РОЗРАХУНОК СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ НА ОСНОВІ ІМС

Войцицький А.П.

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА:

РОЗРАХУНКОВИЙ ПРАКТИКУМ

Розрахунковий практикум з дисципліни «Електроніка і мікросхемотехніка» розробив доцент кафедри електрифікації, автоматизації та інженерної екології А.П. Войцицький.

Рецензенти:

Бродський Ю.Б– к.т.н. доцент кафедри комп’ютерних технологій і моделювання систем ЖНАЕУ.

Розрахунковий практикум з дисципліни «Теоретичні основи електротехніки» схвалено на засіданні кафедри електри-фікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Протокол № 1 від 28 серпня 2013 р.

Завідувач кафедри: проф. Лушкін В.А.

ПЕРЕДМОВА

ПЕРЕДМОВА

Вказівки щодо розв’язування задач в наведених роботах

1. При оформленні розв’язаної задачі вказувати основні положення та фо­рмули, на яких базується розв’язок та давати письмове обґрунтування цих положень. Потрібно пояснювати буквені позначення у формулах.

2. Дати рисунок, що пояснює зміст задачі ( у тих випадках, коли це можливо). Виконати його треба ретельно (за допомогою олівця, ліній­ки, циркуля чи на ПК).

3. Супроводжувати розв’язок задач короткими, але вичерп-ними по­ясненнями.

4. Всі початкові значення величин в умові задачі потрібно перевес­ти у СІ.

5. Підставляти в робочу формулу числові значення величин можна, коли вони виражені у СІ. Недотримання цього правила призводить до невірного результату.

6. При підстановці в робочу формулу, а також при запису відповіді, числові значення величин потрібно записувати, як добуток десяткового дробу з однією значущою цифрою перед комою на відповідну ступінь десяти. Наприклад, 1800 км потрібно записати у вигляді 1,8∙10⁶м, а замість 0,00012 потрібно записати 1,2∙10^-4 і т.п.

7. Оцінити, де це можливо, правдоподібність чисельної відповіді. В ряді випадків така оцінка допоможе знайти хибність отриманого резуль­тату. Наприклад, коефіцієнт корисної дії теплової машини не може бути більше одиниці тощо.

Робота 1

РОЗРАХУНОК БЛОКА ЖИВЛЕННЯ

Задача 1.1. Розрахувати однофазний випрямляч. Дані для виконання занесені в табл. 1.1.

Потрібно:

1) вибрати тип схеми;

2) визначити повну потужність трансформатора;

3) вибрати типорозмір трансформаторного заліза;

4) вибрати тип напівпровідникових діодів;

5) визначити коефіцієнт трансформації силового транс-форматора, вважаючи, що навантаження здійснюється від мережі U_М = 220В, f_М = 50Гц.

6) розрахувати кількість витків первинної та вторинної обмоток;

7) розрахувати діаметр проводів первинної та вторинної обмоток.

Теоретичні відомості

Випрямлячами називаються статичні пристрої, призначені для перетворення змінного струму в постійний. Основними елементами випрямляча є:

1) силовий трансформатор – призначений для узгодження вхідної і випрямленої напруги;

2) вентильний пристрій – перетворює змінний струм в постійний.
3) згладжувальний фільтр – для згладжування пульсації випрямленої напруги.

Мостова схема випрямлення (рис. 1.1) складається з чоти-рьох вентилів VD₁…VD₄. У додатній півперіод напруги на вторинній обмотці трансформатора струм пропускають вентилі VD₁ і VD_4, а у від’ємний – вентилі VD₂ і VD₃. При цьому струм у навантаженні протікає в одному напрямі, вказаному стрілкою. До закритого вентиля прикладена зворотна напруга U_д, яка повторює за формою напругу вторинної обмотки трансфор-матора TV. Максимальне значення зворотної напруги на вентилі дорівнює – амплітудному значенню напруги вторинної обмотки трансформатора.

Рис. 1.1. Мостова схема випрямлення

Середнє значення випрямленої напруги визначається за формулою:

(1.1)

а середнє значення струму:

(1.2)

Діюче значення вторинної обмотки трансформатора:

,(1.3)

а середній струм кожного діода, що є також струмом вторинної обмотки трансформатора:

І _пр.ср= І_2.ср = 0,5 _Ін.ср(1.4)

Діюче значення струму вторинної обмотки:

(1.5)

Максимальна зворотна напруга на діодах:

U_{зв. мас} = 1,57 (1.6)

Максимальний прямий струм діода:

(1.7)

Амплітуда основної гармоніки частотою 2ώ дорівнює:

,

отже коефіцієнт пульсації, при f_g = f_м дорівнює К_П = 0,67.

