Технически университет – София

КУРСОВКУРСОВ ПРОЕКТПРОЕКТ

ПОПО

ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВАТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА

Изработил: Ръководител:Георги Любомиров Лазаров доц. д-р инж.П.Караманскифакултет: ФЕТТспециалност: Електроникакурс: III , група 62фак.№: 101205128

Фиг.1

Електроразпределит

елна мрежа

Мрежов трансформато

р

Филтър

Стабилизатор

Консуматор

София, 2008г.

I. I. ООБЯСНИТЕЛНАБЯСНИТЕЛНА ЗАПИСКАЗАПИСКА

Действието на основните градивни елементи на всички устройства и апаратури /радиоелектронни, съобщителни, изчислителни и др./ е свързано с консумацията на електрическа енергия със строго определени параметри. Ето защо, за да се осигури нормална работа на тези устройства е необходимо още при тяхното проектиране да се предвиждат начинът и системата за токозахранването им. Обща структурна схема на едно токозахранващо устройство е показана на фиг.1. Основните елементите от нея са:

Трансформатор – преобразува напрежението от електрическата мрежа в променливо напрежение с друга големина, подходяща за захранване на съответния консуматор;

Филтър – преобразува променливото напрежение в пулсиращо (съставена най-често от един или повече изправителни елементи – полупроводникови диоди);

Стабилизатор – поддържа стойността на изходното напрежение относително постоянна във времето.

Във всички токозахранващи устройства посоката на енергията е от източника към консуматора, а при проектирането им, изходни данни са информацията за консуматора и електрическата мрежа, затова проектирането се извършва в обратна последователност – от консуматора към мрежата.

За разработването на настоящото токозахранващо устройство, като стабилизатор на напрежение е използвана интегралната схема А 723, която съдържа вграден източник на еталонно (опорно) напрежение, диференциален усилвател, регулиращ транзистор и транзистор за защита от свръх ток.

На фиг.2 е показана блоковата схема на ИС А 723. Транзисторът Т16 служи за токова защита, при свързване такова, че при повишаване на тока над допустима стойност се насища и съединява базата на Т14 с емитера на Т15. В резултат на това Т14 и Т15 се запушват.

Вътрешните вериги на схемата се захранват през изводите 12(+) и 7(-) с напрежение от 8 до 40 V. На извод 6 е изведен източник на еталонно напрежение Ueт = 7,1 V. Максималният ток, който може да се консумира от изхода на еталонния източник е

2

Фиг.2

15 mA. Усилвателят е диференциален, на изход 5 е изведен неинвертиращия му вход, а на извод 4 – инвертиращия му вход и е с коефициент на усилване ДУ = 2000. Транзисторът Т15 е изходен, като колекторът и емитерът му са изведени на отделни изводи, което позволява универсално при-ложение на схемата. Интегралната схема има следните параметри: максимален колекторен ток I=150mA; максимално напрежение колектор-емитер UCemax = 40 V; входна съпротивление при емитерен ток 50mA - h11E = 6000; максимална мощност PCmax=500mW. На извод 9 е изведен анодът на стабилитрона за 6,2 V, чийто катод е свързан с емитера на транзистора Т15. Максималната топлинна мощност за цялата схема е 800 mW.

С интегрална схема А 723 могат да се реализират различни видове стабилизатори на напрежение, които обхващат практически целия диапазон на захранващите токоизточници в електрониката.

3

II. II. ИИЗЧИСЛИТЕЛНАЗЧИСЛИТЕЛНА ЧАСТЧАСТ

1. Изчислява се необходимият статичен коефициент на усилване по ток на регулиращият транзистор за постигане на изходен ток на интегралната схема , :

Полученият коефициент на усилване е много голям и за получаването му ще е нужен съставен транзистор като регулиращ елемент.

2. Избор на типът транзистори:А) Избирам транзистор Т1 тип NPN 2N3055 със следните параметри:

UCEmax = 60 V, UCEsat = 1,1 V

ICЕmax = 15 A, ICBO = 1 mA

PCmax = 117 W, при температура 25 Ch21E = 15, tjmax = 200 C

Изчислява се максималния базовия ток на транзистора T1:

Б) Избирам транзистор Т2 тип PNP 2T9136 със следните параметри:

UCEmax = 45 V, UCEsat = 0,7 VICmax = 1 A, ICBO = 100 nA

PCmax = 8 W, при температура 25 Ch21E = 50

Изчислява се максималния базовия ток на транзистора T2:

4

3. Изчисляване на входното напрежение:

4. Изчислява се тока на късо съединение:

5. Изчислява се съпротивлението на резистора Rш:

6. Изчислява се мощността, отделена от Rш:

7. Избираме тока през делителя R6-R7 да е равен на : IR6= IR7=20mA

8. Изчислява се напрежението върху резистора R6:

9. Изчислява се съпротивлението на резистора R6:

Избираме стандартна стойност за тример-потенциометър от 82Ω.

