Таймер-регулятор потужності

 

4 Нестабільність напруги мережі

 

Рст. вх = 0,1

 

5 Необхідний коефіцієнт стабілізації

 

Кст = Рст. вх. / Рст. вих.     (3.1.1)

Кст = 0.1/0.0005 = 200

 

6 Пульсації на виході

 

U~m вих. = 0,006 В

Кп вих. = (U~m вих. / Uвих.)•100%     (3.1.2)

Кп вих. = (0.006/12.5)•100% = 0.048 %

7 Робоча температура

Тmax = 35ºC

Tmin = 15ºC

∆T = 20ºC

1 Розрахунок регулюючого транзистора

1.1 Максимальний струм регулюючого транзистора

 

Ік max = Ін max = 1А

Беремо транзистор КТ814В з параметрами:

Uке = 65 В

Uке min = 3 В

Ін max = 12А

Ік обр. = 0.015 А  

Рк доп. = 1.5 Вт

h21е min = 40 при Ік = 1А

Rtк = 1ºС / Вт

Тк max = 80ºC

   1.2 Амплітуда пульсацій на вході стабілізатора

 

U~m вх. = (0.05÷0.1)•( Uвих. max + Uкэ min) (3.1.3) U~m вх. = 0.07•(13 + 3) = 1.12 В

 

1.3 Мінімальна напруга на вході стабілітрона

 

Uo min = Uвих. max + Uкэ min + U~m вх.      (3.1.4)

Uo min = 13 + 3 + 1.12 = 17.2 В

 

1.4 Номінальна напруга на вході стабілізатора

 

Uон = Uo min / (1 - Рст. вх)                      (3.1.5) Uон = 17.2 / (1 - 0.1) = 19 В

 

1.5 Коефіцієнт згладжування

q = Кп вх. / Кп вих       (3.1.6)

q = 5.9 / 0.048 = 123 < Кст = 200,

          де Кп вх. = (U~m вх. / Uон)•100% (3.1.7)

Кп вх. = (1.12 / 19) • 100% = 5.9%

 

1.6 Максимальна напруга на вході стабілізатора

          Uо max = Uон • (1 + Рст. Вх) (3.1.8)

Uо max = 19 • (1 + 0.1) = 20.9 В

         1.7 Величина внутрішнього динамічного опору випрямляча

         Riв = (0.05÷0.15)• Uон / Ік max (3.1.9)

Riв = 0.1 • 19 / 1 = 1.9 Ом

 

1.8 Максимальна напруга на вході стабілізатора (при максимальному струмі навантаження)

 

Uо max max = Uо max + Riв •( Ін max – Iн min) (3.1.10)

Uо max max = 20.9 + 1.9 •(1 – 0.5) = 21.85 В

 

1.9 Максимальна напруга між колектором та емітером

 

Uке max = Uо max max - Uвих. min (3.1.11)

Uке max = 21.85 – 12 = 9.85 В

 

1.10 Максимальна потужність розсіювання на транзисторі

 

Рк max = Uке max • Ік max (3.1.12)

Рк max = 9.85•1 = 9.85 Вт > Рк доп. = 1.5 Вт

 

1.11 Площа тепловідводу транзистора

 

 

 

Sт = Рк max / Kт •( Тк max - Тmax - Рк max • Rtк) (3.1.13)

Sт = 9.85 / 0.0016•(80 - 35 - 9.85•1) = 9.85 / 0.0016•35.15 = 9.85 / 0.05624 = 175 мм² = 1.75 см²

 

1.12 Максимальний струм емітера регулюючого транзистора

 

Іе max = Ік max + Ік max / h21е min     (3.1.14)

Іе max = 1 + 1 / 40 = 1.025 А

 

1.13 Максимальний струм бази регулюючого транзистора

 

Іб max = Іе max / h21е min     (3.1.15) Іб max = 1.025 / 40 = 0.0256 А

 

1.14 Шукаємо транзистор по величині струму

 

Ік2 = 1.1• Іб max     (3.1.16)