Двонапівперіодний випрямляч з нульовим виводом у вторинній обмотці трансформатора (рис. 1.2) можна розглядати як з’єднання двох однонапівперіодних випрямлячів, увімкнених на один навантажувальний резистор R_н. Даний тип випрямляча має ті ж переваги перед однонапівперіодним випрямлячем, що й мостовий випрямляч. Випрямляч застосовують для живлення навантажувальних пристроїв малої і середньої потужностей.

Співвідношення для струмів і напруг визначаються за

формулами отриманими для мостового випрямляча, а коефіцієнт пульсацій К_П = 0,67.

Рис. 1.2. Двонапівперіодний випрямляч з нульовим виводом у вторинній обмотці трансформатора

Електричний і конструктивний розрахуноктрансфор-матора
1. Вибираємо конфігурацію і марку сталі трансформатора.

2. Визначаємо сумарну потужність вторинної обмотки трансформатора (S_тр) за формулою:

S_тр = S₂ + S₃ +…..+ S_n,

де S_2, S₃, S_n, – повна потужність вторинних обмоток.

3. Визначаємо необхідну активну площу перетину (S_п.с.)

сердечника трансформаторного заліза за спрощеною формулою:

S_п.с. = .

4. Знаходимо струми у відповідних обмотках трансформа-тора за формулою;

І_і = S_і/U_і, (1.9)

де і – номер обмотки трансформатора; S_і – потужність відповід-ної обмотки трансформатора.

5. Відповідно до струмів і густини знаходимо перетини проводів обмоток трансформатора(S_{пр. і}):

S_{пр. і} =І_і/j_i, (1.10)

де j_i, – густина струмів, яка залежить від потужності трансфор-матора, для подальших розрахунків приймаємо – 3А/мм².

5.1. Діаметр (d) проводів визначаємо за формулою:

d_i = 1,13 (1.11)

5.2. Визначаємо число витків (ώ) обмоток за формулою:

(1.12)

де Е_і – е.р.с. і –обмотки, В; f – частота мережі, Гц; B – магнітна індукція (1,3-1,5Тл); S_п.с. – перетин сердечника, см²; k_з.с – коефіцієнт заповнення сердечника сталю (0,85-0,9); 4,44 – коефіцієнт форми кривої напруги.

6. Для знаходження е.р.с. обмоток (Е_і) необхідно зробити відповідні обчислення за формулою:

де Е_і – е.р.с. і - обмотки; U_i – напруга на відповідних обмотках; – відсоткове падіння напруги на обмотках.

Відсоткове падіння напруги на обмотках та k_з.с – див. [3] .

Тип сердечника та його розміри вибирають за таблицями технічної літератури [3] або іншої.

Таблиця 1.1

Розрахункові данні

Задача 1.2. Розрахувати одноланковий згладжуючий
Г-подібний LC фільтр, який забезпечить на виході пульсації вказані в табл. 1.2. Схема фільтра зображена на рис 1.3.

Потрібно:

1) обґрунтувати тип схеми вибраного фільтра;

2) розрахувати номінали елементів фільтра;

3) вибрати та обґрунтувати елементи фільтра.

Теоретичні відомості

Г-подібні LC-фільтри (рис. 1.3) є найпростішими багато-ланковими фільтрами. Їх застосовують тоді, коли за допомогою одноланкових фільтрів не вдається досягти необхідного коефіцієнта згладжування. Ці фільтри, що є більш складними в порівнянні з одноланковими, забезпечують значне зменшення коефіцієнта пульсацій.

Зниження пульсацій LC-фільтром пояснюється спільними діями дроселя та конденсатора. Зниження змінних складових випрямленої напруги обумовлено як згладжувальною дією конденсатора С_ф, так і значним падінням змінних складових напруги на дроселі L_ф.

Рис.1.3. LC- фільтр

Основним параметром, що характеризує ефективність дії згладжувального фільтра є коефіцієнт згладжування, який дорівнює відношенню коефіцієнтів пульсацій на вході і виході фільтра:

Окрім виконання вимоги до коефіцієнта згладжування фільтри повинні мати мінімальне падіння постійної напруги на елементах, мінімальні габарити, масу і вартість.

З врахуванням рекомендацій до вибору значень С_ф і L_ф,

викладених раніше, вираз для коефіцієнта згладжування LC-фільтра можна записати у вигляді:

К_З = ώ²₍₁₎∙L_ф∙С_Ф – 1. (1.13)

Коефіцієнта згладжування дозволяє розрахувати пара-метри фільтра за наступною формулою:

Гн/мкФ,(1.14)

де ώ₍₁₎ – кутова частота першої гармоніки (2πf).

Для двонапівперіодних однофазних випрямлячів при частоті живлення 50Гц

= 2,5(К_з +1) Гн/мкФ.

