IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

Неотъемлемой частью ускорения научно-технического прогресса, который характеризуется постоянным увеличением сложности устройств, является развитие электроники.

Выполнение современных радиоэлектронных устройств выдвигает три проблемы конструирования:

1) применение полупроводниковых приборов вместо электронных ламп в электронике, автоматике, радиоаппаратуре;

2) параметры полупроводниковых приборов определяют характеристики электронных устройств, зависящие от параметров схемы;

3) транзисторы в радиоэлектронных схемах выполняют те же функции, что и электронные лампы, но отличаются от нее существенными преимуществами: незначительное потребление мощности, отсутствие накала и связанных с ним недостатков, вибростойкость.

Конструирование – составная часть процесса разработки радиоэлектронной аппаратуры. Это сложный комплекс взаимосвязанных работ, где учитывается знание современных технологий, различные требования к конструкции изделия, знание импульсной техники и других дисциплин.

Цель курсового проекта – это разработка конструкции источников питания, при которой потребуется малый объем расходов энергетических, трудовых и материальных ресурсов.

1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

1.1 Назначение и условия эксплуатации

Источник питания относится к третьей группе жесткости по ГОСТ 16019-78. Он является постоянной аппаратурой, работающей в помещении. Он имеет категорию микроклиматического использования УХЛ 3.1 по ГОСТ 15150-69. Из ГОСТа 15150-69 источники питания используются в УХЛ климате, факторы которого зависят от максимальной и минимальной температуры, влаги, давления.

Из ГОСТа 15159-69 источник питания применяется в УХЛ климате, где значение максимальной и минимальной температуры, влажности воздуха, давления или после воздействия термоциклов заданных режимов и продолжительность влияет на работоспособность.

Из ГОСТа 15150-69 для данной категории исполнения имеет следующие значения климатических факторов внешней среды:

Таблица 1 - Относительная влажность воздуха

Среднее значение	Верхнее значение
70 % при 15 С	80 % при 25 С

Таблица 2 - Температура воздуха при эксплуатации

Рабочие значения		Предельные рабочие значения
Верхнее +40	Нижнее –10	Верхнее +45	Нижнее –10

Рабочее значение атмосферного давления 86,6 кПа.

Режим и длительность работы – непрерывный.

1.2 Описание существующих конструкций

Современные радиотехнические устройства – это сложные комплексы аппаратуры. Они состоят из различных комбинаций ионных, электронных и полупроводниковых приборов, активных и реактивных сопротивлений, дросселей, трансформаторов и магнитных усилителей, а так же большого количества измерительных коммутаций, сигнальных приборов и аппаратов. Все эти элементы потребляют электрическую энергию как в виде постоянного, так и переменного тока.

Радиоустройства в ходе работы потребляют большое количество электрической энергии постоянного и переменного тока. Но подавляющая часть радиотехнических устройств потребляет энергию в виде постоянного тока. Постоянный ток используется для питания полупроводниковых приборов цепей питания магнитных усилителей, реле и других элементов радиотехнических схем.

Переменный ток применяется для питания цепей накала большинства магнитных усилителей, систем автоматики, электродвигателей и различных вспомогательных устройств.

Т.к. в радиотехнике используются разнообразные элементы, то мощности источников электропитания устройств могут иметь величины, начиная с долей ватта до нескольких сотен киловатт, напряжение – с долей вольт до нескольких десятков киловольт, токи – с долей миллиампера до нескольких сотен ампер.

Большинство современных радиотехнических установок представляют собой точные измерительные приборы. Поэтому предъявляются весьма высокие требования к стабильности напряжений.

В зависимости от требований, предъявляемых радиотехническим схемам и ко вторичным источникам электропитания, объема радиоаппаратуры, ее конструктивного использования и потребляемой мощности можно разделить системы вторичного питания на централизованные и индивидуальные.

Для сравнения приведем описание схемы источника питания (рис. 1).

В этой схеме трансформатором понижается сетевое напряжение, выпрямляется диодным мостом, фильтруется конденсатором, стабилизируется параметрическим стабилизатором с усилителем тока. Особенность стабилизатора заключается в подаче напряжения на базу управляющего транзистора с переменного резистора, т.е. изменяется и выходное напряжение источника питания.

Расчетная схема более выгодна, т.к. она проще в изготовлении и не нуждается в подборе балластного сопротивления стабилитрона.