5

10. Изчислява се съпротивлението на резистора R7:

Избираме стандартна стойност за резистора от 1.2kΩ.11. Избираме тока през делителя R4-R5 да е равен на : IR4=

IR5=1mA12. Изчислява се съпротивлението на резистора R5:

Избираме стандартна стойност за резистора от 16.9kΩ.13. Избираме стойност за резистора R4=16.9kΩ14. Избираме тока през делителя R8-R9-R10:

15. Изчислява се съпротивлението на резистора R10:

16. Изчислява се съпротивлението на резистора R9:

Избираме стандартна стойност за резистора от 2.2kΩ.17. Изчислява се съпротивлението на резистора R8:

Избираме стандартна стойност за резистора от 1kΩ.18. Изчислява се съпротивлението на резистора R1:

19. Изчислява се съпротивлението на резистора R2:

20. Изчислява се средния коефициент на предаване на входния делител:

6

21. Изчислява се коефициентът на стабилизация на стабилизатора:

22. Изчислява вътрешното съпротивление на стабилизатора:

23. Изчислява се съпротивлението на резистора R3:

24. Изчислява се капацитетът на кондензатора С2 за работната честота f=2kHz:

Избирам стандартна стойност за кондензатор 25. Кондензатора С1 се избира с капацитет С1=1000рF.

26. Проектиране на охлаждащия радиатор:А) Определяне на топлинното съпротивление преход – радиатор:

Б) Определяне на топлинното съпротивление на радиатора:

В) Изчислява се активната площ на радиатора:

7

А

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

27. Проектиране на токоизправител с капацитивен товар:

След направените изчисления за стабилизатора се получават следните данни за проектиране на токоизправителя:

А) Изчисляване наИзчисляване на вътрешнотовътрешното съпротивление насъпротивление на токоизправителя токоизправителя rr::Изчисленията се правят, като се взема предвид че коефициента на полезно действие трябва да е в границите на 80-90 %. Избирам к.п.д. =85 %.

Б) Изчислява се параметъра А:Изчислява се параметъра А:

, където p е броят на фазите.

Проектирания токоизправител е еднофазен мостов, затова р=2.

В) Определяне на ъгъла на отсечка Определяне на ъгъла на отсечка : :След като е известен параметърът А, се определя от графиката на

фиг.1.

Uo = 31 VUi = 230f = 50 HzIo = 1 AkП = 0,2 %

8

0

2

4

6

8

10

12

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 А

F

Фиг.1

Г) Изчисляване на параметърът Изчисляване на параметърът BB::

Д) Изчисляване на Изчисляване на ефективната стойност на напрежението наефективната стойност на напрежението на вторичната намотка на трансформатора Евторичната намотка на трансформатора Е22::

Е) Изчисляване на максималното обратно напрежение върхуИзчисляване на максималното обратно напрежение върху вентилите вентилите UUОБРОБР::

Ж) Изчисляване на коефициента на трансформация наИзчисляване на коефициента на трансформация на трансформатора трансформатора kkТРТР::

З) Отчитане на параметъра Отчитане на параметъра FF::Този параметър е функция на ъгъла на отсечка на тока, т.е. на А -

и може да се отчете по графиката от фиг.2.

Фиг.2

И) Изчисляване на амплитудата на тока през вентила и презИзчисляване на амплитудата на тока през вентила и през вторичната намотка на трансформатора вторичната намотка на трансформатора II2max2max::

9

A

D

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,1 A

H

К) Отчитане на параметъра Отчитане на параметъра DD::Този параметър е функция на ъгъла на отсечка на тока, и може да се отчете от графиката от фиг.3.

Фиг.3

Л) Изчисляване на ефективната стойност на тока през Изчисляване на ефективната стойност на тока през вторичната намотка на трансформатора вторичната намотка на трансформатора II22::

М) Изчисляване на ефективната стойност на тока през Изчисляване на ефективната стойност на тока през първичната намотка на трансформатора първичната намотка на трансформатора II11::

Н) Отчитане на параметъра Отчитане на параметъра HH::Този параметър е функция на ъгъла на отсечка на тока, и може да се отчете от графиката от фиг.4.

Фиг.4

10

О) Изчисляване на капацитета на кондензаторИзчисляване на капацитета на кондензаторaa С С11::

Избирам стандартна стойност за кондензатор

П) Избор на диодите за токоизправителя П) Избор на диодите за токоизправителя DD11-D-D44::

Избирам диоди КД2018А , Si, BG с: и .

28. Проектиране на мрежов трансформатор:За изчислението му се използват следните изходни данни и размерите от фиг.5.

