Расчет принципиальной схемы

3. Расчет  структурной схемы. 

      

       трансформатор      выпрямитель    фильтр         стабилизатор 

Рис.3.1 
 

  3.1. Стабилизатор напряжения. 

• Напряжение  на нагрузке

 

   - максимальное выходное напряжение

   - минимальное выходное напряжение 

Где 

   - допустимое отклонение выходного  напряжения источника питания. 

             = 9В – номинальное напряжение  на выходе цепи

      D = 3% - отклонение напряжения на выходе цепи от номинального  

Тогда 

U_{Н ДОП} = 0,18 В

U_{Н MAX} = 9.18 B

U_{Н MIN} = 8.82 B 

• Напряжение  на входе.

 
 

   - максимальное входное напряжение

   - минимальное входное напряжение 

Где

   - допустимое отклонение входного напряжения источника питания. 

             = 127В – номинальное напряжение  на входе цепи

      D = 25% - отклонение напряжения на входе цепи от номинального  

Тогда 

U_{С ДОП} = 31,75 В

U_{С MAX} = 158.75 B

   U_{С MIN} = 95.25 B 

• Ток на нагрузке.

 

- минимальный ток нагрузки 

- максимальный ток нагрузки

Где 

R_MAX = 5000 Ом – максимальное сопротивление нагрузки

R_MIN = 3 Ом – минимальное сопротивление нагрузки 

Тогда 

       0.0018 А

       3.06 А 
 

2. Фильтр

 

  

   = 16,005 В 

Где  

      U_П = 0,005 В

      К_П = 0,1 

    

Где 0,02¸0,05 А – примерные потери в схеме компенсационного стабилизатора. 

   3,06 + 0,04=3,1 А 

Применим  П-образный фильтр и найдем напряжение  падения на дросселе. 

   16,005*0,15 = 2,4 В 

3. Выпрямитель.

 

   = 18,405 В

   А

     где  F = 5 ¸ 7,5

  I_{M_B} = 0.5*6*3.1 = 9.3 A

    где  В =0,9 ¸ 1,2

    

Выберем тип вентиля  2Д210А (4 шт), U_обр = 800В, I = 5A, U_пр = 1,2 В 

Схема выпрямителя однофазная, мостовая. 

Внутреннее  сопротивление вентеля 

      0,62 Ом 

4. Трансформатор.

 

Рассчитаем значение сопротивления обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки: 

     

Где 

В_m – магнитная индукция в магнитопроводе, принимается равным  <=1,5Тл.

Пусть В_m = 1,4Тл.

S = 1 – число стержней магнитопровода.

К_ТР = 3,5 – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (у нас для однофазной мостовой схемы). 

             = 0,312 Ом 

Полное  активное  сопротивление фазы выпрямителя 

  R_в = R_ТР + 2R_i = 0,312 + 2*0,62 = 1,552 Ом 

Индуктивность рассеивания трансформатора 

  

Где 

K_L = 5 * 10^-3 - для однофазной мостовой схемы, 
 

    
 

Основной  расчетный  параметр: 

  

Где 

m = 2  – число импульсов выпрямленного напряжения (для однофазной мост. схемы); 

    
 

Угол  сдвига за счет L_s

       

 

По  графикам (рис. 3.2) находим вспомогательные  коэффициенты: B, D, F

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рис. 3.2. 

      B = 1.2  D = 1.95 F = 5.3 

По графику (рис. 3.3) находим вспомогательный коэффициент: H = 700 

Рис. 3.3. 

Напряжение  вторичной обмотки трансформатора: 

  U_Т = B*U_В = 1,2*18,405 = 22,086 В 

Ток вторичной  обмотки трансформатора: 

  I_Т = 0,707*D*I_В = 0,707*1,95*3,1 = 4,27 А 

Коэффициент трансформации: 

  К_ТР = U_С/U_Т = 127/22,086 = 5.75 

Ток первичной  обмотки трансформатора: 

  I_С = I_Т/К_ТР = 4,27/5,75 = 0,74 A 

Типовая мощность: 

  Р_ТИП = 0,707*В*D*I_В*U_В= 0,707*1,2*1,95*3,1*18,405 = 94,39 Вт 
 

5. Защита.

