Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7
Исследование работы импульсного стабилизатора
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является:
Изучение принципов работы импульсного стабилизатора
Расчет импульсного стабилизатора для вторичного источника питания
2. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
В отличие от стабилизаторов напряжения (СН) последовательного типа, импульсные СН обладают достаточно высоким КПД, низкой выделяемой мощностью, меньшими габаритами. В импульсных СН применяется регулирующий транзистор, непрерывно переключаемый устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки с частотой 5..50 кГц. Получаемая последовательность импульсов с амплитудой источника питания поступает на узел накопления энергии, состоящего из катушки и конденсатора, где преобразуется в требуемое постоянное напряжение. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется изменением скважности импульсов. Мощность, рассеваемая транзисторным ключом и катушкой, невелика, поэтому такой стабилизатор имеет высокий КПД.
Основными недостатками таких СН являются:
-более высокая сложность изготовления, в частности необходимость использования катушки индуктивности,
-наличие интенсивных электрических помех, жесткие требования к диапазону нагрузок (короткое замыкание и холостой ход не всегда допустимы).
Выходное напряжение стабилизатора равно:
Uвых=Uвх*tвкл/T,
где T=tвкл+tвыкл - период коммутации,
tвкл, tвыкл - длительности включенного и выключенного состояний транзистора.
Работа схемы основана на накоплении энергии катушкой и конденсатором. Когда VT1 открыт, ток течет через него, L1 и нагрузку. Ток в катушке изменяется линейно и достигает пикового значения.
Пока ток через катушку больше тока в нагрузке, происходит заряд конденсатора С2. Когда VT1 закрывается, катушка становится источником питания нагрузки. Ток катушки линейно уменьшаясь протекает через нагрузку, конденсатор С2 и диод VD1. Когда ток катушки становится меньше тока нагрузки, нагрузку начинает питать конденсатор С2. В результате дальнейшего уменьшения тока через катушку транзистор снова открывается и весь процесс повторяется.
Индуктивность L1 должна обеспечивать ток нагрузки в течение времени tвыкл.
3. ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
Для проведения практической работы используется следующее обеспечение:
персональный компьютер;
видеоматериалы
методические указания, примеры расчетов, задания.
4. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
Ознакомится с методическими указаниями, подготовить шаблон отчета.
Задание 4.1. Расчет импульсного стабилизатора напряжения
Исходные данные:
Напряжение питающей сети: Uc=36 В
Относительное изменение напряжения питающей сети: δUc=±20 %
Частота питающей сети: fc=400 Гц
Тип питающей сети: трёхфазная с нулевым выводом, звезда
Схема сетевого выпрямителя: трёхфазная однополупериодная
Напряжение на нагрузке: Uн=5 В
Ток нагрузки максимальный: Iнmax=10 А
Ток нагрузки минимальный: Iнmin=2 А
Коэффициент пульсации напряжения на нагрузке: Кп=1 %
Частота коммутации преобразователя: fк=25 кГц
Схема силовых конверторов: двухтактная.
Расчёт электрической принципиальной схемы
Расчет сетевого выпрямителя.
Рассчитаем параметры сетевого выпрямителя для трёхфазной однополупериодной схемы выпрямления.
Среднее значение выпрямленного напряжения:
Uо= 0.95Uc
Uо= 0.95·36·=48,37 В
Найдем предел допустимых отклонений значения выпрямленного напряжения:
Uо min= Uо·(1-δ Uо);
Uо min= 48,37 ·(1-0.2) =38,69 В
Uо max= Uо·(1+ δ Uо);
Uо max= 48,37 ·(1+0.2) =58,04 В
Рассчитаем мощность нагрузки:
Pнаг= Uнаг· Iнаг max ;
Pнаг=5·10= 50 Вт
Среднее значение мощности:
Выберем КПД преобразователя напряжения η=0.9
;
P0==55,5 Вт
P0= I0· Uном ;
;
I0==1,15 A
Значение ёмкости С7 (мкФ) :
С7= 1.3·P0 ;
С7=1.3·55,5=72,2 мкФ
Выберем диоды VD6, VD7, VD8 - КД202 К
Расчет сетевого фильтра.
Для нахождения значения индуктивностей Lф (L1- L3) воспользуюсь соотношением:
ωLф>R0 в 10 раз
=0,96 А
=60,46 Ом
ωLф=604,6
=240мГн
Вычислим значение ёмкостей Cф (С1-С6):
=66,3мкФ
Расчет регулируемого двухтактного конвертора.
В схеме используем регулируемый полумостовой двухтактный конвертор с трансформаторным выходом.
Ёмкости С1, С2 образуют ёмкостной делитель:
Uс1=Uс2;
Uс1=Uс2=24,2 В
Сделаем предварительные расчеты.
Выберем коэффициент заполнения импульсов γmax=0.75
;
6,67 В
U/2ном·(1- δ Uс);
;
8,34 В
где U’2 - напряжение на выходе высокочастотного выпрямителя.
γном=;
γном=0.59
(1+δ Uс);
8,34*(1+0.2)=10,01 В
γ min=;
γ min=0.49
Рассчитаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора.
U2= Uд пр,
где Uд пр прямое падение напряжений на диодах ВЧ моста.
