Разработка маломощного стабилизированного источника питания (стр. 2 из 5)

3. Расчет и выбор элементов принципиальной схемы

3.1 Расчет параметров и выбор трансформатора

Выбор трансформатора производится по расчетным максимальным действующим значениям тока и напряжения вторичной обмотки трансформатора f₂и U₂, с учетом полной мощности трансформатора S.

Определим сопротивление нагрузки при номинальном выходном напряжении по формуле:

где R_н - сопротивление нагрузки, Ом;

U_н – номинальное напряжение на нагрузке, В;

I_нном – номинальный ток на нагрузке, А.

Максимальное и минимальное напряжения на нагрузке с учетом коэффициента регулирования найдем из выражений:

где U_нmax– максимальное напряжение на нагрузке, В;

К_{р = 0.2} – коэффициент регулирования входного напряжения.

U_нmin– минимальное напряжение на нагрузке, В.

Далее необходимо определить минимальное напряжение на выходе выпрямителя, исходя из условия работоспособности схемы при максимальном напряжении на нагрузке. Для различных схем стабилизаторов это напряжение будет определяться по-разному.

В случае источника питания с линейным стабилизатором можно пользоваться выражением:

где U_dmin– минимальное напряжение на выходе выпрямителя, В;

U_cmmin–минимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе, необходимое для обеспечения линейного режима данного транзистора, 2.6 В.

Минимальное значение действующего напряжения вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

где U_2min – минимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В;

K_cx– схемный коэффициент, определяется схемой выпрямления.

Максимальный ток нагрузки:

Коэффициент передачи тока стабилизатора:

Коэффициент использования для мостовой схемы:

Максимальный ток на выходе выпрямителя:

Действующее значение тока вторичной обмотки:

Напряжение первичной обмотки трансформатора принимаем равным номинальному напряжению сети

Максимальная мощность трансформатора:

Полная мощность трансформатора:

По полученным данным U₂, I₂и S, выбираем из справочника [9, 11] трансформатор. Выбранный трансформатор должен удовлетворять условиям

Коэффициент запаса:

Так как трансформатор выбрать не удалось, рассчитываем его.

Приняв равными площадь сечения окна, и площадь сечения стали S_Q=S_C, можно записать:

где S₀ – площадь сечения окна, м²;

S_c – площадь сечения стали, м²;

К₃₀ – коэффициент заполнения окна, (0,5);

К_зс – коэффициент заполнения стали, (0,95);

В_т- индукция магнитопровода, (1,3) Тл;

j – плотность тока, (2.5*10⁶) А/м²;

f_с – частота питающей сети, Гц.

По таблице В, приведенной в приложении В, выбираем магнитопровод из условия y-x>S_cи b-h>S₀.

Ширина средней полосы пластин:

Ширина набора пластин:

Ширина окна магнитопровода:

Высота окна магнитопровода:

Длина магнитопровода:

Высота магнитопровода:

Расчёт числа витков первичной обмотки:

где К_стах– коэффициент, учитывающий 10% повышение напряжения сети.

Рассчитаем коэффициент трансформатора

Сечение провода первичной обмотки:

Диаметр провода первичной обмотки d_nplопределим из условия:

Предварительно приняв равными суммарные площади сечения витков первичной и вторичной обмоток, осуществим проверку:

Число витков вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Сечение провода вторичной обмотки:

Диаметр провода вторичной обмотки:

Сделаем проверку:

После чего необходимо выполнить пересчет, начиная с выражения (3.20). В итоге делают общую проверку по сечению окна:

В случае если трансформатор рассчитывался, то найти сопротивление обмоток можно по формуле:

Напряжение на выходе выпрямителя U_dпри угле регулирования а = 0 с учетом максимального снижения напряжения сети, падения напряжения на вентилях выпрямителя и сопротивления обмотки трансформатора, может быть определено по формуле:

Ud = 20.81 (В)

Условием выполнения проверки является выполнение неравенства:

3.2 Расчёт выпрямителя

Для выпрямления переменного напряжения чаще всего применяются мостовая (рис. 3.2) схема выпрямления.

Рисунок 3.2 – Схемы выпрямления – мостовая

Расчет выпрямителя сводится к определению параметров для выбора вентилей: максимального значения среднего тока вентилей 1_аи максимально возможного обратного напряжения вентилей U_o6p.