Методические указания по выполнению расчётно-графической работы для курсантов факультета морского судовождения, факультета судовождения и эксплуатации специализированных судов

Скачать 0.78 Mb.

Название	Методические указания по выполнению расчётно-графической работы для курсантов факультета морского судовождения, факультета судовождения и эксплуатации специализированных судов
страница	3/6
Дата публикации	31.03.2014
Размер	0.78 Mb.
Тип	Методические указания

uchebilka.ru > Журналистика > Методические указания

1 2 3 4 5 6

^ Методика расчета компенсационного стабилизатора напряжения на ИМС

Компенсационные стабилизаторы напряжения представляют собою систему автоматичного регулирования, в которой с заданной точностью поддерживается постоянное напряжение на выходе независимо от изменения напряжения на входе стабилизатора. Такие стабилизаторы дают возможность стабилизировать напряжение при больших токах нагрузки и значительных изменениях входного напряжения. Они имеют больший чем параметрические стабилизаторы коэффициент стабилизации напряжения и меньшее выходное сопротивление. Компенсационные стабилизаторы напряжения в данное время изготовляются в виде законченных ИМС. Параметры некоторых из них приведены в прил

ожении 8. Схема включения таких стабилизаторов зависит от типа ИМС. Для стабилизаторов, которые рассчитываются, схема включения приведена на рис.5.

Входными данными для расчета компенсационного стабилизатора напряжения на ИМС являются:

выходное напряжение на нагрузке ;
выходной ток нагрузки ;
амплитуда напряжения пульсаций на выходе стабилизатора ;

После расчета элементов стабилизатора получим данные для расчета выпрямителя:

напряжение на входе фильтра (выходе выпрямителя) ;
ток на входе фильтра (выходе выпрямителя) ;
напряжение пульсаций на входе фильтра (выходе выпрямителя) .

Методика расчета компенсационного стабилизатора напряжения на ИМС следующая.

Согласно приложению 8 по значению заданного выходного напряжения на нагрузке и заданного тока нагрузки выбирают необходимый тип ИМС компенсационного стабилизатора. Для этой ИМС находят по таблице: коэффициент подавления пульсаций , величину опорного напряжения , величину тока управления , падение напряжения на регулирующем элементе ИМС , максимально допустимую мощность, которая рассеивается ИМС , тепловое сопротивление между р-п переходом и корпусом и максимальную рабочую температуру р-п перехода .
Задаемся рекомендованным значением резистора в пределах 180-240 Ом, который выбирается согласно номинальному ряду значений (см. приложение 1).
Находим значение номинала резистора из выражения:

. (4.1)

Согласно приложению 1 выбирают ближайшее номинальное значение сопротивления резистора .
По выражению (1) рассчитывают уточненное значение выходного напряжения на нагрузке, которое не должно выходить за пределы заданного допуска . Иначе резистор делают с помощью параллельного или последовательного соединения двух резисторов с необходимым номинальным значением сопротивления.
Находим мощность рассеивания резисторов ,:

, (4.2)

. (4.3)

Далее с помощью приложения 1 выбирают номинальную мощность рассеивания этих резисторов.
Находим минимальное значение напряжения на входе стабилизатора:

. (4.4)

Выбираем конкретное значение этого напряжения.

Находим значение необходимого тока на входе стабилизатора:

. (4.5)

Определяем максимальную амплитуду напряжения пульсаций на входе стабилизатора из выражения:

. (4.6)

Выбираем значение номинала емкости конденсатора в пределах 1-100 мкФ согласно номинальному ряду (см. приложение 2).
Находим рабочее напряжение конденсатора :

. (4.7)

Выбираем согласно приложению 2 конденсатор с необходимой номинальной емкостью и рабочим напряжением.

Находим мощность, которая рассеивается не регулирующем элементе ИМС:

. (4.8)

Полученное значение должно быть меньше допустимой рассеиваемой мощности данной ИМС

. Иначе необходимо выбрать более мощную ИМС компенсационного стабилизатора.