1.3 Описание схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная платы устройства зарядного включает в свою конструкцию 3 самостоятельных узла, выполняющих отдельные функции:

- узел питания состоит из трансформатора и выпрямительного моста

- узел коммутации зарядного тока состоит из составного электрического ключа на транзисторах VT1 и VT2 (КТ209 и КТ829 соответственно)

- узел сравнения зарядного напряжения с напряжением на клеммах аккумулятора, выполненный на компараторе микросхемы DА1 (К554СА3А) и является главным узлом в схеме.

Схема работает следующим образом: при подключении клемм устройства зарядного к аккумулятору с остаточной ЭДС не менее 8 В, питание от аккумулятора подается на схему сравнения через диод VD1. На инвертируемый вход 4 компаратора микросхемы DА1 через цепочку R8, R10 и VD3 подается напряжение равное 4,7 В. На другой вход 3 микросхемы DА1 подается напряжение, зависящее от заряженности аккумулятора. Это напряжение регулируется резистором RP1 и должно быть равным напряжению на входе 4 микросхемы DА1, при условии, что напряжение заряда аккумулятора стало равным U = 14,4 В. При достижении ЭДС на аккумуляторе равным U = 14,4 В происходит переключение компаратора DА1 и на выходе 9 уровень выходного напряжения изменяется от 0 до 7 – 8 В, которое через резистор R3 закрывает транзистор VT1, а тот в свою очередь транзистор VT2. Падение напряжения на транзисторе VT2 образует ток для свечения индикатора единичного HL1, что индуцирует об окончании зарядки аккумулятора.

В целях гарантирования баланса в схеме применен составной среднечастотный транзистор (VT2 – КТ 829 А), коэффициент усиления которого составляет не менее 700. В режиме отсечки падение напряжения составляет 1,5 В при токе 5 А. Поэтому при работе устройства зарядного в номинальном режиме нагрева транзистора при использовании радиатора практически не происходит.

2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ

2.1 Расчет выпрямителя

1. Определить сопротивление нагрузки по формуле

где Uо – выпрямительное напряжение, В; Uо = 12 В

Io – выпрямительный ток, мА; Io = 1 А

Rн = 12/1 = 12 Ом

2. Определить мощность нагрузки по формуле

Po = 12 1 = 12 Вт

3. Исходя из требований к схемам выпрямителя, т.е. при мощности менее 1 КВт, выбираем однофазную мостовую схему выпрямителя.

4. Определить сопротивление по формуле

где j = 3 А/мм,

В = 1,3 Т,

fc – частота, Гц; fc = 50 Гц

5. Для определения сопротивления диода в прямом направлении rтр выбираем тип диода по следующим параметрам:

- средний выпрямленный ток

Iпр.ср. = 1/2 = 0,5 А

- амплитуда обратного напряжения

Uобр.max = 1, 41 1,3 12 = 22 В

По справочнику выбираем вентиль КД 212 А, имеющий параметры:

- Iпр.ср. max = 1 В

- Uобр.max = 100 В

- Uпр. = 1 В

Определить сопротивление вентиля по формуле

rпр. = 1/1 = 1 Ом

6. Определить сопротивление фазы выпрямителя по формуле

rср. = 3,84 + 2 1 = 5,84 Ом

7. Определить параметр А

А = 1 3,14 5,84/2 12 = 18, 3/24 = 0,7625

8. Из графиков определить параметры В, Д, F

В = 1,47; Д = 4; F = 1,9

9. Определить напряжение на вторичной обмотке трансформатора по формуле

U2 = 1,47 12 = 17,64 В

10. Определить ток во вторичной обмотке трансформатора по формуле

I2 = 0,707 1 = 0,707 А

11. Определить ток первичной обмотки трансформатора по формуле

I1 = 2,8 0,08 = 0,224 А

12. Определить габаритные мощности первичной и вторичной обмоток по формуле

S1 = S2 = 0,707 4 1,47 12 = 49,9 В А

13. Определить требуемое уточненное обратное направление на вентиле по формуле

Uобр.max = 1,41 1,47 12 = 24,9 В

14. Определить требуемое уточненное значение тока вентиля по формуле

Iпр. = 0,5 4 1 = 2 А

15. Определить уточненное значение среднего тока вентиля по формуле

Iпр.ср. = 0.5 1 = 0,5 А

16. Определить максимальный ток по формуле

Iпр.max = 0,5 1,9 1 = 0,95 А

В результате расчета можно сделать вывод, что выбранные диоды проходят по всем показателям.

17. Из графиков определить параметр H. Для однофазной мостовой схемы параметр определяют по кривой m = 2.

