Электропитание устройств и систем связи. Максимальная выходная мощность преобразователя

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации.

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики.

Ускоренное обучение.

ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ  УСТРОЙСТВ И  СИСТЕМ  СВЯЗИ

Контрольная работа

Выполнил: студент группы ЗТ-24

Проверил              

Новосибирск

2004

Порядок расчета.

Исходными данными для выбора и расчета схемы являются:

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки	1
Напряжение фазы питающей сети, Uф,  В	127
Частота тока питающей сети, fc, Гц	60
Число фаз сети, m	1
Пульсность сетевого выпрямителя  p	2
Относительное изменение напряжения питающей сети: в сторону увеличения  а макс в сторону уменьшения  а мин	0,1 0,15
Частота преобразования fn,  кГц	40
Диапазон рабочих температур,  ˚ С	-20 +40

Последняя цифра номера зачетной книжки	8
U0,  В	5,0
I0 макс., А	8,0
I0 мин.,  А	2,0
Нестабильность выходного напряжения при изменении питающей сети,  δ, %	2
Амплитуда пульсации выходного напряжения Uвых. m ,  В	0,05

1.  Определяем максимальную выходную мощность преобразователя

P₀ = U₀·I_{0 макс.}

P₀ = 5·8=40  (Вт)

2.  Определяем номинальное U_вх. максимальное и минимальное значения входного напряжения преобразователя:

,,

, где:   kа = (0,05…0,1)=0,1 – абсолютный коэффициент пульсаций на выходе сетевого выпрямителя;

 (при р = 2),

 (В)

 

3.  По известным значениям P₀ и U_вх  с помощью графика рисунка  выбираем схему преобразователя

Области обозначенные ИЛИ соответствуют равноценному применению обоих типов преобразователей.

Выбираем схему однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода.

4.  Для данной схемы задаемся максимальным значением γ_макс = 0,5.

5. С помощью выражений таблицы 3 определяем амплитудные значения э.д.с. первичной U_1m и вторичной U_2m обмоток трансформатора преобразователя в функции напряжения первичной сети U_вх и мощности нагрузки P₀.

U_1m= U_{вх мин} -U_кэнас - DU₁,

U_2m=,

При этом задаем:

U_{кэ нас.}= (1…2,5)=2 В – напряжение коллектор – эмиттер регулирующего транзистора в режиме насыщения;

 U_пр.VD = U_пр.VD1 = U_пр.VD2 = (0,6…1)=1 В – падение напряжения на диоде в открытом состоянии;

 DU₁ @ 0,02*U_вх. – падение напряжения на активном сопротивлении первичной W₁  обмотки трансформатора;

 DU₂ = 0,02*U₀ – падение напряжения на активном сопротивлении вторичной W₂ обмотки трансформатора;

U_1m= 143,684 -2 – 0,02*170,625= 138,2715 (В),

U_2m=(5+1+0,5)*(1-0,5)/0,5=6,5 (В),

6. Определяем требуемый коэффициент трансформации n₂₁ трансформатора: n₂₁ = U_2m/U_1m.

n₂₁ = U_2m/U_1m= 6,5/138,2715=0,047

7. С помощью выражений для выбранной схемы преобразователя определяем γ_мин.

g_мин= U₀/( n₂₁× U_{вх макс}+ U₀),

g_мин= 5/( 0,047*206,546+ 5)=0,34

Полученное значение γ_мин ³ 0,15, устройство реализуемо.

8. Определяем критическую индуктивность L_w1кр 

Принимаем:

L_w1=L_w1кр.

L_W1кр= U_вх×g²_макс/ (2 fn ×n₂₁× I_{0 мин}),

L_W1кр= 170,625*×0,5²/(2*40000*0,047*2)= 42,65625/ 7520=0,0057

9. Определяем значение γ.

g =U₀/(n₂₁ ×U_вх+ U₀),

g =5/(0,047 *170,625+ 5)=5/13,02=0,384

Полученные при выборе преобразователя данные, необходимые для дальнейших расчетов схемы, заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты расчетов

γ	γ мин	γ макс	n21	U1m, В	U2m, В	Lw1,  Гн
0,384	0,34	0,5	0,047	138,2715	6,5	0,0057

Расчет трансформатора.

1. Определяем действующее значение токов первичной I₁ и вторичной I₂ обмоток трансформатора.

I₁= n₂₁×I_{0 макс},

I₂= I_{0 макс} ,

I₁=0,047*8*=0,376 (А),

I₂=6,5  (А),

2. Определяем произведение поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна S_ст × S_ок.

При этом задаемся:

-  коэффициентом заполнения медью окна магнитопровода К_ок = 0,3;

-  приращением магнитной индукции D В=0,1  на частоте преобразования. Значение D В для схем рисунков 3…6 приведены  (для наиболее часто применяемых материалов М2000НМ-1, 2500НМС-1) в таблице 2;

-  h=0,6 - коэффициент полезного действия преобразователя в пределах 0,6…0,8 (меньшее значение КПД соответствует более низкому U₀=5 В выходному напряжению);

-  плотностью тока j в обмотках трансформатора  по таблице 3. 

-   

-   

-   

-  Таблица 2

Значение  приращения магнитной  индукции D В,  Тл

При fn = 50 кГц

0,1

Таблица 3

Для выбранного преобразователя мощность трансформатора равна:

P_Г = U_2m × I₂ ×g_макс (1+h)/(2h)

P_Г = 6,5*6,5*0,5 (1+0,6)/(2*0,6)=281,67

f_П/P_Г=40000/281,67= 142,01

Плотность тока принимается равной

j=5*10⁶ (А/м²),

S_ст×S_о=,

S_ст×S_о=4*8*0,0057*0,376*8/0,3*5*10⁶*0,6*143,684*0,1=4,23*10^-8 (м⁴)

S_ст×S_о=4,23*10^-8 (м⁴)=0,00423 (см⁴)

3. По известному произведению S_ст × S_ок с помощью таблицы П.2 приложения выбираем тип магнитопровода и уточняем его параметры

S_ст×S_о=0,0038 (см⁴) Это произведение должно быть больше, чем 0,00423