Автоматизированная загрузка бетоносмесителя

курсовая работа

6. Расчет блока питания

Исходными данными для расчета мощности блока питания, является потребляемые токи микросхем устройства регулирования уровня изображенного на листе, таблица 6.1.

Таблица 6.1.

Для стабилизации выпрямленного напряжения, получаемого с блока питания выбирается компенсационный стабилизатор, со стабилизируемым напряжением 9В и током до 0,2А и принимаем выходное напряжение трансформатора равным 14 В.

Таким образом, исходными данными для расчета блока питания принимаем следующие данные

1. Номинальное выходное напряжение (+14 В).

2. Номинальный выходной ток (0,2 А).

Определяем по приближенным формулам (табл. VIII.5) [5]

Uобр ? 1,5*14 = 21 В; Iср =0,2/1=0,1 A; Im ? 3.5*0.2 = 0.7 A

Выбираем диодную сборку типа КЦ410А, для которой Inp.m = З А;

Uoбp.m = 75 В; Unp = 1,2 В.

Определяем Rн = 14 / 0,2 = 70 Ом;

Сопротивление обмоток трансформатора

rтр = 0.1*Rн = 0,1*70=7 Ом;

Прямое сопротивление выпрямительных диодов

Rпр = Uпр/3 Iср = 1.2/3*0,1=4 Ом;

Активное сопротивление фазы выпрямителя

r = rтр +2 rпр = 4+2*7 = 18 Ом;

Из стандартного ряда емкостей (ряд Е24) выбирается электролитический конденсатор с номинальной емкостью С = 0,67мкФ и номинальным напряжением 25В (К50-16-25В-Н50-0,67мкФ) [4].

Выполняем расчет трансформатора блока питания

1. Определяем ток первичной обмотки

I1 = I1(2)+I1(3)+…+ I1(n)=

где i -- порядковый номер обмотки; I1i= -составляющие тока первичной обмотки, обусловленные токами соответствующих вторичных обмоток.

I1=I12 = =

2. Определяется габаритная мощность трансформатора

Рг =

где ? -- КПД трансформатора. При габаритной мощности менее

20 В*А можно принимать ? = 0,75...0,95, при Рг = 20 Вт и более --

? = 0,9...0,95.

Рг = = 3,4 Вт

3. Определяем произведение

SmSok ?

где Sм -- средняя площадь сечения магнитной цепи, см2 ; S ок -- плoщадь окна магнитопровода, см2 ; Рг= 3,4 -- мощность, Вт ; f =50 - частота питающей сети, Гц; Вт = 1.5 - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Тл; j=4 - плотность тока в обмотках, А/мм2 ; kок =0,22 - коэффициент заполнения окна магнитопровода; kм =0,7 - коэффициент заполнения сталью сечения магнитопровода; kф =1,11 - коэффициент формы кривой напряжения.

4.Выбираем магнитопровод типа Ш16?8 со следующими размерами

l = 6мм; B =8мм; l1=6 мм; h=15 мм; H=21мм; Sм= 2,22 см2 ;

Для броневого магнитопровода должно выполнятся условие Bll1h>Sм Sок

6*8*6*15=4.32>3.73

5. Определяется число витков первичной обмотки

w1 = = = 2617

и вторичной обмотки.

w1 = = = 166

где Ui = 14 - напряжение на 2-й обмотке, В; = 12 - допустимое относительное падение напряжения на i-й обмотке, % ; - частота, Гц;

Вт=1.5-- амплитуда магнитной индукции, Тл; SM=2.22 -- площадь сечения магнитной цепи, см2.

6. Определяются диаметры проводов обмоток

d1 = 1.13

d2 = 1.13

где Ii - ток в обмотке, А; j - плотность тока, А/ мм.

Число витков в слое обмотки:

wcл1 =

wcл2 = , где

h - высота окна, мм;

- толщина материала каркаса, мм;

- диаметр проводника с изоляцией, мм.

Количество слоев обмотки:

nсл1 =

nсл2 =

Толщина обмотки:

nсл1*87*0,26=2,3

nсл2*11*0,53=5,8

Расчет схемы компенсационного стабилизатора

Рис. 6.1. Схема компенсационного стабилизатора.

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения и усилителя обратной связи. Роль регулирующего элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из 2х транзисторов VТ2 и VТЗ). Источник опорного напряжения -VD1R1,R2VТ1. Усилитель обратной связи - R4VD2VТ4,R5R6R7.

Исходные данные для расчета

Номинальное выходное напряжение Uн , В

9

Номинальный ток нагрузки 1н , А

0,2

Коэффициент пульсаций Кп , %

0,01

Коэффициент стабилизации Кст

100

Температура окружающей среды tср , °С

+20

Климатические условия

норм.

Согласно схеме находим наименьшее напряжение на выходе стабилизатора:

U вх min = Uh + Uкз min = 9 + 3 = 12 В,

где Uk3 min - минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT3.

Исходя из того, что VT3 предположительно кремневый, то Uk3 min выбираем в пределе 3..5 В.

Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора ±10%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

U вх сер = U вх min / 0.9 = 12 / 0.9 = 13 В ,

U вх max =1.1 U вх сер =1.1 13 = 14 В .

Определяем максимальное значение на регулирующем транзисторе

U кЗ max = U вх max -Uh = 14 - 9 = 5 В .

Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора VT3, равняется

РЗ = Uk3 max Ін = 5 1,5 = 7,5 Вт.

По полученным значениям Uk3 max , Ін , РЗ выбираем тип регулирующего транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора КТ815 А

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Ік доп 1,5 А

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп 25 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 10 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21ЭЗ min 40

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

hllЭ3 = 800 Ом,

m3 = 1 / h12ЭЗ = 1 / 1,5 = 0,66,

где h1ЭЗ - входное сопротивление транзистора, Ом; mЗ - коэффициент передачи напряжения; h12ЭЗ - коэффициент обратной связи.

Находим ток базы транзистора VT3

ІБЗ = 1н / h21ЭЗ min = 5 / 750 = 6.67 10-3 А .

Определяем начальные данные для выбора транзистора VT2. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT2

Uk2 max = Uk3 max - UбэЗ = 5- 0.7 = 4.3 В,

где UбэЗ - падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3 (0.7 В).

Ток коллектора VT2 состоит из тока базы VT3 и тока потерь, который протекает через резистор R3,

1к2 = 1б3 + IR3 = 37,5 10-3 + 5 10-4 = 38 10-3 А.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT2, равняется

Р2 = 1к2 Uk2 max = 3810-3 4.3 = 163.410-3 Вт.

По полученным значениям Uk2 max , Ік2 , Р2 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора 2Т603Б

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп 300 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп 30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.5 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э2 min 60

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h1 1Э2 = 36.36 Ом,

m2 = 1 / h12Э2 = 1 / 0.022 = 45.45 .

Рассчитываем ток базы VТ2

IБ2 = Iк2 / h21Э2 min = 3.8 10-2 / 60 = 6.3 10-4 А.

Находим сопротивление резистора RЗ

RЗ = (Uн + UбэЗ) / IRЗ = (9 + 0.7) / 5 10-4 =19400 Ом.

Выбираем ближайший по стандарту номинал с учетом рассеиваемой на резисторе мощности

РRЗ = (Uн + UбэЗ) IRЗ = (9 + 0.7) 510-4 = 4.8510-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ-0.125 20 кОм ±5%.

Источником эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремневом стабилитроне VD2 из расчета UVD2 = 0.7

Uн = 0.7 9 = 6.3 В. Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С156А;

I VD2 = 5 10-3 А - средний ток стабилизации;

r VD2 = 25 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона. Вычисляем сопротивление резистора R4, задавши средний ток стабилитрона (I R4 = I VD2)

R4 = 0.3 Uн / I R4 = 0.3 9 / 510-3 = 540 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R4, равняется

РR4 =0.3Uн I R4 = 0.39 510-3 = 13.510-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 560 Ом ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ4. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора

Uк4mах = Uн + UбэЗ + Uбэ2 - UVD2 = 4.1 В

Задаем ток коллектора VТ4 меньшим нежили средний стабилитронаVD2

I К4 = 4`10-3 А .