Таблиця 1.2

Розрахункові данні

Робота 2

РОЗРАХУНОК СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ НА ОСНОВІ ІМС

Розрахунок стабілізатора напруги передбачає:

1. У разі фіксованої вихідної напруги (напруги стабілізації) підібрати відповідний до цієї напруги стабілізатор з 142 серії.

2. У разі фіксованої вихідної напруги, але не підходящій до ряду стандартних напруг існуючих стабілізаторів 142 серії, на базі ІМС КР142ЕН12А або подібної до неї LM317T потрібно відтворити такій стабілізатор за параметрами відповідно до варіанту (табл.2.1).

Потрібно:

1) вибрати та обґрунтувати тип інтегрального стабілізатора для забезпечення вимог поставлених перед ним;

2) вибрати та обґрунтувати вхідну напругу стабілізатора для його надійної та ефективної роботи;

3) розрахувати номінали необхідних елементів схеми стабілізатора при необхідності;

4) вибрати та обґрунтувати необхідні елементи схеми;

5) перевірити застосування інтегрального стабілізатора за потужністю.

Теоретичні відомості

В останні роки широке поширення одержали інтегральні стабілізатори напруги. Джерела живлення на їх основі відрізняються малим числом додаткових деталей, невисокою вартістю і хорошими технічними характеристиками. З’явилася можливість забезпечити кожну плату складного пристрою власним стабілізатором напруги (СН), а значить, будуть використані для його живлення загальний нестабілізованим джерело. Це значно підвищило надійність таких пристроїв (вихід з ладу одного СН призводить до відмови тільки того блоку, який до нього підключений), багато в чому зняло проблему боротьби з наведення на довгі проводи харчування та імпульсними перешкодами, породженими перехідними процесами в цих колах.

· Промисловість випускає широкий асортимент мікросхем серій 142, К142 і КР142. див. додаток Б, табл.1.1

При створенні стабілізатора напруги, на основі ІМС, з фіксованим значенням вихідної напруги, необхідно вибрати відпо­відну ІМС і перевірити її на можливість застосування за напру­гою та на неперевищення допустимого значення розсіюваної потуж­ності в заданих умовах.

За напругою необхідно забезпечувати виконання умов:

U_{вх. max} < U_{вх. max. доп} (2.1)

де U_{вх. max. доп ­} – максимально допустима вхідна напруга ІМС;

U _min –U_вих > U _{ІМС min} (2.2)

Перевіримо можливість застосування ІМС за потуж­ністю (Р_рос ) розсіювання на мікросхемі:

Р_рос. = (U_{вх. max} –U_вих )^. І_{нав мах}. < Р_доп., (2.3)

де І_{нав мах} – максимально допустимий струм навантаження; Р_доп –

допустима паспортна потужність ІМС.

Електричну принципову схему отриманого стабілізатора з фіксованою вихідною напругою зображено на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема включення інтегрального стабілізатора

напруги К142ЕН8Б

Конструкція мікросхеми серії 142 та КР142 дозволяє встановлювати їх на радіатор для відведення тепла, завдяки чому збільшується максимально допустима потужність, що розсіюється стабілізатором. Для збільшення вихідної потужності і навантажувальних струмів допускається увімкнення зовніш-нього потужного регулюючого транзистора.

При створенні стабілізатора напруги, на основі ІМС, з фіксованим значенням вихідної напруги, яка відрізняється від існуючих ІМС, необхідно вибрати ІМС з регулюючою вихідною напругою (рис. 2.2). До таких відносяться КР142ЕН3, КР142ЕН11 та звісно відома КР142ЕН12А та її зарубіжний аналог LM317Т.

Рис. 2.2. Схема включення інтегрального стабілізатора

напруги К142ЕН12А

Замість змінного резистора можна встановити постійний, а від його значення опору можна отримати любу вихідну напругу в межах паспортних даних див. додаток А, табл.1.1.

Опори дільника R1,R2 задають значення вихідної напруги.

При роботі КР142ЕН12А та її зарубіжного аналогу LM317Т у режимі стабілізатора напруги, експериментально прийнято і доведено, що опір резистора R1 повинен дорівнювати 220,240 Ом.

Опір резистора R2 знаходять за формулою:

(2.4)

де І_р – струм виводу регулювання ІМС 0,1 мА; = 1,3 в.

При створенні стабілізатора напруги, на основі ІМС КР142ЕН12А, з фіксованим значенням вихідної напруги, необхідно перевірити її на можливість застосування за напру­гою та на неперевищення допустимого значення потуж­ності розсіювання в заданих умовах.

Таблиця 2.1

Вихідні данні

Розрахункова робота 3

Поиск по сайту: