(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка блока питания
Содержание
Введение
1. Разработка блока питания для электрического устройства
1.1 Расчёт выпрямителей переменного тока и сглаживающих фильтров
1.2 Расчёт силового трансформатора
2. Структурное проектирование логической схемы в интегральном выполнении по данной логической функции
Заключение
Литература
Введение
Одним из важных направлений развития научно-технического прогресса в истинное время является развитие электроники. Заслуги электроники влияют на развитие общества.
Современная электроника характеризуется сложностью и разнообразием решаемых задач, высочайшим быстродействием и надёжностью.
электрические устройства используются в почти всех отраслях индустрии, транспорта, связи, также в быту. Более нередко используемыми электрическими устройствами являются такие, как автоматическое технологическое оборудование, радио- и TV аппаратура, индивидуальный комп, микропрцессоры, усилители сигналов, счётчики, интегральные микросхемы и т.д.
Для питания большинства радиотехнических и электрических устройств требуется выпрямленное напряжение с данными параметрами. Для того, чтоб получить нужное напряжение на перегрузке, его поначалу нужно конвертировать при помощи трансформатора. Дальше перевоплощенное напряжение нужно распрямить с помощью выпрямителя собранного на вентилях. Для выпрямителей, созданных для питания разных радиотехнических и электрических устройств, допустимый коэффициент пульсации напряжения на перегрузке не должен превосходить определённую величину. Наличие пульсаций выпрямленного напряжения усугубляет работу потребителей, питаемых выпрямленным напряжением, потому почти всегда выпрямители содержат сглаживающие фильтры.
1. Разработка блока питания для электрического устройства
1.1 Расчёт выпрямителя переменного тока
a) Для схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом
Действующее
U21 = U211 = 1.11· Ud = 1.11 · 12 = 13.32 В
Действующее
I21 = I211 = 0.7· Id = 0.7 · 0.5 = 0.3535 А
Амплитудное
Uam=3.14 · Ud = 3.14 · 12 = 37.68 В
Среднее
Ia = 0.5 · Id = 0.5 · 0.5 = 0.25 А
Амплитудное
Iam=1 · Id = 1 · 0.5 = 0.5 А
По приобретенным данным в качестве вентилей для цепи 1 избираем два диодика Д226Е с параметрами Uam = 100 В; Ia = 300 мА; Iam = 2.5 А
Создадим проверку избранных вентилей на соответствие характеристикам выпрямителя:
Uam = 100 В > 37.68 В; Ia = 300 мА > 250 мА; Iam = 2.5 А > 0.5 А
Вентили соответствуют характеристикам выпрямителя.
Для выбора схемы и количества звеньев сглаживающего фильтра определяем его коэффициент выравнивания:
q1 0.667
S = — = — = 133.4 > 100, как следует нужен многозвенный
q2 0.005 фильтр
1.3.8 Коэффициент выравнивания всякого звена фильтра:
S1 = S2 = vS = v133.4 = 11.55 < 100
Ёмкость конденсатора C1, входящего в состав первого звена фильтра, рассчитывается по методике для выпрямителя, работающего на интенсивно — ёмкостную нагрузку:
H
C1= —
q1 0.667 q22 · rц
где: q22 = — = — = 0.0577
S1 11.55
Uн 12
rц = 0.1 · Rн = 0.1 · — = 0.1 · — = 2.4 Ом — сопротивление фазы выпрямителя
Iн 0.5
— для нахождения коэффициента Н определяем расчётный коэффициент А:
р · rц 3.14 · 2.4
A = — = — = 0.157
m · Rн 2 · 24
m = 2 — число пульсаций тока за период сетевого напряжения в перегрузке
По графику Н = f (А): H = 260
H 260
C1= — = — = 1877.53 мкФ
q22 · rц 0.577 · 2.4
По ёмкости С1 и напряжению Uн избираем конденсатор: К50 — 3
Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В
Определяем характеристики второго звена сглаживающего фильтра:
10 · (S2 + 1) 10 · (11.55 + 1)
LC = — = — = 31.375 Гп · мкФ
m2 4
Принимаем конденсаторы типа К50 — 3: Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В
LC2 31.375
Тогда, L = — = — = 0.314 Гн
C2 10
б) Для схемы однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя
Для выбора схемы и количества звеньев сглаживающего фильтра определяем его коэффициент выравнивания:
q1 0.667
S = — = — = 0.89 < 100
q2 0.75
Для данной схемы применим С — фильтр
Определяем коэффициент А:
р · rц 3.14 · 4.8
A = — = — = 0.157
m · Rн 2 · 48
Для нахождения сопротивления перегрузки используем выражение:
Uн 24
Rн = — = — = 48 Ом
Iн 0.5
Сопротивление фазы выпрямителя:
rц = 0.1 · Rн = 0.1 · 48 = 4.8 Ом — сопротивление фазы выпрямителя
m = 2 — число пульсаций тока за период сетевого напряжения в перегрузке
Из графиков зависимостей В = f(A); D = f(A); F = f(A); H = f(A) находим вспомогательные коэффициенты В = 0.45; D = 2.35; F = 7.2; H = 260
ЭДС обмотки трансформатора Е3 = B · Ud = B · Uн = 0.95 · 24 = 22.8 В
Наибольшее оборотное напряжение на вентиле, находящемся в непроводящем состоянии:
Uобрm= 2v2 · Е3 = 2v2 · 22.8 = 64.488 В
Среднее
Id Iн 0.5
Ia = — = — = — = 0.25 А
2 2 2
Наибольший (амплитудный) ток вентиля:
Iam = F · Ia = 7.2 · 0.25 = 1.8 А
Действующее значение тока вторичной трансформатора:
I3 = D · Ia = 2.35 · 0.25 = 0.588 А
1.3.20 По приобретенным данным в качестве вентилей избираем диоды Д226Е с параметрами:
Uam = 100 В > 64.488 В; Ia = 300 мА > 250 мА; Iперегр = 2.5 А > 1.8 А Вентили соответствуют характеристикам выпрямителя.
