Расчёт элементов блока питания

Сосудистые корешково-спинальные синдромы. Радикуломиелоишемия, миелоишемия (артериальная или венозная, стойкая, преходящая) Техника проведения процедуры и методики вытяжения позвоночника в воде Современные установки для подводного вытяжения позвоночника Разработка структурной схемы программируемого таймера для установки подводного вытяжения позвоночника Расчёт элементов блока питания РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Особенности назначения применяемых пакетов САПР Охрана труда и экологическая безопасность Технико-экономическое обоснование Методика и расчет себестоимости и отпускной цены Расчет стоимостной оценки затрат Расчет экономического эффекта

91545

знаков

таблицы

изображений

Разработка структурной схемы программируемого таймера для установки подводного вытяжения позвоночника Читать далее: РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

3.3 Расчёт элементов блока питания

Блок питания включает в себя трансформатор, двухполупериодные выпрямители, сглаживающие конденсаторы и стабилизатор напряжения.(рисунок 3.8) Основным элементом блока питания является трансформатор. Ниже приведен расчёт питающего трансформатора для

Таблица 3.3 - Исходные данные для расчёта трансфрматора

Величина	Значение
Напряжение питающей сети, U1	220В
Напряжение вторичной обмотки, U2	5В
Напряжение вторичной обмотки, U3	12В
Напряжение вторичной обмотки, U4	36В
Ток вторичной обмотки I2	150мА+3мА+6мА
Ток вторичной обмотки I3	2А
Ток вторичной обмотки I4	10мА

Номинальной мощностью трансформатора питания называют сумму номинальных мощностей вторичных обмоток. Номинальная мощность вторичной обмотки определяется как произведение тока при номинальной нагрузке на номинальное напряжение.

Номинальная мощносьт трансформатора пропорциональна частоте напряжения сети, индукции в магнитопроводе, плотности тока обмоток, площади сечения стали в магнитопроводе и площади сечения меди, заполняющей окно магнитопровода.

КПД трансформатора:

(3.14)

где P_ном-номинальная мощность трансформатора, P_мп-мощность потерь в магнитопроводе, P_об-мощность потерь в обмотках

Определим номинальную мощность трансформатора:

(3.15)

Подставляя данные из таблицы 3.3 получим:

Определяем произведение:

(3.16)

где S_м-площадь сечения магнитопровода, см²; S_ок-площадь окна магнитопровода, см²; P_ном-мощность, Вт; f- частота питающей сети, Гц; B_m- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Т; j- плотность тока, А/мм²; k_ок- коэффициент заполнения окна магнитопровода; k_м- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Значение B_m- можно выбирать по графику (рисунок 3.9) в зависимости от габаритной мощности трансформатора P_г»(1,05..1,3)P_ном и марки стали. Наибольшее значение коэффициента при P_номсоответствует трансформаторам с P_ном<10 В*А, наименьшее – трансформаторам с P_ном>100 В*А. Плотность тока в обмотках выбирают от 2 (при P_ном>200 В*А) до 6 А/мм² (при P_ном=10 А*В и менее) Коэффициент k_ок, тем меньше, чем тоньше провода обмоток (чем меньше номинальная мощность трансформатора). Для броневых трансформаторов с P_ном=15..50 В*А можно принимать k_ок=0,22..0,28, с P_ном=50..150 В*А – k_ок=0,28..0,34 и для трансформаторов большей мощности k_ок=0,35..0,38

Коэффициент k_м – зависит от толщины листов, их вида и изоляции. Для магнитопроводов из Ш-образных пластин толщиной 0,1 мм, изолированных лаком, можно принять k_м=0,7; при толщине пластин 0,2мм - k_м=0,85; при толщине пластин 0,35 мм k_м=0,91. Если пластины изолированны фосфатной плёнкой, то можно принимать k_м=0,75; 0,89 ;0,94 соответственно.

Выбранные значения коэффициентов приведены в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Выбранные из условий значения

Коэффициент	Значение
P_г	1,2P_ном=1,225,16=30,192Вт
B_m	1,28Т (марка стали Э41)
j	4 А/мм²
k_ок	0.24
k_м	0.7

Определяем произведение S_м*S_окиз формулы (3.16):

Определяем размеры магнитопровода (см. таблицы 3.5, 3.6).