Определим тепловой режим работы ИМС. Для этого находим температуру р-п перехода ИМС во время работы схемы при температуре окружающей среды:

. (4.9)

Если рассчитанная температура р-п перехода

во время работы ИМС не превышает предельную температуру р-п перехода

, то данная ИМС может работать без дополнительного радиатора. В противном случае необходимо использование дополнительного радиатора с тепловым сопротивлением не более:

. (4.10)

В этом случае по расчету выбирается нужное тепловое сопротивление радиатора.

15. Для последующего расчета выпрямителя используют следующие рассчитанные данные:

напряжение на входе фильтра (выходе выпрямителя) ;
ток на входе фильтра (выходе выпрямителя) ;
напряжение пульсаций на входе фильтра (выходе выпрямителя) .

Далее переходят к расчету выпрямителя согласно методике раздела 5.

5. Методика расчета однофазных выпрямителей переменного тока
Выпрямители являются вторичными источниками питания радиоэлектронной аппаратуры, для которых первичным источником электропитания является сеть переменного тока или выходная обмотка трансформатора. Выпрямители используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямители располагаются между трансформатором переменного напряжения и сглаживающим фильтром или стабилизатором напряжения и в основном работают на емкостную нагрузку.

Для выпрямления в настоящее время используются в основном полупроводниковые вентили (диоды). Существует три основных схемы однофазных выпрямителей: однополупериодная, двухполупериодная и мостовая (рис.6). Однополупериодную схему выпрямления применяют в основном при небольших мощностях нагрузки, когда не требуется малая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы равна частоте питающей сети переменного тока. Двухполупериодную схему используют при выходных мощностях до 100 Вт и напряжениях до 500 В. Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока. Недостатком такой схемы является необходимость иметь две одинаковые обмотки трансформатора, а достоинством – наличие только двух выпрямляющих вентилей. Мостовая схема выпрямления характеризуется хорошим использованием энергии трансформатора и используется при выпрямлении больших мощностей (до 1000 Вт). Обратное напряжение на выпрямляющих вентилях в этой схеме в 2 раза ниже, чем в предыдущих схемах выпрямления. Кроме того, для такой схемы необходима только одна обмотка трансформатор Частота пульсаций выходного напряжения для этой схемы в два раза выше частоты питающей сети переменного тока.

В

ходными данными для расчета выпрямителя на полупроводниковых вентилях, работающего на емкостную нагрузку являются:

напряжение на выходе выпрямителя ;
ток на выходе выпрямителя ;
напряжение пульсаций на выходе выпрямителя .

Эти данные были получены при расчете сглаживающего фильтра или стабилизатора напряжения.

После расчета элементов выпрямителя получим данные для расчета трансформатора:

напряжение на входе выпрямителя (напряжение вторичной обмотки трансформатора) ;
ток на входе выпрямителя (ток вторичной обмотки трансформатора) .

Методика расчета однофазного выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку следующая.

Находим приблизительные значения обратного напряжения на вентиле , среднего тока, протекающего через вентиль и амплитудного значения тока , протекающего через вентиль, из приблизительных соотношений, которые зависят от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной или двухполупериодной схемы,

- для мостовой схемы выпрямления. (5.1)

- для однополупериодной,

- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.2)

- для однополупериодной,

- для двухполупериодной или мостовой схем выпрямления. (5.3)
По рассчитанным значениям

с помощью приложения 6 выбирают выпрямительные диоды, так чтобы максимально допустимые значения обратного напряжения, среднего и амплитудного тока выпрямительного диода превышали рассчитанные значения.

Находим сопротивление нагрузки выпрямителя :

. (5.4)

Находим сопротивление обмотки трансформатора

. (5.5)

При этом большие значения относятся к менее мощным выпрямителям.

Находим приблизительное значение прямого сопротивления выпрямительного диода :

, (5.6)

где

- постоянное прямое падение напряжения на диоде, которое выбирается из приложения 6.

Определяем активное сопротивление фазы выпрямителя в зависимости от заданной схемы выпрямления из соответствующих выражений:

- для мостовой схемы выпрямления,

- для одно- и двухполупериодной схем выпрямления. (5.7)

Определяем значение вспомогательного коэффициента в зависимости от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной схемы выпрямления,

- для двухполупериодной или мостовой схемы выпрямления. (5.8)

По графику рис.7а находим значения коэффициентов .
Н
аходим значение напряжения на входе выпрямителя (напряжение вторичной обмотки трансформатора) и ток вторичной обмотки трансформатора в зависимости от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной схемы выпрямления,

- для двухполупериодной схемы выпрямления,

- для мостовой схемы выпрямления. (5.9)

Уточняем значение обратного напряжения и амплитудного значения тока вентильного диода в зависимости от заданной схемы выпрямления:

- для однополупериодной схемы выпрямления,

- для двухполупериодной схемы выпрямления,

- для мостовой схемы выпрямления. (5.10)

Полученные значения обратного напряжения и амплитудного значения тока через выпрямительный диод не должны превышать соответствующих табличных параметров для выбранного диода, т.е.

, (5.11)

иначе необходимо выбрать более мощные диоды и провести расчет сначала.

Находим требуемый коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя:

. (5.12)

Полученное значение коэффициента пульсаций не должно превышать (0.1…0.15), в противном случае его принимают равным 0.15.

По графику рис.7б находим вспомогательный коэффициент.
Определяем необходимое значение емкости конденсатора выпрямителя в мкФ:

, (5.13)

и согласно приложению 2 выбираем номинальное значение емкости конденсатора фильтра.

Находим рабочее напряжение конденсатора фильтра :

, (5.14)

и выбираем требуемый тип конденсатора фильтра.

Для последующего расчета трансформатора используют следующие рассчитанные данные:

напряжение вторичной обмотки трансформатора ;
ток вторичной обмотки трансформатора .

Далее переходят к расчету трансформатора согласно методике раздела 6.

^ 6. Методика расчета маломощного трансформатора питания

Трансформатор – электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для изменения напряжения. Основной частью трансформатора является магнитопровод из магнитомягкого материала с размещенными в н

ем обмотками (рис.8). Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы изготовляют либо из штампованных пластин, либо навиваются из полос электротехнической стали (витые вагнитопроводы). Достоинством магнитопроводов, набранных из штампованных пластин, является возможность использования любых, даже очень хрупких, электромагнитных материалов. Преимуществом витых магнитопроводов является возможность использовать электромагнитные материалы различной толщины (в том числе и достаточно тонкие), что дает возможность использовать такие магнитопроводы на повышенных частотах.

По конструкции магнитопроводы подразделяются на броневые (Ш-образные), стержневые и кольцевые (тороидальные) (рис.9). В броневых сердечниках обмотки располагаются на центральном стержне, что упрощает конструкцию, обеспечивает более эффективное использование окна и дополнительно защищает обмотки от механических повреждений. Недостатком такой конструкции магнитопровода является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты. В стержневых сердечниках обмотки располагаются на двух стержнях. При этом уменьшается толщина намотки, улучшаются условия ее охлаждения, и уменьшается расход провода. Поэтому стержневая конструкция магнитопровода широко используется для изготовления мощных трансформаторов. Кольцевые трансформаторы позволяют наиболее эффективно использовать магнитные свойства материала, обеспечивают работу трансформатора при слабом внешнем магнитном поле. Их недостатком является сложность изготовления.

Входными данными для расчета трансформатора являются:

напряжение на вторичной обмотке трансформатора ;
ток нагрузки вторичной обмотки трансформатора .

Эти данные были получены при расчете выпрямителя. Кроме того, для расчета трансформатора питания необходимы:

напряжение питания сети ;
относительное изменение напряжение питания сети ;
частота переменного напряжения сети

Эти данные выбираются согласно таблице вариантов.

В результате расчета определяются материал и размеры магнитопровода, число витков первичной

и вторичной

обмоток, а также диаметр провода

этих обмоток.

Методика расчета маломощного силового трансформатора следующая.

Определяем номинальную мощность трансформатора:

, (6.1)

где

- число вторичных обмоток.

Определяется габаритная мощность трансформатора:

(6.2)

Причем больший множитель относится к трансформатору с номинальной мощностью до 10 В·А, а меньший - к трансформаторам с мощностью до 100 В·А.