Ёмкость конденсатора фильтра находим из выражения:
H 260
C = — = — = 72.22 мкФ
Q2 · rц 0.75 · 4.8
Принимаем обычный оксидный (электролитический) конденсатор К50 — 3
Сном = 100 мкФ; Uном = 100 В
1.2 Расчёт силового трансформатора
Согласно начальных требований и расчёта выпрямителя расчёт трансформатора производим по последующим данным:
U2 = 13.32 В; I2 = 0.5 А; U3 = 22.8 В; I3 = 0.5 А; U4 = 220 В; I4 = 0.45 А
U5 = 10 В; I5 = 1 А
Напряжение сети: U1 = 220 В; fс = 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)
Определяем габаритную мощность вторичных обмоток Sг2 и суммарную габаритную мощность Sг трансформатора с учётом избранной схемы выпрямителя и использования других обмоток:
Sг2 = 1.7 · U2I2 · U3I3 · U4I4 · U5I5 = 1.7 · 13.32·0.5 · 22.8·0.5 · 220·0.45 · 10·1 = 131.722 В·А
Суммарная габаритная мощность трансформатора с учётом его КПД (з = 0.88):
Sг2 131.722
Sг = — = — = 149.684 В·А
З 0.88
По нонограмме мощности Sг = 149.684 В·А соответствует сердечник с площадью поперечного сечения Qс = 15.5 см2
Потому что трансформатор малой мощности, то выберем обмоточный провод марки ПЭВ — провод с изоляцией лаком винифлекс
Пользуясь нонограммой, для сечения проводника Qс = 15.5 см2 и наклонной линией, построенной для использования обмоточного провода ПЭВ, определяем нужную площадь окна магнитопровода, которая составит Qо = 12 см2
В итоге расчётов принимаем обычный магнитопровод Ш — 32 с параметрами
Qс = 19.0 см2; Qо = 25.6 см2
Для выбора поперечника провода первичной (сетевой) обмотки, определяем ток в данной для нас обмотке: Sг2 Sг 149.684
I1 = — = — = — = 0.68
U1 · з U1 220
Беря во внимание габаритную мощность трансформатора Sг = 149.684 В·А и принимая сердечник выполненным из штампованных пластинок получаем магнитную индукцию в сердечнике (в стали) трансформатора Bс = 1.1 Тл
По нонограмме для магнитной индукции Bс = 1.1 Тл и сечения сердечника Qс = 25.6 см2 определяем число витков на 1 В напряжения для всех обмоток (W/1B), равное 2.8 Вит/1В, и определяем число витков в каждой обмотке из соотношения:
W
Wi = Ui · — · K
1B
Ui — напряжение соответственной обмотки
K — коэффициент, учитывающий падение напряжения на активном сопротивлении вторичных обмоток (К = 1.05…1.1)
С учётом компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки число витков вторичных обмоток наращивают на 5%. Тогда:
W1 = 220 · 2.8 · 1.05 = 647 Вит
W2 = 13.32 · 2 · 2.8 · 1.05 =78.3 Вит
W3 = 22.8 · 2.8 · 1.05 = 67 Вит
W4 = 220 · 2.8 · 1.05 = 647 Вит
W5 = 10 · 2.8 ·1.05 = 29.4 Вит
Определяем поперечник обмоточных проводов в обмотках трансформатора. Для мощности трансформатора Sг = 149.684 В·А рекомендуемая плотность тока составляет д = 2 А/мм2.
Тогда по таблице определяем:
1) для первичной обмотки: для I1 = 0.68 А d1 = 0.748 А/мм2
2) для вторичных обмоток: для I1 = 0.5 А d1 = 0.405 А/мм2
для I1 = 0.5 А d1 = 0.405 А/мм2
для I1 = 0.45 А d1 = 0.348 А/мм2
для I1 = 1 А d1 = 1.57 А/мм2
1.4.8 Проверяем возможность размещения обмоток в окне сердечника. Определяем площадь g, занимаемую каждой обмоткой в окне сердечника.
