Расчет выпрямительного устройства, которое питается от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц

Государственный комитет РФ по связи и информатизации

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

Кафедра ЭПУиСС

Контрольная работа по дисциплине

“Электропитание устройстви систем связи”

Студентка 5 курса факультета МТС

Кокорина Алена леонидовна

Студенческий билет 961м - 400

Домашний адрес: г. Новосибирск

Работа выслана в СибГУТИ                                          2000 г.

Оценка                                                                             2000 г.

ЗАДАЧА 1.

Рассчитать выпрямительное устройство, которое питается от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц. Выполнение задачи предусматривает:

1.  Выбор схемы выпрямителя.

2.  Выбор типа магнитопровода трансформатора.

3.  Расчет параметров трансформатора.

4.  Расчет сглаживающего фильтра.

Исходные данные:

U_H = 5 В; I_H = 1A; K_П = 7 %.

1. При расчете выпрямителя выбираем схему Герца (рис.1)

рис.1

В качестве вентилей выбираются выпрямительные диоды, у которых допустимый средний прямой ток не меньше, чем 0,5 I_Н.

I _ПР.СР ³ 0,5 I_Н

I _ПР.СР ³ 0,5 × 1 = 0,5 А

Кроме того, максимально допустимое постоянное обратное напряжение на диодах U _ОБР должно превышать обратное напряжение, под которым диоды открываются в схеме выпрямления.

U _ОБР ³ (p/2) U_Н ×1,2

U _ОБР ³ (p/2) 5 ×1,2 = 6 В

Данным условиям соответствуют выпрямительные диоды КД208А.

На основании полученных данных составим таблицу 1.

Таблица 1.

UН, В	IН, А	Схема выпрямления	I ПР.СР , А	U ОБР , В	Тип вентиля	Параметры
						I ПР.СР , А	U ОБР , В
5	1	Мостовая Герца	1	6	КД208А	1,5	100

               2. Для выбора типа магнитопровода необходимо определить мощность в нагрузке P _Н и типовую мощность трансформатора S _T по формулам:

P _Н = U_Н × I_Н             P _Н = 5 × 1 = 5 Вт

S _T = 1,44 × P _Н          S _Т = 1,44 × 5 = 7,2 Вт

Так как на мощностях до нескольких десятков ватт рекомендуется использовать стержневые ленточные магнитопроводы, то выберем магнитопровод ПЛ 12,5´25.

Массу магнитопровода для ленты толщиной D = 0,35 мм найдем по формуле:

G _СТ = (К _С / 0,9) × G _{СТ.ТАБЛ}

Рассчитанные значения и параметры магнитопровода занесем в таблицу 2.

Таблица 2.

P Н, Вт	ST, Вт	Тип магнитопровода	S СТ, см2	а, см	G СТ, кг	ВМ, Тл	DU1, %	DU2, %	d1, А/мм2
5	7,2	ПЛ 12,5´25	2,0	1,25	0,17	1,55	18	33	5,2

3. Рассчитаем параметры трансформатора.

Для этого определим действующее значение напряжения U ₂ и действующее значение тока I ₂  вторчной обмотки.

U ₂ = 1,2 × U_Н            U ₂ = 1,2 × 5 = 6 В

I ₂ = 0,707 × I _Н = 0,707 А

Далее определим коэффициент трансформации К _ТР и действующее значение тока первичной обмотки I ₁.

К _ТР = U₁ / U₂ = 220 / 6 = 36,7

I ₁ = I_Н / К _ТР = 1 / 36,7 = 0,027 А

Определим потери в стали магнитопровода:

Р _СТ = p × G _СТ ,Вт

Где G _СТ – масса выбранного магнитопровода;

       р – удельные потери в стали.

Значение р может быть определено по формуле:

Коэффициенты р₀ и b зависят от материала магнитопровода, и частоты питающего напряжения. Для стали 3411 с толщиной ленты D = 0,35 мм на частоте 50 Гц р₀=1,8, b = 2.

Р _СТ = 4,9 × 0,17 = 0,825  ,Вт

Определим реактивную намагничивающую мощность Q по формуле:

Q = q₀ × G _СТ, Вт,

Где q₀ – удельная намагничивающая мощность.

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

q₀ = -6,4 × В_М × ln (1 – В_М /1,7), Вт/кг

q₀ = -6,4 × 1,55 × ln (1 – 1,55 /1,7) = 37,238 , Вт/кг

Q = 37,238 × 0,17 = 6,272 Вт

По найденным величинам P_CT и Q можно определить активную и реактивную составляющие тока холостого тока трансформатора I₀.

I_{0 a} = P_CT / U₁   ,А

I_{0 р} = Q / U₁   ,А

I_{0 a} = 0,825 / 220 = 0,004   ,А

I_{0 р} = 6,272 / 220 =0,029   ,А

Полный ток холостого тока равен:

Относительная величина тока холостого хода равна:

I_ОТ = (100 × I₀)/ I₁   ,%

I_ОТ = (100 × 0,029)/ 0,027 = 10,65   ,%

После этого рассчитаем число витков обмоток трансформатора. Для этого вначале найдем ЭДС первичной и вторичной обмоток Е₁ и Е₂ .

Е₁ = U₁ × (1 – (DU₁ %)/100)  ,В

Е₂ = U₂ × (1 + (DU₂ %)/100)  ,В

Е₁ = 220 × (1 –18/100) = 180,4  ,В

Е₂ = 6 × (1 + 33/100) = 7,98  ,В

Число витков обмоток определим по формуле:

где,

Е_i – ЭДС соответствующей обмотки;

f_C – 50 Гц – частота питающей сети;

S_CT – площадь поперечного сечения стержня магнитопровода см²;

K_C = 0,93 – коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью.

Выберем обмоточный провод. Для этого рассчитаем поперечное сечение проводов первичной и вторичной обмоток S_ПР1 и S_ПР2.

S_ПР1 = I₁ / d₁   ,мм²

S_ПР2 = I₂ / x_ОПТ × d₁   ,мм²

S_ПР1 = 0,027 / 5,2 = 0,005   ,мм²

S_ПР2 = 0,027 / 0,8 × 5,2 = 0,006   ,мм²

На основании полученных данных определим диаметр и марку обмоточного провода и занесем их в таблицу 3.

Затем определим примерные значения активного и реактивного сопротивлений обмоток трансформатора и его индуктивность рассеяния.

.

Где

g = 1,44 Ом × см – для стержневых магнитопроводов;

t = 1,1 × x - для стержневых магнитопроводов;

а = 1,25 см – базовый линейный размер магнитопровода.

.

Индуктивность рассеяния трансформатора можно оценить по формулам:

L_S = X_S / (2×p×f_C), Гн    X_S = r×tgj, Ом

Где r – сопротивление фазы выпрямителя с учетом сопротивлений обмоток трансформатора и вентилей схемы выпрямления

r = (1 + K_Г) × r_ТР , Ом

где К_Г = 0,25 для германиевых вентилей и К_Г = 0,5 для кремниевых вентилей;