Контрольная по физике Биполярный транзистор Расчёт электрических фильтров Типовые задачи с решениями Схема мостового выпрямителя с фильтром Расчет однофазного трансформатора

Курсовая по электронике Проектирование электронных устройств Типовые задачи

РАСЧЕТ МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ФИЛЬТРОМ

Исходными данными для расчета выпрямителя являются:

Uно – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке;

Iо – среднее значение выпрямленного тока;

U1 – напряжение сети;

Кп.вых – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке.

Рис. 2.1. Схема мостового выпрямителя с фильтром

В приводимых ниже расчетах напряжение выражается в вольтах, ток – в миллиамперах, сопротивление – в Омах, емкость – в микрофарадах, коэффициент пульсаций в процентах.

Произведем расчет со следующими данными.

Дано: Uно = 4 В; Iо = 2 А; U1 = 220 В; Кп.вых = 2 %.

2.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

1. Для выбора типа диодов, определяют обратное напряжение на вентиле

Uобр =1,5·Uо = 1,5 · 1,2 · 4 = 7,2 В,

где Uо = 1,2 · Uно – напряжение на входе сглаживающего фильтра должно быть больше напряжения на нагрузке, т.к. учитывает потери напряжения на фильтре. 

Средний ток через вентиль

Iа ср = 0,5·Iо = 0,5 · 2 = 1 А.

Выбираем диоды КД130АС с Iср = 3 А; Uобр.М = 50 В

Выбор диода производится по этим двум параметрам Iа.ср и Uобр. Из справочника выписывают максимальное обратное напряжение, средний ток и внутреннее сопротивление вентиля Ri. Если величины Ri в справочнике нет, то его легко рассчитать. При падении напряжения на кремниевом диоде UД = 0,7 В величина Ri = UД / Iа ср = 0,7 / 1 = 0,7 Ом.

2. Расчет трансформатора при Uо = 1,2 · Uно = 1,2 · 4 = 4,8 В:

Определяют сопротивление трансформатора

1132 Ом.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

  11,5 В.

Токи обмоток

2,9 A, 

 0,18 A.

Вычисляется габаритная мощность трансформатора, которая для двухполупериодной схемы определяется выражением

57 В∙А.

Далее находится произведение площади сечения сердечника трансформатора Qc на площадь окна сердечника Q0, которое в зависимости от марки провода обмотки равно, см4: 

QС Q0 = 1,6·Pг для провода марки ПЭЛ;

QС Q0 = 2,0·Pг для провода марки ПЭШО;

QС Q0 = 2,4·Pг для провода марки ПШД.


Таблица 3.1

Тип

пластины

Размеры

Пределы

Qc Q0, см4

ширина

среднего

стержня

а, см

ширина

окна

b, см

высота

окна

h, см

площадь

окна

Q0 = b h,

см2

Ш-10

Ш-10

Ш-10

Ш-12

УШ-12

Ш-12

Ш-14

Ш-14

Ш-15

Ш-16

УШ-16

Ш-18

Ш-19

Ш-20

Ш-20

УШ-22

Ш-25

Ш-25

Ш-28

УШ-30

Ш-32

УШ-35

УШ-40

1,0

1,0

1,0

1,2

1,2

1,2

1,4

1,4

1,5

1,6

1,6

1,8

1,9

2,0

2,0

2,2

2,5

2,5

2,8

3,0

3,2

3,5

4,0

0,5

0,65

1,2

0,6

0,8

1,6

0,7

0,9

1,35

0,8

1,0

0,9

1,2

1,0

1,7

1,4

2,5

3,15

1,4

1,9

3,6

2,2

2,6

1,5

1,8

3,6

1,8

2,2

4,8

2,1

2,5

2,7

2,4

2,8

2,7

3,35

3,0

4,7

3,9

6,0

5,8

4,2

5,3

7,2

6,15

7,2

0,75

1,17

4,32

1,08

1,76

7,68

1,47

2,25

3,65

1,92

2,8

2,43

4,02

3,0

7,99

5,46

15

18,3

5,88

10,1

25,9

13,5

18,7

0,75-1,5

1,17-2,34

4,32-8,64

1,56-3,12

2,53-5,06

11,1-22,2

2,88-5,76

4,41-8,82

8,21-16,4

4,91-9,82

7,17-14,3

7,87-15,7

14,5-29

12-24

32-64

26,4-52,8

93,7-180,7

114-228

46,5-93

91-182

265-530

165-330

300-600

Для провода ПЭЛ

QС Q0 = 1,6 · Pг = 1,6 · 57 = 91 см4.

Из таблицы 3.1, в которой приведены основные данные типовых Ш-образных пластин, по значению QС Q0 выбирают тип пластины и выписывают все ее параметры.