фиг.5 U2 = 34 VI2 = 1.48 AU1 = 230 VI1 = 0,217 At = 55C

А) Определяне на изчислителната мощност на трансформатора А) Определяне на изчислителната мощност на трансформатора PPИИ::

11

Б) Избирам Ш-образен магнитопровод(броневи тип).В) Избирам максималната магнитна индукция Bmax = 1,2 Т.Г) Определя се сечението на магнитопровода:

Д) Изчислява се минималната и максималната широчина на ламелите на магнитопровода:

При избора на стандартен пакет ламели се взема под внимание факта, че пространството не се използва максимално и избрания пакет ламели трябва да се умножи с коефициент на запълване, чрез който се отразява това. Избирам стойност 0,88. Използвам пакет ламели Ш 30х45 с ширина на сърцевината 3 см, дебелина на пакета 4,5 см, реална площ на сърцевината 13,5 см2. Размери на прозореца 1,5х4,5см, , обща височина – 7,5 см.

Е) Изчисляване броя на навивките w:Изчисляване броя на навивките w:- За първичната намотка:

- За вторичната намотка:

, но за компенсиране пада на

напрежение в намотките на вторичната страна, навивките се увеличават с 10 %, следователно .

Ж) Изчисляване на тока през първичната намотка:

12

Тук мощността на първичната намотка е

увеличена с 10% спрямо изчислената мощност на трансформатора поради наличието на загуби в него.

З) Токът през вторичната намотка е зададен и не се изчислява:

И) Изчисляваме диаметъра на проводниците без изолация при избрана плътност на тока σ = 2,5 А/mm2.- За първичната намотка:

Избирам стандартна стойност за диаметъра на проводника на първичната намотка .Действителната стойност на плътността за първичната намотка е

.

- За вторичната намотка:

Избирам стандартна стойност за диаметъра на проводника на първичната намотка .Действителната стойност на плътността за първичната намотка е

.

К) Изчислява се общото сечение на проводниците в намотките:

Л) Изчисляване на коефициента на запълване на прозореца на Изчисляване на коефициента на запълване на прозореца на магнитопровода магнитопровода kkЗЗ::

13

Коефициента на запълване трябва да е в границите на 0,30,35 за намотка от кръгъл проводник с емайлова изолация:Тази стойност е допустима, следователно избраният магнитопровод е подходящ.

М) Изчисляване на масата на медта в трансформатора:Изчисляване на масата на медта в трансформатора:- изчисляване на lСР1:минимална дължина на проводника /най-вътрешен/:

брой навивки на един ред:

брой редове с навивки:

ширина на редовете с навивки:

максимална дължина на проводника /най-вътрешен/:

- изчисляване на lСР2:минимална дължина на проводника /най-външен/:

брой навивки на един ред:

брой редове с навивки:

14

ширина на редовете с навивки:

максимална дължина на проводника /най-вътрешен/:

Н) Изчисляване на загубите в медта:

О) Изчисляване на масата на магнитопровода:О) Изчисляване на масата на магнитопровода:

- обем на стоманата

П) Изчисляване на загубите в магнитопровода:Изчисляване на загубите в магнитопровода:

15

Р) Изчисляване на коефициента на полезно действие на Изчисляване на коефициента на полезно действие на трансформатора:трансформатора:

С) Изчисляване на охлаждането на магнитопровода:Изчисляване на охлаждането на магнитопровода:- - Изчисляване на охлаждащата повърхност на магнитопровода – отпред:

- Изчисляване на охлаждащата повърхност на магнитопровода - встрани:

- Изчисляване на охлаждащата повърхност на долната част:

Т) Изчисляване на охлаждащата повърхност на макарата Изчисляване на охлаждащата повърхност на макарата SSМАКМАК::- Изчисления за откритата част - лицева и задна:

- Изчисления за откритата част - дясна и лява:

- Изчисления за откритата част - горна и долна:

У) Изчисляване на охлаждането на целия трансформатор по Изчисляване на охлаждането на целия трансформатор по геометрични размери-геометрични размери-SSОХЛ.ОХЛ.::

Ф) Изчисляване на температурата на повърхността на Изчисляване на температурата на повърхността на трансформатора трансформатора tt::

16

, което е по-малко от зададената

температура 55С

17

III. III. ГГРАФИЧНАРАФИЧНА ЧАСТЧАСТ

18

Печатна платка

Страна спойки:слой 1

Страна спойки:слой 2

19

Страна елементи:

ИИЗПОЛЗВАНАЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРАЛИТЕРАТУРА

1. Токозахранващи устройства – Н. Стефанов, изд. “Техника”, София 2002

2. Ръкодоство за проектиране на токозахранващи устройства – Н. Стефанов, София

20

3. Ръководство за проектиране по промишлена електроника: доц. Г. Г. Кръстев, доц. Р.Д. Киров, инж. П. Б. Маракин, държавно издателство “Техника” , София 1988

4. Транзистори и диоди – Атанас Шишков, изд. “Техника”, София 1991

21