H = 900

18. Определить емкость конденсатора, устанавливаемого на выходе выпрямителя по формуле

где кп = 0,1

С = 900/5,84 0,1 = 1541,0958 мкФ

2.2 Расчет трансформатора

1. По определенным значениям мощности трансформатора выбираем магнитопровод для заданной мощности

S1 = S2 = Pтип = 17,8 B A = 49,9 B A

Конфигурация магнитопровода – броневая пластинчатая, марка стали Э-42. толщина стали 0,35 мм

В = 1,3 Т; j = 3,8 А/мм; Км = 0,28; КПД = 0,8; Кс = 0,94

2. По выбранным значениям определяем произведение

Sст Sок = 49,9 10/175,5 = 43,2 мм

3. По произведению Sст Sок выбираем стандартный магнитопровод Ш 20 20. Его параметры:

а = 20 мм; h = 50 мм; с = 20 мм; С = 80 мм; H = 70 мм; b = 20 мм

Активная площадь сечения среднего стержня Sст = 3,64 см

Средняя длина магнитной силовой линии Lст = 17,14 см

Активный объем магнитопровода Vстакт = 62,4 см

Вес магнитопровода Gст = 500 г

Количество пластин 52 шт.

4. Определяем число витков обмоток трансформатора

5. Определяем сечение проводов обмоток

Sпр1 = 0,224/3,8 = 0,06 мм

Sпр2 = 0.707/3,8 = 0,2 мм

Выбираем стандартные диаметры проводов. Первичная обмотка ПЭЛ. Номинальный диаметр 0,27 мм, в изоляции 0,31 мм. Вторичная обмотка ПЭЛ. Номинальный диаметр медной проволоки 0,51 мм, в изоляции 0,55 мм.

6. Находим допустимую осевую длину обмотки

hg = 50 – 5 = 45 мм

7. Определяем число витков в одном слое и число слоев каждой обмотки

Ку = 1,07 – 1,15

Wc1 = 45/1,15 0,27 = 45/0,3105 = 145 витков

Wc2 = 45/1,15 0,51 = 45/0,5865 = 77 витков

N1 = 2586/145 = 18 слоев

N2 = 240/76,7 = 3 слоя

На этом электрический расчет закончен.

2.3 Выбор элементов схемы

В результате произведенных расчетов элементов схемы получили рассчитанные значения номинальных величин, на основании которых производим выбор типов элементов, их номинальные данные, допустимые отклонения, в соответствии с действующими стандартами на каждый вид элементов.

Вентиль: КD 212 А

Конденсатор: выбираем из ряда соответствующего ГОСТам, при этом учитывая рабочее напряжение на конденсаторе. По этим данным проводим выбор номинала конденсатора: К50 – 6 – 16 В – 220 мкФ.

Трансформатор: число витков обмоток трансформатора W1 = 2586 витков, W2 = 240 витков. Сечение проводов обмоток Sпр1 = 0,06 мм, Sпр2 = 0,2 мм. Диаметры проводов: первичная обмотка ПЕЛ, номинальный диаметр медной проволоки 0,27 мм, в изоляции 0,31 мм. Число витков в одном слое и число слоев каждой обмотки: Wс1 = 145 витков, Wс2 = 77 витков, N1 = 18 слоев, N2 = 3 слоя. Магнитопровод Ш 20 20. Его параметры: a = 20 мм, h = 50 мм, c = 20 мм, C = 80 мм, H = 70 мм, b = 20 мм. Активная площадь сечения среднего стержня Sст = 3,64 см. Средняя длина магнитной силовой линии Lст = 17,14 см. Активный объем магнитопровода Vстакт = 62,4 см. Вес магнитопровода Gст = 500 г. Количество пластин 52 штуки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенной курсовой работы был рассчитан источник питания на напряжение 220 В и ток 1 А, был включен простейший фильтр и параметрический стабилизатор с усилителем тока.

Курсовой проект состоит из двух разделов. В первом разделе необходимо было провести обоснования технического решения данной схемы, рассмотреть ее назначение, условия эксплуатации, сравнить с другими аналогичными конструкциями и описать схему электрическую принципиальную. Во втором разделе нужно было провести электрический расчет выпрямителя для выбора номинальных значений данной схемы, для осуществления ее нормальной работы.

В результате выполнения выше описанных действий можно сделать вывод, что схема источника питания является наиболее современной и экономичной.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Горелова И.А. «Методическое пособие для расчета источников питания», Тамбов, 2005.

2. Четвертков И.И., Терехова В.И. «Справочник резисторов», М Радио и связь, 1991.

3. Шустов М.А. «Практическая схематика источника питания и стабилитроны», М Альтекс – А 2002 – КН2.

4. Погорельский А. «Стабилизирование блока питания», Радио – 1998.

Код для цитирования: Скопировать