Материал: Расчет источника вторичного электропитания

Расчет источника вторичного электропитания

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет»

Инженерный факультет

Кафедра «Электротехнологии и электрооборудование»

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Электроника

по теме: «Расчет источника вторичного электропитания»

Вариант № 01

Выполнил: студент 31а группы

профиль подготовки:

«Электротехнологии и

электрооборудование»

очной формы обучения

Иманаев Э

Проверил: Пугачев В.В

Оренбург 2014 г.

Введение

Источники вторичного электропитания являются преобразователями электрической энергии, предназначенной для электропитания устройств, выполняющих различные функциональные задачи. С помощью источников вторичного электропитания, в общем случае, энергия от систем электроснабжения промышленной частоты или автономных первичных источников питания преобразуется в необходимые для работы радиоэлектронной аппаратуры питающие напряжения с требуемыми параметрами. Несмотря на относительную простоту принципиальной реализации источников вторичного питания, разработка устройств с высокими энергетической эффективностью, удельными весогабаритными показателями, надежностью и воспроизводимостью является сложной задачей.

Простейшие источники питания малой мощности (до 15-40 Вт), которые иногда называют выпрямителями, содержат трансформатор (низкой частоты 50 Гц), собственно выпрямитель и сглаживающий фильтр. В таких источниках питания выходное выпрямленное или переменное напряжения изменяются при изменении входного напряжения питания или тока нагрузки и потому они используются в устройствах, некритичных по отношению к напряжению питания, что встречается реже.

Более сложные источники вторичного электропитания включают в большинстве практических случаев типичные устройства, которые перечислены ниже.

Одним из обязательных элементов источников питания является трансформатор - статическое устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции напряжений переменного тока с одними параметрами в напряжения с другими параметрами. С помощью силового трансформатора источника вторичного электропитания осуществляется гальваническая развязка высоковольтных, опасных для жизни цепей напряжения электросети и вторичных цепей устройств потребителей. Низкочастотные (50 Гц) трансформаторы малой мощности (до 1000 Вт) промышленного изготовления обладают высокой надежностью и энергетической эффективностью.

Выпрямительное устройство источника питания предназначено для преобразования электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока. В источниках вторичного электропитания находят применение нерегулируемые и реже регулируемые выпрямители, выполняемые на полупроводниковых приборах: диодах, тиристорах или транзисторах. В регулируемых выпрямителях одновременно с функцией выпрямления выполняется регулирование выходного напряжения.

Большинство источников вторичного электропитания содержат в своем составе стабилизаторы напряжения и тока, как простейшие параметрические, так и более сложные - компенсационные. Стабилизаторы предназначены для автоматического поддержания напряжения (тока) на выходе с заданной степенью точности.

Источники вторичного электропитания содержат устройства управления и вспомогательные цепи, которые не участвуют в непосредственном преобразовании и передаче энергии от первичного источника в нагрузку. В современных источниках широко используются устройства обеспечения перехода от одних режимов работы источников питания к другим, которые в основных режимах не участвуют в передаче энергии. К таким устройствам относятся, например пускорегулирующие устройства.

. Расчет трансформатора

Задание № 1. Для приведенной электрической схемы трансформатора произвести расчет его основных параметров при работе на заданную нагрузку.

Таблица 1-Исходные данные по расчету трансформатора

Первая цифра варианта , ВСхема трансформатора, рис. 1, В, В, В, А, А , АТипоразмер

магнитопроводаМарка

Рис. 1- Электрическая схема трансформатора.

Частота тока питающей сети равна =50 Гц.

.1 Расчет мощности вторичных обмоток трансформатора

На основании схемы однофазного трансформатора(рис. 1) и значений выходных напряжений и токов определяется максимальное значение габаритной мощности вторичных обмоток:

где: , - действующие значения напряжений (В) и токов (А) в отдельных вторичных обмотках; , - действующие значения напряжений и токов в обмотках (вторичных) с выводом средней точки.

.2 Определение расчетной мощности трансформатора.

В качестве расчетной мощности трансформатора принимается полусумма электромагнитных мощностей первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Для определения расчетной мощности трансформатора необходимо найти приближенное значение коэффициента полезного действия η.

где:  - частота питающей сети, <5000 Гц; Р21, мощность вторичных обмоток трансформатора, ВА.

Расчетную мощность трансформатора с вторичными обмотками, работающими в течение одного полупериода рассчитаем по формуле:

.3 Выбор конструкции трансформатора

Конструкция трансформатора выбирается согласно исходным данным.

Таблица 2 - Конструкция ленточного сердечника.

1.4 Определение расчетного габаритного параметра трансформатора

Типоразмер магнитопровода (размеры сердечника) определяется мощностью трансформатора и находится с помощью формулы:

здесь: ,  - сечение соответственно сердечника и окна магнитопровода, см4; Ррас - расчетная мощность трансформатора, ВА;  - максимальное значение индукции в сердечнике, Тл; j - плотность тока в проводах обмоток, А/мм2; - коэффициент заполнения сталью сердечника;  - коэффициент заполнения окна проводом обмоток;  - коэффициент формы, который для синусоидального напряжения равен 1,1.

Максимальное значение индукции определим с помощью графика на рис. 1. (Bm=1.5 Тл при выходной мощности трансформатора P2=35.892 ВА).

Рис.1 -Зависимость магнитной индукции B=f(Pрасч) в магнитопроводе от выходной мощности трансформатора; 1-для броневого трансформатора с магнитопроводом из стали 3411, частотой напряжения fc=50Гц.

Значение плотности тока в проводах j A/mm определим с помощью графика на рис.2. (Выходной мощности трансформатора P2= 35.892 ВА соответствует плотность тока в обмотках j=2,5 А/мм2)

Коэффициент заполнения  окна определим с помощью графика на рис. 3(=0.25 при выходной мощности трансформатора равной 35,892 ВА)

Рис. 3 - Зависимость коэффициента заполнения окна ко=f(Pрасч) от выходной мощности трансформатора; 2-для трансформаторов с броневым сердечником с напряжением до 300 В, 50 Гц.

- коэффициент заполнения сталью сердечника выписываем из таблицы 2.4 [1, c. 36]. (Коэффициент заполнения сталью сердечника кс= 0,93 соответствует толщине пластины δс=0,35 мм).

.5 Выбор типоразмера магнитопровода.

трансформатор напряжение мощность обмотка

Конструктивные данные выписываем из справочного материала

[3, c. 113].

Табличное значение произведение площадей сечений сердечника и окна магнитопровода  выбираем больше соответствующего расчетного.

.

Рис. 4 -Магнитопровод для трансформаторов броневой (Ш-образной) конструкции.

Таблица 3. Конструктивный размер броневого ленточного магнитопровода.

1.6 Расчет количества витков трансформатора

Определим число витков трансформатора на один вольт:

Определим число витков первичной обмотки трансформатора:

Определим число витков вторичной обмотки трансформатора:

Определим число витков вторичной обмотки трансформатора со средней точкой:

Относительное падение напряжения (ориентировочное значение) в обмотках выбираем по графику на рис. 5.

(UΔ=0,12 при Ррасч=35,892ВА)

Рисунок 5 Зависимость относительного падения напряжения UΔ= f(Pрасч) на выходе, соответствующее изменению тока от нуля до номинального для трансформатора.: 1-броневые ленточные из стали 3411.

.7 Оценка потерь энергии в магнитопроводе

Определим потери РС в магнитопроводе:

где  - масса магнитопровода в кг; - удельные потери в магнитопроводе (массой 1 кг), Вт/кг.

Приближенное значение удельных потерь определим с помощью графика на рис. 5. ( Pуд=1.8Вт/кг при максимальной индукции Вm=1.5 Тл.).

Рис. 5. Зависимость удельной мощности Руд потерь в сердечниках от максимальной индукции Вm; 2-из стали 3411, δ=0,35мм.

.8 Расчет действующего значения тока холостого хода первичной обмотки трансформатора

Рассчитаем активную составляющую тока холостого хода:

где РС - потери в стали, Вт; U11 - напряжение первичной обмотки трансформатора (действующее значение), В; UΔ - относительное падение напряжения.

Рассчитаем реактивную составляющую тока холостого хода трансформатора:

·       

·        nз - число зазоров для броневого трансформатора nз=2,

·        lз - длина немагнитного зазора, обусловленного не идеальностью сопряжения поверхностей половинок разъемного магнитопровода, приблизительно lз=0,002 см

·        lС - средняя длина магнитной силовой линии.

·        Приближенное значение напряженности магнитного поля Нm (А/м) определим с помощью графика рис. 6. (Максимальной магнитной индукции Вм=1.5 Тл, соответствует напряженность магнитного поля Нm=300 А/м.)

Рис. 6. Зависимость индукции в сердечнике от напряженности поля: 1-для стали 3411.

.9 Расчет действующих значений токов обмоток трансформатора и выбор марки провода

Определим действующее значение тока первичной обмотки (полуобмотки трансформатора):

где: р=1 - без вывода первичной обмотки трансформатора; l=1,2,…L - количество вторичных обмоток с выводом средней точки; k=1,2,…K - количество вторичных обмоток без выводов; w21, w3l, w11 - число витков обмоток.