Выбираем пластины УШ-30 с а = 3 см; b = 1,9 см; h = 5,3 см; Q0 = b h = 10,1 см2.

При этом получают

QС = (QС Q0) / Q0 = 91 / 10,1 = 9 см2.

Необходимая толщина пакета пластин c = QС / a = 9 / 3 = 3 см.

Отношение с/а рекомендуется брать в пределах 1…2. Если оно выйдет за эти пределы, то необходимо выбрать другой тип пластин.

Определяют число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора при плотности тока в обмотках j = 3 А/мм2:

d = 1,13 (I/j)1/2 = 1,13(I/3)1/2 = 0,65·I1/2,

w1 = 48 U1/ QС = 48 · 220 / 9 = 1173 вит.

d1 =0,65·I11/2 = 0,65 · 0,18½ = 0,28 мм,

w2 = 54 U2/ QС = 54 · 11,5 / 9 = 69 вит.,

d2 =0,65·I21/2 = 0,65· 2,91/2 = 1,1 мм.

3. Расчет фильтра. Емкость конденсатор на входе фильтра

Со =30·Iо / Uo = 30 · 2· 4,8 = 288 мкФ.

Выбирают электролитические конденсаторы по величине емкости и номинальному напряжению, причем Uс ≥ 1,2 Uo B.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на выходе фильтра

Кп.вх =300·Iо / (Uo· Co) = 300 · 2/(4,8 · 288) = 0,43 %.

Необходимый коэффициент сглаживания фильтра

q = Кп.вх / Кп.вых = 0,43 / 2 = 0,215.

В данной схеме выбран двухзвенный LC-фильтр. Коэффициент сглаживания одного звена

qзв =(q)1/2 = 0,2151/2 = 0,46.

Определяют произведение LфCф по формуле 

Lф Сф=2,5(qзв +1) = 2,5(0,45+1) = 3,63 Гн∙мкФ.

Задаются емкостью Сф так, чтобы индуктивность дросселя фильтра не превышала 5 – 10 Гн и определяют индуктивность дросселя. Принимаем Lф = 7 Гн.

Сф = 3,63 / 7 = 0,5 мкФ.

Находят сечение сердечника QС, число витков w и диаметр провода d обмотки дросселя:

Qс = Lф Io2/2 = 7· 22 / 2 = 14 см2;

w = 4·102/ Io =4·102/ 2 = 200 витков;

d = 0,65·Iо1/2 = 0,65·21/2 = 0,92 мм.

Сечение обмотки

Qw =w·d2/1000 = 200 · 0,922/100 = 1,92 см2.

QС QW = 14·1,92 = 27 см4.

По произведению QС QW из таблицы 3.1 выбирают тип сердечника и выписывают все параметры. С учетом объема, занимаемого стенками каркаса и изоляционными прокладками, сечение окна должно быть несколько больше сечения обмотки.

Выбираем пластины Ш-19 с а = 1,9 см; b = 1,2 см; h = 3,35 см; Q0 = b h = 4,02 см2.

4. Проверяют значение выпрямленного напряжения на нагрузке, для чего определяют среднюю длину витка обмотки lw и сопротивление провода обмотки Rw:

lw =π·(a + b) = π·(1,9 + 1,2) = 9,73 см;

Rw =2·w·lw/(104 d2) = 2·200·9,73 / (104 ·0,922) = 0,46 Ом.

При этом падение напряжение на двухзвенном фильтре

Uф =Rw · I0 = 0,46 · 2 = 0,92 B.

Напряжение на нагрузке

Uно = Uo – Uф = 4,8 – 0,92 = 3,88 B.

Если напряжение на нагрузке получается меньше заданного, то необходимо провести корректировочный расчет. Простейшим является увеличение, до необходимого значения, диаметра провода обмотки дросселя. Увеличение диаметра провода приведет к уменьшению сопротивления обмотки Rw, что в свою очередь вызовет уменьшение падения напряжения на фильтре Uф. При этом необходимо проверить, может ли новый провод разместиться в окне выбранного сердечника дросселя фильтра.

Схема компенсационного стабилизатора напряжения

Расчет управляемых тиристорных выпрямителей производится по методике расчета выпрямителей на диодах

Выпрямитель преобразует переменное напряжение, полученное от сетевого трансформатора, в постоянное. Точнее сказать, выпрямитель выдает не постоянное, а пульсирующее напряжение, которое потом сглаживают фильтром. Для преобразования служат нелинейные элементы, называемые вентилями, которые бывают электронными (электровакуумные диоды, кенотроны), ионными (газонаполненные лампы: тиратроны, газотроны), полупроводниковыми (полупроводниковые диоды и диодные сборки). Последние практически полностью вытеснили другие вентили.

Выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной системы переменного тока в другую систему, в частности имеющую другое напряжение и ток, но ту же частоту.


Двухкаскадный усилитель с RC-связью