Таблица 3.5 - Размеры нормализованных броневых магнитопроводов из штампованных пластин. (см. рисунок 3.10)

_Тип	_y,мм	_y1,мм	_b,мм	_h,мм	_L,мм	_H,мм	_{Средняя длина пути магн. линии}
_Ш	₉	_{9; 12}	₉	_22,5	₃₆	_31,5	_7,72

	₁₂	_{10; 12; 16; 20; 25; 32}	₁₂	₃₀	₄₈	₄₂	₁₀
	₁₆	_{10; 12; 16; 20; 25; 32; 40}	₁₆	₄₀	₆₄	₅₆	_13,7
	₂₀	_{12; 16; 20; 25; 32; 40; 50}	₂₀	₅₀	₈₀	₇₀	_17,4
	₂₅	_{16; 20; 25; 32; 40; 50; 64}	₂₅	_62,5	₁₀₀	_87,5	_21,4
	₃₂	_{20; 25; 32; 40; 50; 64;80}	₃₂	₈₀	₁₂₈	₁₁₂	_27,4
	₄₀	_{25; 32;40; 50; 64; 80; 100}	₄₀	₁₀₀	₁₆₀	₁₄₀	_34,3
_ША	₅	_{6,3; 10}	₅	_12,5	₂₀	_17,5	_4,3
	₆	_{8; 12,5}	₆	₁₅	₂₄	₂₁	_5,2
	₈	_{10; 16}	₈	₂₀	₃₂	₂₈	_6,3
	₁₀	_{16; 20}	₁₀	₂₅	₄₀	₃₅	_8,6
	₁₂	₂₅	₁₂	₃₀	₄₈	₄₂	_10,3
_ШВ	₃	_{4; 6,3}	_3,5	₈	₁₄	₁₂	_2,8
_ШВ	₄	_{4; 8}	₅	₁₀	₂₀	₁₅	_3,4

Таблица 3.6 - Размеры нормализованных ленточных броневых магнитопроводов (см. рисунок 3.11)

_Тип	_y,мм	_y1,мм	_b,мм	_h,мм	_L,мм	_{H, мм}	_{Средняя длина пути магн. линии, см}
_ШЛ	₄	_{4; 5; 6,5; 8}	₄	₁₀	₁₆	₁₄	_3,4
	₅	_{5; 6,5; 8; 10}	₅	₁₂	₂₀	₁₇	_4,2
	₆	_{6,5; 8; 10; 12,5}	₆	₁₅	₂₄	₂₁	_5,1
	₈	_{8; 10; 12,5; 16}	₈	₂₀	₃₂	₂₈	_6,8
	₁₀	_{10; 12,5; 16; 20}	₁₀	₂₅	₄₀	₃₅	_8,5
	₁₂	_{12,5; 16; 20; 25}	₁₂	₃₀	₄₈	₄₂	_10,2
	₁₆	_{16; 20; 25; 32}	₁₆	₄₀	₆₄	₅₆	_13,6
	₂₀	_{20; 25; 32; 40}	₂₀	₅₀	₈₀	₇₀	_17,1
	₂₅	_{25; 32; 40; 50}	₂₅	_62,5	₁₀₀	_87,5	_21,3
	₃₂	_{32; 40; 50; 64}	₃₂	₈₀	₁₂₈	₁₁₂	_27,3
	₄₀	_{40; 50; 64; 80}	₄₀	₁₀₀	₁₆₀	₁₄₀	_34,2
_ШЛМ	₈	_{8; 10; 12,5; 16}	₅	₁₄	₂₆	₂₂	₅
	₁₀	_{10; 12,5; 16; 20}	₆	₁₈	₃₂	₂₈	_6,4
	₁₂	_{12,5; 16; 20; 25}	₈	₂₃	₄₀	₃₅	_8,1
	₁₆	_{16; 20; 25; 32}	₁₀	₂₆	₅₂	₄₂	_9,7
	₂₀	_{20; 25; 32; 40}	₁₂	₃₆	₆₄	₅₆	_12,7
	₂₅	_{25; 32; 40; 50}	₁₅	₄₅	₈₀	₇₀	₁₆
_ШЛО	₄	_{5; 6,5; 8; 10}	₅	₁₃	₁₈	₁₇	_4,4
	₅	_{5; 6,5; 8; 10}	_6,2	₁₆	_22,4	₂₁	_5,6
	₆	_{6; 8,5; 10; 12,5}	_7,5	₂₃	₂₇	₂₉	_7,3
	₈	_{8; 10; 12,5; 16}	₁₀	₂₇	₃₆	₃₅	_9,6
	₁₀	_{10; 12,5; 16; 20}	_12,5	₃₂	₄₅	₄₂	₁₁
	₁₂	_{12,5; 16; 20; 25}	₂₀	₄₄	₆₅	₅₇	_14,7
	₁₆	_{16; 20; 25; 32}	₂₄	₆₄	₈₁	₇₁	_18,1