Для первичной обмотки:
W1 = 647 витков, d1 = 0.748 А/мм2 в 1 мм2 уместится 1.72 витка
647
Общая площадь: g1 = — = 3.762 см2
1.72 · 100
Для обмотки W2:
W2 = 78.3 витков, d1 = 0.405 А/мм2 в 1 мм2 уместится 6.1 витка
78.3
Общая площадь: g2 = — = 0.128 см2
6.1· 100
Для обмотки W3:
W3 = 67 витков, d1 = 0.405 А/мм2 в 1 мм2 уместится 6.1 витка
67
Общая площадь: g3 = — = 0.11 см2
6.1· 100
Для обмотки W4:
W4 = 647 витков, d1 = 0.348 А/мм2 в 1 мм2 уместится 8 витков
647
Общая площадь: g4 = — = 0.81 см2
8· 100
Для обмотки W5:
W5 = 29.4 витка, d1 = 1.57 А/мм2 в 1 мм2 уместится 0.455 витка
29.4
Общая площадь: g5 = — = 0.06 см2
0.455· 100
Таковым образом, общая площадь окна, занимаемая всеми обмотками:
Qоз = g1+g2+g3+g4+g5 = 3.762 + 0.128 + 0.11 + 0.81 + 0.06 = 4.87 см2
Возможность размещения всех обмоток в окне сердечника можно проводить с внедрением коэффициента наполнения окна Ко:
Qоз 4.87
Ко = — = — = 0.19
Qо 25.6
Как проявили расчёты, все обмотки в окне сердечника располагаются. Остальная оставшаяся площадь Qост = Qо — Qоз = 25.6 — 4.87 = 20.73 см2 употребляется для размещения каркаса и изоляционных прокладок меж обмотками.
2. Структурное проектирование логической схемы в интегральном выполнении по данной логической функции
процесс структурного проектирования разбиваем на два поочередно выполняемых шага:
Минимизация данной логической функции
синтез логической структуры
Минимизация данной логической функции
Пользуясь теоремами и законами алгебры логики (булевой алгебры) упрощаем заданную логическую функцию до образования конъюнкций, где находятся все независящие переменные начального выражения:
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —
F = X·Y· (Z + X) + X·Y·Z + Z· (X·Y·Z + Z·Y) = X·Y·Z + X·Y·Z + X·Y·Z
Опишем логическую структуру в виде таблицы состояний (истинности) согласно облегченного выражения логической функции F:
X
Y
Z
F
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
Предстоящее упрощение (минимизацию) данной логической функции проводим графическим способом с внедрением карты Карно, где количество независящих переменных К = 3.
Итог клейки клеток 1,2 и 1,7 даёт описание логической структуры в виде минимизированной дизъюнктивной обычной формы (МДНФ), представляющей собой алгебраическое выражение: — — — —
F = Y·Z + X·Y
синтез логической структуры
Проведём синтез приобретенной логической структуры с внедрением логических частей в интегральном выполнении.
Синтезируем логическую структуру в виде структурно — многофункциональных схем. Для сравнительного анализа разных схемных решений разглядим варианты реализации логической структуры с внедрением базисных логических частей, также с внедрением частей И-НЕ и с внедрением элемента ИЛИ — НЕ. Результаты проделанной работы представлены в графической части.
Синтезируем логическую структуру в виде принципных электронных схем на микросхемах ТТЛ серии 155. Результаты проделанной работы представлены в графической части.
В итоге анализа предложенных вариантов реализации логической структуры отдаем предпочтение варианту выполнения принципной электронной схемы на микросхеме К155ЛЕ1, потому что этот вариант имеет наилучшие технико — экономические характеристики, а конкретно: наименьшее количество внутрисхемных соединений, количество электрических компонент малое (всего одна ИС), выше надежность устройства, завышенное быстродействие, малая потребляемая мощность.
Заключение
В данной курсовой работе был разработан блок питания для системы автоматического управления действием транспортировки и хранения комбикормов в животноводческом комплексе и произведено структурное проектирование логической схемы в интегральном выполнении по данной логической функции.
Для блока питания представлены принципная и структкрно-функциональная схемы. Он рассчитан на питание от бытовой сети с параметрами U=220 B, f=50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) и выдаёт два выпрямленных напряжения (U=12 В, I=0.5 А и U=24 В, I=0.05 А), и два переменных (U=220В, I=0.45 А и U=10В, I=1 А).
В выпрямителе этого блока питания могут употребляться диоды последующих марок: для схемы выпрямителя с нулевым выводом — Д226Е, для мостовой схемы — Д226Е. В схеме выпрямителя с нулевым выводом употребляется многозвенный фильтр с 2-мя звеньями. В первом звене употребляется конденсатор К50 — 3 с Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В. Во 2-м звене употребляется конденсатор К50 — 3 с Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В и катушка индуктивности с индуктивностью L = 0.314 Гн. В мостовой схеме выпрямления употребляется С — фильтр с маркой конденсатора: К50 — 3, Uном = 25 В, Сном = 100 мкФ.
Литература
1. Макаров А.А. Электроника. Учебно-методическое пособие. — Кострома: изд. КГСХА, 2003.-67 с.
2. Арестов К.А. Базы электроники и микропроцессорной техники. — М.: Колос, 2001
]]>