Определяется произведение площади окна на площадь сечения магнитопровода:

, (6.3)

где

- площадь она магнитопровода, см²;

- площадь сечения магнитопровода, см²;

- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе ( в Тл), которая определяется по графику рис.10;

- частота питающей сети, Гц;

- плотность тока в обмотках трансформатора. Ее выбирают от 2 А/мм² (для трансформаторов с номинальной мощностью более 100 В·А) до 6 А/мм²(для трансформаторов с номинальной мощностью менее 10 В·А);

- коэффициент заполнения окна магнитопровода. Для броневых и кольцевых трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.28 до 0.34, а для стержневых трансформаторов – в пределах 0.25…0.35;

- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Для магнитопроводов из штампованных пластин и трансформаторов с номинальной мощностью 10-50 В·А его выбирают равным от 0.7 до 0.85, а для витых (ленточных) трансформаторов – в пределах 0.75…0.90.

4. По рассчитанному значению

с помощью приложения 5 выбирают размеры магнитопровода. При этом должно выполняться условие:

. (6.4)

При этом учитывают, что должно выполняться условие:

. В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера. Для кольцевого сердечника должно выполняться условие:

. (6.5)

Определяют число витков первичной и вторичной обмоток:

, (6.6)

. (6.7)

Здесь площадь сечения магнитопровода подставляют в см², частоту в Гц, магнитную индукцию в Тл, напряжение в В.

Определяют рабочий ток первичной обмотки:

. (6.8)

Определяют диаметры провода первичной и вторичной обмоток в мм²:

, (6.9)

, (6.10)

С помощь приложения 4 выбирают ближайшие большие значения диаметров проводов.

Проверяем размещение обмоток в окне магнитопровода. Для этого найдем число витков в слое цилиндрической обмотки:

, (6.11)

где

- толщина материала каркаса (обычно 0.5…0.8 мм);

- высота окна магнитопровода (см.рис.8);

- диаметр провода обмотки с изоляцией.

Определим число слоев обмотки:

, (6.12)

где

- число витков обмотки.

Определим толщину обмотки:

, (6.13)

где

- толщина изоляционной прокладки между отдельными слоями обмотки (от 0,02 до 0.08 мм).

Проверяем выполнения условия размещения обмоток в магнитопроводе:

, (6.14)

где

- суммарная толщина всех обмоток;

- толщина изоляционных прокладок между обмотками (от 0,02 до 0,08 мм);

- ширина окна магнитопровода (см. рис.8).

Если условие (6.14) не выполняется необходимо выбрать магнитопровод больших размеров и повторить расчет трансформатора сначала.

Расчет трансформатора завершен.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Постоянные резисторы
Резистором называется пассивный элемент радиоэлектронной аппаратуры, который предназначен для преобразования в электрической цепи требуемого значения сопротивления, что обеспечивает перераспределение и управление электрической энергии между элементами схемы.

^ Основными параметрами резисторов являются:

1. Номинальное значение сопротивления, которое указывается на резисторе. Согласно ГОСТ 2825-67, резисторы имеют шесть рядов номиналов сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Числа указывают количество номинальных значений в каждой декаде. Так ряд Е12 имеет двенадцать значений номиналов: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,1. А ряд Е24 – 24 значения: 1,0; 1,1; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3;4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Значение номинала резистора определяется умножением значения ряда на число равное 10 в какой то целой степени. Например, резистор номиналом 680 Ом = 6,8·10² или резистор номиналом 24 кОм=2,4·10⁴.

Для резисторов с допуском 10% используется ряд Е12, а допуском 5% - ряд Е24. Резисторы общего назначения выпускаются с номиналом сопротивления от 1 Ом до 10 Мом.

2. Допуск - максимально допустимое отклонение от номинального значения сопротивления в %.

Согласно ГОСТ 9664-74, ряд допусков для резисторов общего назначения в %: ± 2; ± 5; ± 10; ± 20; ± 30.

3. Номинальная мощность рассеивания. Это максимальная мощность, которую может рассеять резистор на протяжении гарантированного срока службы. Согласно ГОСТ 24013-80 та ГОСТ 10318-80, значения номинальной мощности рассеивания для резисторов общего назначения выбираются из ряда: 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 8: 10; 16; 25; 40 Вт.

