Электропитание устройств и систем телекоммуникаций

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНЯ  РАБОТА 

по дисциплине: “ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ” 
 

Вариант 15 
 

Выполнил: 
 
 
 
 
 

2012 г

 

   Задание для расчета. 

   Решение задачи состоит в расчете выпрямительного  устройства, которое питается от однофазной сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц. Исходными данными для расчета являются напряжение U_н = 12В и ток I_н = 6А нагрузки, а также коэффициент пульсации по первой гармонике на нагрузке К_п = 3%.

   Выполнение  задачи предусматривает:

1. Выбор схемы выпрямления и типа вентилей;
2. Расчет трансформатора;
3. Расчет сглаживающего фильтра.

 

1. Выбор схемы выпрямления и типа вентилей.

 

   По  исходным данным выбираемоднофазную мостовую схему выпрямления, т.к. U_н= 12 В> 10 В. 

Рисунок 1. Схема выпрямления 

   В качестве вентилей выбираем выпрямительные диоды или диодные сборки, у  которых допустимый средний прямой ток не меньше, чем 0,5I_н: 

   I_пр.ср ≥ I_н ∙0,5

   I_пр.ср ≥ 6∙0,5≥ 3 А 

   Кроме того, максимально допустимое постоянное обратное напряжение на диодахU_ОБРmax, должно превышать обратное напряжение, под которым диоды оказываются в схеме выпрямления.

Таблица 1

UH, B	IH, A	Схема выпрямления	Iпр.ср., А	Uобр., В	Тип вентиля	Параметры
						Iпр.ср., А	Uобр., В
12,0	6,0	однотактная мостовая	3,0	9,42	Д305	10	50

 

   При необходимости получения на нагрузке больших величин напряжения мостовая схема может быть предпочтительнее однотактной двухполупериодной  схемы выпрямления, так как в  ней требуются вентили с меньшим  максимально допустимым обратным напряжением. Кроме того, для мостовой схемы нужен трансформатор с меньшей габаритной мощностью 

2. Расчет  трансформатора.

 

   Рассчитаем  мощность в нагрузке по формуле: 

  Р_н = I_н∙U_н, Вт     (1) 

Р_н = 6∙12 = 72 Вт 

   Затем определим типовую мощность трансформатора с  учетомвыбранной однотактной двухполупериодной схемой выпрямления,  по формуле: 

        S_т = 1,2∙Р_н     (2) 

   S_т = 1,2∙72 = 86,4 ВА 

   По  рассчитанному значению S_т выбираем конструкцию и тип магнитопровода.

   На  мощностях до нескольких десятков вольт-ампер рекомендуется отдавать предпочтение броневым магнитопроводам, так как уступая стержневым по массогабаритным показателям, они более технологичны в изготовлении.

   При типовой мощности равной 86,4 ВА рекомендуется  использовать броневой ленточный магнитопровод марки 3411 с толщиной ленты ∆ = 0,35 мм. В зависимости от конструкции магнитопровода определим:

   - амплитуду магнитной индукции  В_м = 1,65 Тл;

   - плотность тока первичной обмотки  δ₁ = 2,4 А/мм²;

   - падение напряжения на обмотках  трансформатора ∆U₁ = 6 %

                                              ∆U₂ = 10 %

  Таблица 2

РН, Вт	ST, ВА	Тип магнитопровода	SCT, см2	а, см	GC, кг	Lo см	ВМ, Тл	DU1, %	DU2, %	d1, А/мм2
72	86,4	ШЛ 25х25	6,25	2,5	0,92	21,3	1,65	6	10	2,4

 

   G_ст – масса выбранного магнитопровода для стали 3411 с толщиной ленты 0,35мм рассчитывается по формуле:

         (3)

   где к_с = 0,93 – коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью;

 G_c = 0,92 – масса выбранного магнитопроводас толщиной ленты 0,35мм. 