Ік2 = 1.1 • 0.0256 = 0.2816 А

По струму Ік2 беремо транзистор П601БИ з параметрами

Uке max = 30 В

Ік max = 0.5 А

Рк доп. = 0.5 Вт

h21е min” = 80 при Ік = 0.5А

Іб2 = Іе max / h21е min•h21е min” = 1.025 / 40•80 = 0.00032 А < 0.0005 А

 

1.15 Величина опору автозміщення Rб транзистора П601БИ

 

ІRб = (1 ÷ 1.5)•Ік обр.    (3.1.17)

ІRб = 1.2•0.015 = 0.018 А

Rб = Uвих. min / ІRб     (3.1.18)

Rб = 12 / 0.018 = 670 Ом

Потужність на опорі

РRб = (ІRб)²•Rб     (3.1.19)

РRб = (0.018)²•680 = 0,254 Вт

Беремо опір типу С2-23- 0.5 – 680 Ом

 

1.16 Потужність на транзисторі П601БИ

 

Рк2 = Рк max•Ік2       (3.1.20)

Рк2 = 9.85•0.028 = 0.278 Вт < Рк доп. = 0.5 Вт

 

2 Розрахунок пристрою порівняння та ППС

 

2.1 Величина еталонної напруги

 

Uоп. < Uвих. min – (2 ÷ 3)В (3.1.21)

Uоп. < 12 – 2 = 10 В

Іоп. cт. min > 5•Ібн      (3.1.22)

Іоп. cт. min > 5•0,0004 = 0,002 А

 

Беремо стабілітрон типу Д810 з параметрами

 

Uст н = 10 В

Uст min = 9 В

Uст max = 10.5 В

Іст min = 0.002 А

Іст max = 0.026 А

αст 0.058 при Т = -20 ÷ +20ºС

Rдин = 12 Ом при Іст = 0,005 А

2.2 Величина струму та напруги колектора транзистора

 

Іку ≥ 8•Ібн    (3.1.23)

Іку ≥ 8•0.0004 = 0.0032 A

Uк = Uвих. max - Uст min   (3.1.24)

Uк = 13 – 9 = 4 В

Беремо транзистор КТ342Б з параметрами:

Uке дод. = 20 В

Ік max = 0.02 A

Pк дод. = 0.15 Вт

h21е min = 50

 

2.3 Струм бази транзистора ППС

 

Uк = Uвих. max - Uст min    (3.1.25)

Uк = 13 – 9 = 4 В

          2.4 Вхідний опір транзистора ППС

          Rвх. ппс = 1 / (25÷35)•Іку       (3.1.26)

Rвх. ппс = 1 / 25•0,0032 = 12,5 Ом

          2.5 Величина опору Rг2

          Rг2 = Uвих. min - Uст max / Іст min + Іку     (3.1.27)

Rг2 = 12 – 10.5 / 0.002 + 0.0032 = 290 Ом

 

Потужність розсіювання на ньому

Рг2 = (Іст min + Іку)²•Rг2    (3.1.28) Рг2 = 0.00002704•290 = 0.00784 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-320

 

2.6 Максимальний струм скрізь стабілітрон

 

Іст max =((Uвих.max – Uст min) / Rг2) + Іку (3.1.29)

Іст max = ((13 -9) / 320) + 0.0032 = 0.0157А = 15.7 мА < Іст max = 26 мА

 

2.7 Величина струму у опірному дільнику

 

Іділ >> Іб ппс = 30•0.000064 = 0.002А (3.1.30)

 

2.8 Опір резистивного дільника

 

Rділ = Uвих. min / Іділ      (3.1.31)

Rділ = 12 / 0.002 = 6.25 кОм

 

2.9 Коефіцієнт зворотного зв’язку дільника

 

Кз.в. min = Uст min / Uвих. max    (3.1.32)

Кз.в. min = 9 / 13 = 0.69

Кз.в. = Uст н / Uвих.    (3.1.33)

Кз.в. = 10 / 12.5 = 0.8

Кз.в. max = Uст max / Uвих. min     (3.1.34)

Кз.в. max = 10.5 / 12 = 0.875

 

2.10 Величина опорів R1 та R3 дільника

 