 

Ток срабатывания защиты: 

I_ЗАЩ = К_ЗАЩ * I_{Н_MAX} = 2*3,06 = 6,12 А.

 

4. Расчет принципиальной схемы.

 

1. Расчет  трансформатора.

 

Уточним параметры: R_ТР и R_В: 

По справочнику  находим для значения Р_ТИП = 94,39 Вт, f = 50 Гц находим В_m = 1,35 Тл 

     

Где 

В_m – магнитная индукция в магнитопроводе, принимается равным  <=1,5Тл.

S = 1 – число стержней магнитопровода.

К_ТР = 3,5 – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (у нас для однофазной мостовой схемы). 

             = 0,312 Ом 

Полное  активное  сопротивление фазы выпрямителя 

  R_в = R_ТР + 2R_i = 0,312 + 2*0,62 = 1,552 Ом 

Индуктивность рассеивания трансформатора 

  

Где 

K_L = 5 * 10^-3 - для однофазной мостовой схемы, 

    

Основной  расчетный  параметр: 

  

Где 

m = 2 – число импульсов выпрямленного напряжения для однофазной мостовой схемы. 

    

Угол  сдвига за счет L_s 

       

По  графикам (рис. 3.2) находим вспомогательные  коэффициенты: B, D, F 

      B = 1.15   D = 2  F = 5.1 

По  графику (рис. 3.3) находим вспомогательный коэффициент: H = 650 

Напряжение  вторичной обмотки трансформатора: 

  U_Т = B*U_В = 1,15*18,405 = 22,166 В 

Ток вторичной  обмотки трансформатора: 

  I_Т = 0,707*D*I_В = 0,707*2*3,1 = 4,774 А 

Коэффициент трансформации: 

  К_ТР = U_С/U_Т = 127/22,166 = 5.73 

Ток первичной  обмотки трансформатора: 

  I_С = I_Т/К_ТР = 4,27/5,73 = 0,745 A 

Типовая мощность: 

  Р_ТИП = 0,707*В*D*I_В*U_В= 0,707*1,15*2*3,1*18,405 = 92,78 Вт 

Определим размеры сердечника трансформатора 

      

Где 

Q_СТ – полное сечение стержня, на котором расположены обмотки,

Q₀ – площадь окна сердечника, приходящаяся на обмотки одного стержня.

В_m = 1,35Тл – максимальная магнитная индукция в сердечнике трансформатора, s = 1 – число стержней трансформатора, на которых расположены обмотки,

f = 50 Гц 

     Из  справочника выбираем для броневых и стержневых трансформаторов из стали Э320 (f = 50 Гц): 

s = 2,5А/мм² – плотность тока в обмотках,

h = 0,88 – зависимость КПД трансформатора от мощности, для

k_М = 0,3 – коэффициент заполнения окна медью обмотки,

k_С=0,93 – коэффициент заполнения сечения сердечника сталью с толщиной ленты d = 0,35 мм. 

Таким образом  

       см⁴ 

выбираем магнитопровод ШЛ25´25, сталь Э320,  

Q₀ = 16 см²

Q_СТ = 6,04 см²

Q₀ = 5,6 см² – активное сечение стали

G = 0,9 кг – масса магнитопровода 

Рассчитаем  число витков обмоток. 

       

Рассчитаем  диаметры проводов. 

      мм 

      мм 

Из справочника  выбираем ближайшие обмоточные провода  ПЭВ-2 – провод медный, круглого сечения, изолированный лаком ВЛ-931, с изоляцией  нормальной толщины. 

d₁ = 0,62 (с изоляцией = 0,69) мм

d₂ = 1,56 (с изоляцией = 1,67) мм 

2. Расчет фильтра.