U2= 8,47+2=10,47 В
Величина дросселя выходного фильтра рассчитывается при условии безразрывности тока IL по выражению:
L4=(5-10)· ;
Rнmax= ;
RН==2,5 Ом
L4=5·=0,125 мГн,
максимальный ток дросселя будет равен:
ILmax=Iнmax+Δil, ,
где Δil, -пульсация тока через дроссель.
Δil, ==0,8 А
ILmax=10+0.08=10.08 А
Определим ёмкость С10 сглаживающего LC фильтра:
С10=;
С10==81,6 мкФ
Среднее значение тока и обратное напряжение диода VD9:
I0VD9=ILmax(1- γmin) ;
I0VD9=10.08·(1-0.49)=5,51 A
UобрVD9=U’2max ;
UобрVD9=10.01 В
Выберем диод VD9 - КД212В
Среднее значение токов и обратное напряжение для диодов ВЧ моста
I0м=;
I0м==5 А
Uобрм=U2max ;
Uобрм=10,47 В
Выберем диодный мост VD3 – КЦ 405 А.
Максимальное значение тока I2 вторичной обмотки будет равно:
I2=10.08 A
Для полумостовой схемы напряжение U1:
U1=;
U1=24,2 В
Рассчитаем ток коллектора Iкmax и максимальное значение Uкэmax , по которым выберем транзисторы для схемы:
Iкmax=;
Iкmax==5,19 А
Uкэ max=Uномmax ;
Uкэ max=58,04 В
Выберем силовые транзисторы конвертора, VT3, VT4 – КТ 812А.
Характеристики транзистора КТ 812А:
h21=30
Uбэнас=2,2 B
Uкэнас=1.35 B
fгр=6.5 МГц
Uкэимп=700 B
Uкэmax=400 B
Iкэmax=8 A
Рассчитаем значения базовых токов управления силовых транзисторов:
Iб1,2=;
Iб1,2==0.53 А
Расчёт предварительного усилителя с трансформаторным выходом для полумостовой схемы ТДК
Произведем расчет для одного плеча предварительного усилителя, для второго плеча схема и расчет аналогичны.
Выберем напряжение U2:
U2=(3-4)Uбэнас ;
U2=3·2,2=6,6 В
Определим значение балластного сопротивления R15:
R15= ;
R15==8,3 Ом
Исходя из условия баланса мощностей можно найти значение тока Iк3:
Iк3= ;
U1=;
Е1 =15 В – напряжение источника питания ИПУУ.
U1= 15-1.35 = 13.65 В
Iк3==0.27 A
Uкэmax= E1max ;
Uкэmax=15 В
По Iк3 и Uкэ max выберем транзисторы VT5, VT6 – КТ 630Е
Характеристики транзистора КТ 630Е:
h21=300
Uбэнас=0,85 B
Uкэнас=0,11 B
fгр=300 МГц
Uкэmax=60 B
Iкэmax=11 A
Ток управления:
Iб=;
Iб==6,67 мА
Значение сопротивления R13:
R13=;
Uвых=;
Uвых=15-1=14 В
R13==1,97 кОм
Расчет источника электропитания устройств управления.
Вычислим ток нагрузки:
IDA1=10мА,
Ik=5мА,
IГПН=2мА,
IГПИ=1мА,
IФР=1мА,
IПУ=1А,
Iстmin=5мА.
Iн=(10+2+1+2000+1+5+5)10-3=2.024A
Вычислим ёмкости С11 и С12:
=53,4мкФ
=0,107мФ
Вычислим сопротивления R6:
R6=1кОм
Вычислим средний ток через диодный мост:
,
Icт=5мА
=1,015А
Выберем стабилитрон VD5 – Д 815Е и диодный мост VD2 – КЦ 409В
Расчёт схемы сравнения и усиления сигнала ошибки.
Вычислим сопротивления делителя R1 и R3:
Ucт=3,6 В
Ú'н ≈Ucт=3,6 В, Iстmin=5мА
Кд=
Кд=0,72
Iд=1мА
=3,6кОм,
=1,4кОм
Вычислим сопротивление R5, R2 и сопротивление обратной связи R4:
=2,28кОм
=10,08кОм
кОм
Выберем микросхему DA1 – LM 392 и стабилитрон VD1 – КС 190А.
Расчет схемы генератора пилообразного напряжения.
Рассчитаем время заряда и разряда конденсатора
Т=fk-1
=40 мксек.
tр=0.05·T
tр=0.05·40=2 мксек.
tз=Т- tр
tз=40-2=38 мксек.
Рассчитаем ёмкость конденсатора С14
=28,5 нФ
Выберем транзистор VT2 – КП 302А, VT1 – КТ 3107
Характеристики транзистора КТ 3107:
h21=400
Uбэнас=0,8 B
Uкэнас=0,2 B
fгр=300 МГц
Uкэmax=25 B
Iкэmax=0,1 A
=0,5 мА
Вычислим сопротивления R10 и R12:
=26,4 кОм
=625 Ом
Рассчитаем ёмкость конденсатора С13
=400 пФ
С13=430 пФ
Вычислим зарядное и разрядное сопротивление, R8 и R9:
=88,4 кОм
=4,6 кОм
Рассмотрена методика разработки импульсных источников вторичного электропитания, основные условия стабилизации напряжения и методы их реализации. Рассчитан импульсный стабилизатор напряжения и составлена его принципиальная и структурная схема.
PAGE 1