R1 ≤ (1 - Кз.в. max )•Rділ     (3.1.35)

R1 ≤ 0.125•6000 = 750 Ом

РR1 = (Іділ)²•R1      (3.1.36)

РR1 = 0.000004•750 = 0.003 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-750

R3 ≤ Кз.в. min•Rділ      (3.1.37)

R3 ≤ 0.69•6000 = 4100

РR3 = (Іділ)²•R3       (3.1.38)

РR3 = 0.000004•4000 = 0.016 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-4.3к±10%

 

2.11 Опір змінного резистора R2 

 

R2 ≥ Rділ - R1 - R3     (3.1.39)

R2 ≥ 6000 – 750 – 4300 = 950 Ом

 

Беремо резистор СП2-2а-1.3к

 

2.12 Максимальний ККД

 

ή = Uвих. max •Ін max / Uо max•Ік max     (3.1.40)

ή = 13•1 / 20.9•1 = 0.622

 

2.13 Основний коефіцієнт стабілізації

 

Кст. осн = (Кз.в. / Rвх. ппс)•(Rк.с / А)•( Uвих. / Uон) , де (3.1.41)

а) 1/ Rк.с = (Rк1+Rк2) / Rк1•Rк2 = (240000 + 30000) / 72•100000000  

Rк1 = R1к•h21е min” = 3000•80 = 240000 Ом

Rк2 = 30000 Ом (для транзистора П601БИ)

Rк.с = 720000 / 27 = 26.7 •1000 Ом

б) А = 1 + (Rділ •(1 - Кз.в.)•Кз.в. / h21е min ) / Rвх. ппс = 1 + (6000•0.2•0.8/50)/ 12.5 = 1 + 1.536 = 2.536

Кст. осн = 0.8•26700•12.5 / 12.5•2.536•19 = 267000 / 602.3 = 443.3

 

2.14 Коефіцієнт стабілізації

 

Кст. = Кст. осн = 443.3 > 200 (3.1.42)

 

2.15 Фактичний коефіцієнт пульсацій та амплітуда на виході стабілізатора

Кп. вих. = Кп. вх. / Кст.     (3.1.43)

Кп. вих. = 5.9 / 443.3 = 0.0133 %

U~m вих. = Кп. вих.•Uоп.      (3.1.44)

U~m вих. = 0.000133•10 = 0.00133 =1.33 мВ

 

3.2 Розрахунок випрямляча з фільтром

 

Згідно до завдання на ДП необхідно розрахувати випрямляч з фільтром (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 - Схема електрична принципова випрямляча з фільтром

 

Дані для розрахунку

1 Напруга в навантаженні

U_о = 19 В

2 Струм навантаження

           Iо = 0,5 А

           3 Коефіцієнт пульсацій напруги в навантаженні

           Кп = 5,9 % = 0,059

           4 Напруга і частота живлячої мережі

           U_мер. = 220 В з f = 50 Гц

          Розрахунок

1.Потужність нагрузки:

           Р_о = Io • U_о (3.2.1)

Р_о = 0,5 • 19 = 9,5 Вт

           2. Падіння напруги на дроселі

           Uдр = 0,15 U_о (3.2.2)

Uдр = 2,85 В

 

3 Постійна напруга на вході згладжуючого випрямляча

 

U_пост = U_о + Uдр          (3.2.3)

U_пост = 19 + 2,85 = 21,85 В

 

4 Обираємо однофазну мостову схему.

Визначаємо активний опір трансформатора

Rтр = Kr • U_пост • a / Io • f • Bm      (3.2.4)

де a = = 2,53

Kr = 3,5 Bm = 1,4 Тл

S = 1

Rтр = 3,5 • 21,85 • 2,53 / 0,5 • 50 • 1,4 = 5,53 Ом

 

5 Обираємо тип вентилю

 

Іов = 0,5Iо            (3.2.5)

Іов = 0,25 А

Iтв = 0,5F • Iо          (3.2.6)

Iтв = 0,5 • 6 • 0,5 = 1,5 А

Uобр = 1,41В • U_пост          (3.2.7)