4. ^ Наибольшее напряжение. Это максимальное напряжение, при котором работает резистор.

5. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) - это относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1 градус. Для общего назначения температурный коэффициент сопротивления изменяется от (10 до 2000)^.10^-6 К^-1.

^ 6. Напряжение шумо��. Это значение Э.Д.С. шумов резисторов вследствие теплового шума, или токового шума. Значения Э.Д.С. шумов для непроволочных резисторов от 0,1 до 100 мкВ/В.

Согласно действующей системе сокращений, сокращенное обозначение резистора состоит из буквы и цифр, например: Р 1-4.

Первая буква показывает подкласс резистора (Р - постоянные; РП - переменные; НР - набор резисторов).

Второй элемент (цифра) показывает группу резисторов по материалу (1 – не проволочные; 2 – проволочные и металлофольговые).

Третий элемент (цифра) - регистрационный номер разработки.

Таким образом, полное обозначение резистора имеет вид:

Р 1-4-0,5-10 кОм ± 5% А-Б-В ОЖО.467.157ТУ

— постоянный, не проволочный, регистрационный 4; мощность рассеивания 0,5 Вт; номинальное сопротивление 10 кОм; допуск ± 5%; группа шумов - А, группа ТКС - Б, всеклиматическое исполнение - В; технические условия - ОЖО.467.157.

До ранее действующей системы (ГОСТ 13453-68) обозначения резисторов составлялись как: С 2-33.

Первый элемент (буква) обозначает тип резистора (С - постоянный; СП - переменный).

Второй элемент (цифра) - обозначает материал резистора (1 не проволочный тонкопленочный углеродный и бороуглеродный; 2 – не проволочный тонкопленочный металлодиэлектрический и металлооксидный; 3 – не проволочный композиционный пленочный; 4 – не проволочный композиционный объемный; 5 - проволочный; 6 – не проволочный тонкопленочный металлизированный).

Третий элемент (цифра) - порядковый номер разработки.

Разработанные до 1968 года резисторы, которые продолжают выпускаться в настоящее время, обозначаются тремя буквами. Первая обозначает материал резистора (У- углеродные; К – композиционные; М - металлопленочные; П - проволочные и т.п.), вторая – вид защиты резистора (Э - эмалированные, Л - лакированные и т.п.), третья – назначение резистора (Т - теплостойкие; П - прецизионные; В - высоковольтные и т.п.).

Например: МЛТ-0,125 - металлопленочный, лакированный, теплостойкий, мощность рассеивания - 0,125 Вт.

1 2 3 4 5 6

	Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по... Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине: «Гражданская оборона» (для студентов всех специальностей...		Инженерная графика Методические указания к выполнению расчетно-графической работы «Крепежные изделия и соединения» для студентов 1 курса дневной формы...
	Методические указания к выполнению индивидуальной расчетно-графической... Перед выполнением работ студент должен, прежде всего, ознакомиться с методическими указаниями и выучить необходимый теоретический...		Методические указания к выполнению расчетно-графической работы «Прикладная гидроэкология» (для студентов 4-го курса дневной формы обучения спец. 070800 «Экология и охрана окружающей среды»). Сост....
	Методические указания к расчетно-графической работе "Геодезические... Методические указания рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры "Строительство и эксплуатация пути и сооружений"...		Вопросы для подготовки к аттестационному собеседованию абитуриентов,... При проведении собеседования необходимо проверить подготовку абитуриента, который имеет квалификацию младшего специалиста судовождения,...
	Вопросы для подготовки к аттестационному тестированию абитуриентов,... При проведении собеседования необходимо проверить подготовку абитуриента, который имеет квалификацию младшего специалиста судовождения,...		Министерство образования и науки украины харьковская национальная академия городского хозяйства Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу «Использование ЭВМ для решения задач водоподготовки» (для...
	Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по... Целью ее является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков в расчете технико-экономических показателей...		Методические указания к выполнению контрольных и расчетно-графических... Методические указания к выполнению контрольных и расчетно-графических работ по дисциплине «Взаимозаменяемость, метрология, стандартизация»...

Похожие: