективное использование трансформатора, возможность питания симметричных нагрузок при наличии вывода средней точки во вторичной обмотке трансформатора. К недостаткам относят невозможность установки однотипных диодных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

Схема выпрямления указана на рис.1.

Рис.1.

Выбор типа фильтра.

При токах нагрузки, превышающих 500 мА, применение простейшего емкостного фильтра не оправдано, так как для обеспечения необходимой фильтрации требуется емкость слишком большой величины. В нашем случае величина тока нагрузки (I_н = 9А) во много раз превышает 500 мА. Целесообразно применение разнообразных индуктивных фильтров, из которых наибольшее распространение получил Г – образный LC фильтр. Данный фильтр часто устанавливается на выходе мостовойго выпрямителя и, следовательно, подходит для расчетов. Схема LC фильтра приведена на рис. 2.

Здесь L_др - индуктивность дросселя, R_др - активное сопротивление дросселя, R_н – номинальное сопротивление нагрузки, C_ф – емкость фильтра.

Рис. 2