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ4

Р4 = Iк4 Uк4 шах = 410-3 4.1 = 16.4 10-3 Вт

По полученным значениям Uк4 шах , Ік4 , Р4 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзисторa КТЗ12В

Тип транзистора NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп 30 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп 15 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.22 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21 Э4 min 50

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h11Э4 = 208,3 Ом,

mЗ = 1 / h12Э4 = 1 / 0.034 = 29.41

Рассчитываем ток базы VТ4

ІБ4 = Iк4 / h21Э4 min = 410-3 / 50 = 8 10-5 А.

Ток последовательно соединенных резисторов R5, R6, R7 берем равным 5Iб4 и определяем суммарное сопротивление делителя

Rдел = Uн / Iдел= 9 / (5 8 10-5) = 22500 Ом.

Находим сопротивления резисторов:

R5 = 0.3 Rдел = 0.3 22500 = 6750 Ом;

R6 = 0.1 Rдел = 0.1 22500 = 2250 Ом;

R7 = 0.6 Rдел = 0.6 22500 = 13500 Ом.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор R5 типа MJIT- 0.125

6.8 кОм ±5%, резистор R7 типа МЛТ- 0.125 15кОм ±5% . Резистор R6 выбираем СПЗ-44 0.25Вт 2.2кОм.

Рабочее напряжение стабилитрона VDІ определяем из соотношения

UVDІ =0.1 Uвх mах = 0.1 14= 1.4 В.

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С113А;

І VD1 = 510-3 А - средний ток стабилизации;

r VDІ = 12 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R1, задавши средний ток стабилитрона (I R1 =I VDІ)

R1 =0.9 Uвх mах/I R1 =0.9 14/5`10-3 =2520 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равняется

P1 = 0.9Ubх mах I R1 =0.9 14 510-3 = 6З10-ЗВт

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 2.7 кОм ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ1. Рассчитываем ток коллектора транзистора VТ1

Ік 1 = 1к4 + 1б2 = 4 10-3 + 6.3 10-3 =670 10-4 А

Находим напряжение коллектор-эмиттер VТ1

Uкlmах = Uвх шах - UR2 + Uк4mах - UVD2 = 2.8 В, где UR2 = UVDІ - Uбэ1 - падение напряжения на резисторе R2.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ1

Р1 = UкImах Ікl =2.8 67010-4 = 187.610-3 Вт.

По полученным значениям Uкl mах , Ікl , Р1 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора КТ313Б

Тип транзистора РNР

Допустимый ток коллектора, 1к доп 350 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп 30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред 0.30 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э1 min 50

Рассчитываем сопротивление резистора R2

R2 = UR2 / IK1 = 0.7 / 670`10-4 = 10.4 Ом,

PR2 = UR2 IK1 =0.7 670 10-4 = 469 10-4 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа MЛT- 0.125 15 Ом ±5%.

Рассчитываем основные параметры составного транзистора: входное сопротивление транзистора

hl 1Э ск =h 11Э2+h 11 Э3h21Э2min= 36.36 + 32000 =32 кОм; коэффициент передачи напряжения транзистора

mcк = m2mЗ / (m2 + mЗ) = 45.40.66 / (45.4 + 0.66)=0.65 выходное сопротивление транзистора

rск = mcк h 11 Э CK / h21 Э2min h21 Э3min = 8.68 Ом.

Рассчитываем входное сопротивление источника стабильного тока

RTD= R1 R2 / r VD1 =2520 10.4/ 12 = 2184 Ом.

Рассчитываем параметры усилителя обратной связи: сопротивление нагрузки усилителя

RK = h 11 Э ск RTD / (h 11 Э ск + RTD) = 2044.46 Ом;

коэффициент усиления напряжения усилителя

Ku = 0.7 h21 Э 4min RK / (h 11 Э 4 + h21 Э 4min r VD2) = 49.1 .

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе

Кст = mскКиUн /Ubx = 0.65 41.1 9/14 = 205,

DUbhx = DUbx / тскКи = 9 / 0.65 49.1 =28.210-3

Рассчитываем коэффициент пульсаций

Кп = DUвих 100/Uвх = 28.210-3 100/9 = 3.13`10-3%.

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора будет

Rвых = rск / mскКu = 8.68 / 0.65 49.1= 0.270м.

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

Кст = 205 > Кст.зад = 100;

Кп = 3.13`10-3% <Кп.зад = 10`10-3%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

Делись добром ;)