Проектирование стабилизированного трансформаторного источника вторичного электропитания без преобразования частоты

Выпрямители служат для получения постоянного напряжения с помощью преобразования переменного тока электрической сети в постоянное пульсирующее напряжение и сглаживания пульсации при помощи фильтра. Выпрямители классифицируются по схеме выпрямления, типу выпрямительного элемента, величине выпрямленного напряжения и назначению. В качестве выпрямителя в данной работе будет использована двухполупериодная схема выпрямителя со средней точкой. Достоинствами такого схемного решения являются: более полное использование мощности трансформатора, коэффициент пульсаций напряжение существенно меньше, при такой схеме выпрямления трансформатор работает без токов подмагничивания.         

Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки. Уменьшение величины пульсации выпрямленного напряжения осуществляется при помощи сглаживающих фильтров, состоящих из одного или нескольких Г-образных звеньев LC или RC. Выбор того или иного звена или их сочетания определяется величиной пропускаемого через  фильтр выпрямленного тока и коэффициента фильтрации (характера нагрузки). Основными параметрами сглаживающего фильтра являются коэффициент сглаживания и падения напряжения постоянного тока. Коэффициент пульсации на входе фильтра зависит от схемы выпрямителя и характера нагрузки, а также от величины емкости конденсатора. В данной работе будет использоваться емкостный сглаживающий фильтр. Емкостный фильтр включается параллельно нагрузке и шунтирует нагрузку для переменной составляющей тока.  Емкостный фильтр относится к простейшим фильтрам.

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие постоянство напряжения на стороне потребителя с заданной степенью точности. Напряжение источников электроэнергии переменного тока, от которых питается источник вторичного питания, в силу разных причин имеет широкие пределы изменения номинала и это напряжение может отличаться от номинального значения. Кроме того, в процессе работы изменяется и ток, потребляемый аппаратурой. Поэтому источник вторичного питания содержит в своей структуре стабилизатор напряжения. Стабилизатор обеспечивает заданное напряжение на нагрузке. В данной работе будет использован стабилизатор, представленный интегральной микросхемой, так как он прост при расчете и позволит уменьшить элементную базу устройства.

1)  Расчет параметров стабилизатора.

Исходными данными для расчета параметров стабилизатора являются: напряжение на выходе схемы U_вых, ток нагрузки I_н, коэффициент пульсации напряжения К_п1.

По заданному напряжению U_вых выбираем микросхему стабилизатора с соответствующим выходным напряжением. По заданию это напряжение должно соответствовать значению равному 12 В.

По заданному току нагрузки I_н проверяем, подходит ли выбранная микросхема по току. По заданию I_н = 0,5 А. Допустимо выбрать микросхему стабилизатора с большим значением тока.

Коэффициент пульсаций напряжения по заданию не превышать 1 %.

Итак, выбираем микросхему стабилизатора, которая должна соответствовать следующим параметрам:

U_вых = 12 В.

Выбираем микросхему стабилизатора, для первого плеча схемы, в соответствии со следующими параметрами:

U_вых = 12 В,

I_вых = 0,5 А,

К_п ≤ 1 %.

Выбираем отечественную микросхему стабилизатора серии КР142ЕН8В, параметры которой представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – параметры микросхемы стабилизатора

Рассчитываем коэффициент пульсаций на входе стабилизатора с учетом коэффициента сглаживания стабилизатора по формуле 

 ,                                            (3.1) где К_п – коэффициент пульсаций на выходе схемы (по заданию К_п = 1%);

К_сгл – коэффициент сглаживания пульсаций микросхемы стабилизатора.

=0,01*32=0,32

Для дальнейшего расчета элементов принципиальной схемы проектируемого источника питания будем использовать следующие значения:

U_вх = 17,5…35 В,

I_вх = 1,5 А,

К'_п = 0,32.

2) Расчет сетевого трансформатора.

Первичная обмотка трансформатора должна соответствовать следующим параметрам: напряжение первичной обмотки U₁ = 220 В, частота ƒ_с = 50 Гц.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора рассчитываем