   

 кг 

   Затем рассчитаем действующее значение напряжения и действующее значение тока вторичной обмотки(схема выпрямления –однофазная мостовая): 

        U₂ = 1,2∙U_н    (4) 

   U₂ = 1,2∙12 = 14,4В 

        I₂ = 1,11∙I_н     (5) 

   I₂ = 1,11∙6= 6,66А 

   Далее определим коэффициент трансформации 

     К_тр =      (6)

   

 

   и действующее значение тока первичной  обмотки 

                                           ,А     (7)

   

А 

   На  следующем этапе расчета определяем потери в стали магнитопровода по формуле:

   , Вт    (8) 

   гдеG_СТ – масса выбранного магнитопровода;р –удельные потери в стали(величинаудельных магнитных  потерьзависит от амплитуды магнитной индукции, сорта и толщины стального листа).

   Значение  р может быть приближенно определено по формуле: 

         , Вт/кг    (9) 

   где = 1,65 Тл – амплитуда магнитной индукции;

   Коэффициенты  и зависят от материала магнитопровода и частоты питающего напряжения. Для стали 3411 с толщиной ленты D = 0,35 мм на частоте 50 Гц: = 1,8; = 2.

   

Вт/кг. 

   Полученные  данные подставим в формулу 8 и получим: 

   Р_ст = р∙G_ст = 4,9∙0,95 = 4,65 Вт 

   После этого определим реактивную намагничивающую  мощность по формуле:

        Q = q₀∙G_ст, ВАР     (10) 

   где q₀ – удельная намагничивающая мощность, зависит от материала магнитопровода, частоты питающего напряжения и амплитуды магнитной индукции. Для стали 3411 с толщиной 0,35 мм на частоте 50 Гц q₀ приближено может быть рассчитано по формуле: 

         , ВАР/кг   (11)

   где L₀- средняя длина магнитной силовой линии в метрах 

   

 

   Подставим полученный результат в формулу  10 и получим: 

   Q = 0,86∙0,95 = 0,82 ВАР. 

   По  найденным значениям Р_ст и Q определим активную и реактивную составляющие тока холостого хода трансформатора I₀: 

              (12)

        

               (13)

   

   Полный  ток холостого хода равен: 

           (14) 

 А

   Относительная величина тока холостого хода равна: 

         , %     (15)

         %

   На  следующем этапе рассчитаем число  витков обмоток трансформатора. Для  этого вначале определим ЭДС  первичной и вторичной обмоток  Е₁ и Е₂: 

        Е₁ = U₁∙(1-∆U₁), В     (16) 

Е₁ = 220∙(1-0,06) = 206,8 В 

        Е₂ = U₂∙(1+∆U₂), В    (17) 

Е₂ = 14,4∙(1+ 0,1) = 15,84 В. 

   Число витковi – обмотки (I = 1 или 2) равно: 

         ,    (18) 

   где Е_i – ЭДС соответствующей обмотки;

   f_c = 50 Гц – частота питающей сети;

   S_СТ – площадь поперечного сечения стержня магнитопровода, см²;

   К_С=0,93 – коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью(значение приведено для магнитопроводов с толщеной ленты 0,35 мм);

   В_м = 1,65 Тл – амплитуда магнитной индукции; 

 

. 

   Проведем  выбор обмоточных проводов. С этой целью рассчитаем поперечное сечение  проводов первичной и вторичной  обмоток S_пр1 и S_пр2: 

         , мм²     (19) 

         , мм²    (20) 

   где А/мм² – рекомендуемая плотность тока первичной обмотки (табл.2); = 0,7

 мм² 

 мм² 

   По  найденным значениям S_пр1S_пр2 находим номинальные поперечные сечения проводов первичной и вторичной обмоток. Для первичной обмотки - 0,177 мм².Для вторичной обмотки – 4,0112 мм². 

   Таблица 3

U2, В	I2, А	КТР	I1, А	РСТ, Вт	I0а, А	I0р, мА	I0, А	I0, %
14,4	6,66	15,27	0,39	4,65	0,021	3,71∙10-3	0,021	5,47

 

   Таблица 4

Е1, В	Е2, В	W1	W2	Snp1, мм2	Snp2, мм2	Марка провода	d1, мм	d2, мм
206,8	15,84	971	74	0,177	4,0112	ПЭВ-1	0,525	2,34