Для маломощных трансформаторов рекомендуются броневые магнитопроводы, позволяющие изготовить трансформаторы меньших размеров и меньшей стоимости. Для выбранного магнитопровода должно выполняться условие:

(3.17)

Отношение y₁/y не должно превышать 2..2,5. В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера. Для кольцевых магнитопроводов должно выполняться условие:

(3.18)

Где D,d,b – размеры магнитопровода. (см. таблицу. 3.7)

Таблица 3.7 - Размеры нормализованных ленточных кольцевых магнитопроводов.

d,мм	D,мм	b,мм	Средняя длина пути магнитной линии, см	d,мм	D,мм	b,мм	Средняя длина пути магнитной линии, см
10	16	4; 5; 6,5; 8	4	32	50	16; 20; 25; 32	12,8
12	20	5; 6,5; 8; 10	5	40	64	20; 25; 32; 40	16,3
16	26	6,5; 8; 10; 12,5	6,5	50	80	25; 32; 40; 50	20,4
20	32	8; 10; 12,5; 16	8,1	64	100	32; 40; 50; 64	25,8
25	40	10; 12,5; 16; 20; 25	10,2	80	128	40; 50; 64; 80	32,6

Выбранные параметры магнитопровода приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 - Выбранные параметры магнитопровода

Ш-образный броневой магнитопровод. Типоразмер: Ш12х10
Параметр	Значение
H	42 мм
h	30 мм
L	48 мм
b	12 мм
y	12 мм
y1	10 мм

Определяем количество витков провода для каждой из обмоток:

(3.19)

где U_i– напряжение на i-ой обмотке, В; f - частота, Гц; B_m – амплитуда магнитной индукции, Т; S_м-площадь, см²; Число витков вторичных обмоток следует увеличить на 2..5%, чтобы учесть внутреннее падение напряжения. Наибольшее значение относится к трансформаторам с мощностью до 10 В*А, наименьшее – к трансформаторам с номинальной мощностью не менее 200 В*А.

Рассчитаем площадь сечения магнитопровода Ш-образной конструкции:

Расчитываем количество витков каждой обмотки по формуле (3.19)

Определяем диаметры проводов обмоток по формуле:

(3.20)

где I_i – ток i-ой обмотки, А; j – плотность тока, А/мм²; Ток в первичной обмотке примерно равен 1,1 P_ном/U₁

Из (3.19) находим:

Проверка правильности компоновки трансформатора производится путём определения числа витков в слое цилиндрической обмотки:

(3.21)

где h – высота окна, мм; d_к – толщина материала каркаса, мм; d_из – диаметр провода, мм, с изоляцией;

Число слоёв обмотки N_сл = w/w_сл, где w – число витков обмотки. Толщина обмотки d_об = N_{сл *}(d_из+d_из), где d_из – толщина изоляции между слоями. Должно выполняться условие:

(3.22)

где åd_об – суммарная толщина всех обмоток; d_пр – суммарная толщина всех прокладок между обмотками.; b – ширина окна. Если это условие не выполняется следует увеличить размер магнитопровода.

Определим значения резисторов на делителе R1-R2, задающем выходное напряжение на микросхеме DD1. Номиналы резисторов R1, R2 выбираются из выражения:

(3.23)