Uобр = 1,41 • 21,85 = 30,8 В

 

де В = 1

F = 6

Обираємо вентиль типу Д214 (4 шт.) з параметрами:

Uобр = 100 В

Іов макс = 2 А

Середня пряма напруга Uпр ≤ 1 В

6 Внутрішній опір вентилю

 

Ri = Uпр / 3 Іов           (3.2.8)

Ri = 1 / 3 • 0,75 = 1,33 Ом

 

7 Повний активний опір фази вентилю

Rв = Rтр + 2Ri           (3.2.9)

Rв = 5,53 + 2,66 = 8,2 Ом

           8 Індуктивність дроселя трансформатора

 

Ls = KL • S • U_пост / Io • f • Bm • a       (3.2.10)

Ls = 0,005•1•21,85 / 0,5•50•1,4•2,53 = 0,0012 Гн

 

де KL = 0,005

 

9 Величина розрахункового параметра

 

А = П • Io • Rв / m • U_пост        (3.2.11)

А = 3,14•0,5•8,2 / 2•21,85 = 0,29

 

10 Кут зсуву фаз за рахунок Ls

 

£ = arctg(2П•f• Ls / Rв)         (3.2.12)

£ = arctg 0,0459 = 3°

В = 1,09

D = 2,17

F = 6

H = 600

          11 Визначимо величини необхідні для розрахунку трансформатора

 

U2 = B•U_пост          (3.2.13)

U2 = 1,09•21,85 = 23,82 В

I2 = 0,707• D•Io          (3.2.14)

I2 = 0,707 • 2,17• 0,5 = 0,77 А

I1 = Kтр • I2         (3.2.15)I

1 = 0,07 А

           де Kтр = U2 / U1 = 0,108

Ртип = 0,707 • В • D • Io • U_пост       (3.2.16)

Ртип = 0,707•1,09•2,17•0,5•21,85 = 18,27 В•А

 

12 Уточнюємо величину Rтр та Rв

 

При Ртип до 40 В•А і f = 50 Гц для сталі Е340 значення Bm = 1,55 Тл

Rтр = 3,12 Ом 

Ls = 0,0015 Гн

Rв = 3,12 + 2,66 = 5,78 Ом

 

13Уточнюємо параметри вентилю та трансформатора

           А = 0,21

£ = arctg(2П•f• Ls / Rв)         (3.2.17)

£ = arctg 0,081 = 5°

В = 1

D = 2,21

F = 6,4

H = 440

I_ов = 0,5 А

U_обр = 1,41•1•21,85 = 30,8 В < U_{обр доп} = 100 В

U₂ = 1•21,85 = 21,85 В

I₂ = 0,707•2,21•0,5 = 0,78 А

К_тр = 21,85/220 = 0,099

I₁ = 0,099•0,707•2,21•0,5 = 0,077А

Р_тип = 0,707•0,78•2,21•21,85 = 26,63 В•А

 

14 Вибираємо П-образний LC фільтр

Коефіцієнт пульсацій на вході фільтру:

К_п.вх. = 100Н / R_вС_о         (3.2.18)

Задаємося ємкістю конденсатора на вході фільтру такої величини, щоб значення К_п.вх було менше 3 %

 

С_о = 100 мкФ

К_п.вх. = 76%

 

15 Коефіцієнт згладжування фільтру

 

q = К_п.вх. / К_п.вих.          (3.2.19)

q = 0,76/ 0,1 = 7,6

 

16 Амплітуда змінної напруги на конденсаторі С_о

 

U_~m = К_п.вх. • U_o          (3.2.20)

U_~m = 0,076•21,85 = 1,7 В

 

Вибираємо конденсатор типу К50-27 з умови:

          U_{раб конд} = 50 В > U_2m = 1,41U₂ = 33,6 В

U_{m конд} > U_~m

U_{~m конд} = 6%

U_{раб конд} = 0,06•50 = 3 В > U_~m = 1,7 В

Конденсатор С₁ на виході фільтру вибераєм того ж типу що і С₀

 

17 Індуктивність дроселя фільтру