Войцицький А.П.

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА:

Розрахунковий практикум

Розрахунковий практикум з дисципліни «Електроніка і мікросхемотехніка» розробив доцент кафедри електрифікації, автоматизації та інженерної екології а.П. Войцицький.

Рецензенти:

Бродський ю.Б – к.Т.Н. Доцент кафедри комп’ютерних технологій і моделювання систем жнаеу.

Розрахунковий практикум з дисципліни «Теоретичні основи електротехніки» схвалено на засіданні кафедри електри-фікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Протокол № 1 від 28 серпня 2013 р.

Завідувач кафедри: проф. Лушкін В.А.

Передмова

ПЕРЕДМОВА

Для біль самостійного опанування теоретичного матеріалу передбачена індивідуальна робота студентів у вигляді розрахункових робіт, які можуть бути підгруддям для деякій лабораторних робіт, а також більш ефективного опанування теоретичного курсу дисципліни ТОЕ.

Вказівки щодо розв’язування задач в наведених роботах

1. При оформленні розв’язаної задачі вказувати основні положення та фо­рмули, на яких базується розв’язок та давати письмове обґрунтування цих положень. Потрібно пояснювати буквені позначення у формулах.

2. Дати рисунок, що пояснює зміст задачі ( у тих випадках, коли це можливо). Виконати його треба ретельно (за допомогою олівця, ліній­ки, циркуля чи на ПК).

3. Супроводжувати розв’язок задач короткими, але вичерп-ними по­ясненнями.

4. Всі початкові значення величин в умові задачі потрібно перевес­ти у СІ.

5. Підставляти в робочу формулу числові значення величин можна, коли вони виражені у СІ. Недотримання цього правила призводить до невірного результату.

6. При підстановці в робочу формулу, а також при запису відповіді, числові значення величин потрібно записувати, як добуток десяткового дробу з однією значущою цифрою перед комою на відповідну ступінь десяти. Наприклад, 1800 км потрібно записати у вигляді 1,8∙10⁶м, а замість 0,00012 потрібно записати 1,2∙10^-4 і т.п.

7. Оцінити, де це можливо, правдоподібність чисельної відповіді. В ряді випадків така оцінка допоможе знайти хибність отриманого резуль­тату. Наприклад, коефіцієнт корисної дії теплової машини не може бути більше одиниці тощо.

Робота 1

РОЗРАХУНОК БЛОКА ЖИВЛЕННЯ

Задача 1.1. Розрахувати однофазний випрямляч. Дані для виконання занесені в табл. 1.1.

Потрібно:

1) вибрати тип схеми;

2) визначити повну потужність трансформатора;

3) вибрати типорозмір трансформаторного заліза;

4) вибрати тип напівпровідникових діодів;

5) визначити коефіцієнт трансформації силового транс-форматора, вважаючи, що навантаження здійснюється від мережі U_М = 220В, f_М = 50Гц.

6) розрахувати кількість витків первинної та вторинної обмоток;

7) розрахувати діаметр проводів первинної та вторинної обмоток.

Теоретичні відомості

Випрямлячами називаються статичні пристрої, призначені для перетворення змінного струму в постійний. Основними елементами випрямляча є:

1) силовий трансформатор – призначений для узгодження вхідної і випрямленої напруги;

2) вентильний пристрій – перетворює змінний струм в постійний. 3) згладжувальний фільтр – для згладжування пульсації випрямленої напруги.

Мостова схема випрямлення (рис. 1.1) складається з чоти-рьох вентилів VD₁…VD₄. У додатній півперіод напруги на вторинній обмотці трансформатора струм пропускають вентилі VD₁ і VD_4, а у від’ємний – вентилі VD₂ і VD₃. При цьому струм у навантаженні протікає в одному напрямі, вказаному стрілкою. До закритого вентиля прикладена зворотна напруга U_д, яка повторює за формою напругу вторинної обмотки трансфор-матора TV. Максимальне значення зворотної напруги на вентилі дорівнює – амплітудному значенню напруги вторинної обмотки трансформатора.

Рис. 1.1. Мостова схема випрямлення

Середнє значення випрямленої напруги визначається за формулою:

(1.1)

а середнє значення струму:

(1.2)

Діюче значення вторинної обмотки трансформатора:

, (1.3)

а середній струм кожного діода, що є також струмом вторинної обмотки трансформатора:

І _пр.ср = І_2.ср = 0,5 _Ін.ср (1.4)

Діюче значення струму вторинної обмотки:

(1.5)

Максимальна зворотна напруга на діодах:

U_{зв. мас} = 1,57 (1.6)

Максимальний прямий струм діода:

(1.7)

Амплітуда основної гармоніки частотою 2ώ дорівнює:

,

отже коефіцієнт пульсації, при f_g = f_м дорівнює К_П = 0,67.

Двонапівперіодний випрямляч з нульовим виводом у вторинній обмотці трансформатора (рис. 1.2) можна розглядати як з’єднання двох однонапівперіодних випрямлячів, увімкнених на один навантажувальний резистор R_н. Даний тип випрямляча має ті ж переваги перед однонапівперіодним випрямлячем, що й мостовий випрямляч. Випрямляч застосовують для живлення навантажувальних пристроїв малої і середньої потужностей.

Співвідношення для струмів і напруг визначаються за

формулами отриманими для мостового випрямляча, а коефіцієнт пульсацій К_П = 0,67.

Рис. 1.2. Двонапівперіодний випрямляч з нульовим виводом у вторинній обмотці трансформатора

Електричний і конструктивний розрахунок трансфор-матора 1. Вибираємо конфігурацію і марку сталі трансформатора.

2. Визначаємо сумарну потужність вторинної обмотки трансформатора (S_тр) за формулою:

S_тр = S₂ + S₃ +…..+ S_n,

де S_2, S₃, S_n, – повна потужність вторинних обмоток.

3. Визначаємо необхідну активну площу перетину (S_п.с.)

сердечника трансформаторного заліза за спрощеною формулою:

S_п.с. = .

4. Знаходимо струми у відповідних обмотках трансформа-тора за формулою;

І_і = S_і/U_і, (1.9)

де і – номер обмотки трансформатора; S_і – потужність відповід-ної обмотки трансформатора.

5. Відповідно до струмів і густини знаходимо перетини проводів обмоток трансформатора (S_{пр. і}):

S_{пр. і} =І_і/j_i, (1.10)

де j_i, – густина струмів, яка залежить від потужності трансфор-матора, для подальших розрахунків приймаємо – 3А/мм².

5.1. Діаметр (d) проводів визначаємо за формулою:

d_i = 1,13 (1.11)

5.2. Визначаємо число витків (ώ) обмоток за формулою:

(1.12)

де Е_і – е.р.с. і –обмотки, В; f – частота мережі, Гц; B – магнітна індукція (1,3-1,5 Тл); S_п.с. – перетин сердечника, см²; k_з.с – коефіцієнт заповнення сердечника сталю (0,85-0,9); 4,44 – коефіцієнт форми кривої напруги.

6. Для знаходження е.р.с. обмоток (Е_і) необхідно зробити відповідні обчислення за формулою:

де Е_і – е.р.с. і - обмотки; U_i – напруга на відповідних обмотках; – відсоткове падіння напруги на обмотках.

Відсоткове падіння напруги на обмотках та k_з.с – див. [3] .

Тип сердечника та його розміри вибирають за таблицями технічної літератури [3] або іншої.

Таблиця 1.1