Проектирование системы электропитания

Министерство образования  Российской Федерации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «Схемотехника»

Проектирование системы  электропитания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Выполнил:

                                         Проверил: .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

ЭДС источника энергии  и диапазон её измерения  =

Внутреннее активное сопротивление источника энергии  и диапазон её измерения 

Длина кабельной сети

Напряжение на первом выходе и диапазон его измерения

Амплитуда переменной составляющей напряжения на первом выходе

Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к первому  выходу

Минимальная мощность нагрузки, подключаемой к первому выходу

Температура окружающей среды t = -40 … +40

Проектирование вести  из условия обеспечения минимума технологичности и простоты конструкции.

Выбор структурной схемы

 

 

 

 

 

Выбор марки кабеля и расчет параметров кабельной сети.

Расчет максимального  тока через кабель

Расчет ориентировочного сечения жилы кабеля

Расчет активного сопротивления  кабельной сети при температуре t = 20

Выбираем марку кабеля КУПР

Активное сопротивление  кабельной сети при температуре t = -40

Активное сопротивление кабельной сети при температуре t = 40

 

Расчет максимального и минимального напряжений на входе СП.

Напряжение на входе  ИСН определяется текущими значениями параметров источника энергии, кабельной  сети и мощности нагрузки. Нагрузочная характеристика источника энергии постоянного тока описывается выражением

.

 

Внешней характеристике соответствует мощностная характеристика , определяемая выражением  .

Для построения мощностной характеристики необходимо выбрать  ряд значений входного тока ИСН и определить для этих значений тока соответствующие значения входного напряжения

 

 

 

Из графика получаем значения напряжений:

 

Где - максимально возможное напряжение на входе ИСН при максимальной мощности нагрузки.

Расчет индуктивности и выбор  дросселя выходного LC-фильтра

 

 

 

 

Выбираем частоту и  период преобразования.

 

 - частота преобразования, также влияет на пульсацию тока дросселя ИСН (частота переключения силового ключа ИСН).

Примем  .

Тогда период преобразования равен:

.

Режим прерывистого тока дросселя в ИСН наступает при  и , т.к. в этом режиме пульсация тока дросселя максимальна, а средний ток дросселя, равный току нагрузки, минимален.

 

Определяем индуктивность  дросселя, обеспечивающую режим непрерывного тока при минимальном токе нагрузки.

.

 

Определяем индуктивность  дросселя при номинальном токе подмагничивания (максимальном токе нагрузки).

 

Для этого определим  кратность изменения K_i тока нагрузки (тока подмагничивания дросселя):

.

 

 

Из графика получаем значение кратности изменения индуктивности:

.

Значение индуктивности  при номинальном токе подмагничивания  будет:

 

Выбираем дроссель с  номинальной индуктивностью и возможно меньшим номинальным током подмагничивания.

 

Проверяем выполнение условия  обеспечения непрерывного тока дросселя:

 

.

 

Условие выполняется, следовательно, дроссель выбран правильно.

 

Определяем максимальный , минимальный , наибольший (при ) коэффициенты заполнения.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

Выбор типономинала конденсатора и  расчет их количества в батарее выходного  фильтра СП.

U_c.р > К_икн U_вых.max

Выберем

Выбираем предварительно конденсаторы:

1. К52-1  2)К50-20
2. К52-1   U=70B C=47мкФ m=47г    
3. К50-20  U=100B C=200мкФ m=50г    

 

 

По номограммам определяем номинальные значения емкостей конденсаторов,способных работать на частоте преобразования с переменной составляющей выходного напряжения. Для каждого типа конденсаторов выбираем конденсаторы с наибольшей допустимой емкостью.

 

Сн1=68мкф; Сн2=4.7мкф

С1=0,9* Сн1; С1=61.2мкф

С2=0,9* Сн2; С2=4,23мкф

 

Для каждого выбранного типономинала по графикам уточняем значение емкости и постоянная времени при наихудшем рабочем режиме (минимальной температуре и выбранной частоте преобразования).

 

;  

; 

 

 

 

 

 

 

Определяем емкость  батареи конденсаторов:

 

 

Т_и = К_з1*Т = 0,6*0,00002 = 0,12*10^-4 с^-1

 

 m=47г

 m=50г

 

Выбираем конденсатор К52-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор типономинала конденсатора и расчет их количества в батарее входного фильтра СП.

Выбираем 

Выбираем конденсаторы

К52-1   U=70B C=47мкФ m=47г    

К50-20  U=100B C=200мкФ m=50г    

 

С_б.вх- емкость батареи входного фильтра ИСН.

 

         m=141 г

          m=250г

 

Выбираем конденсатор К52-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  силового ключа ИСН

 

Выбираем транзистор VT₁, исходя из максимально допустимого напряжения U_кэ и тока I_к.

  ,

где - коэффициент использования транзистора по напряжению.

Выбор транзистора VT₁ по току коллектора производят для режима максимального амплитудного значения тока. Этот режим возникает при и . Поэтому в ИСН максимальное амплитудное значение тока силового ключа:

Отсюда получаем .

 

Из справочной литературы выбираем транзистор с максимально  допустимым током коллектора:

,

где - коэффициент использования транзистора по току.

.

 

В качестве транзистора VT₁ выбираем KT935A.

.

 

Выбор транзистора VT₂ проводим аналогично выбору VT₁.

В качестве транзистора VT₂ выбираем KT626A.

.

 

 

 

 

 

 

 

Проводим расчет сопротивлений  резисторов R₁, R₂, R₃..

 

Находим R₁:

,

где .

 

Находим R₂:

.

 

Находим R₃:

,

где .

Получаем  .

 

В качестве транзистора VT₃ выбираем KT935A.

Замыкающий диод –  КД213А.

 

 

 

Широтно-импульсный модулятор

 

Основным элементом  этого устройства является таймер, который позволяет при малом  количестве дополнительных элементов  реализовать мультивибратор с высокой  стабильностью частоты работы.

Компаратор выполняет  функцию сравнения двух сигналов: опорного пилообразного напряжения, поступающего с конденсатора, и входного сигнала ШИМ. В результате сравнения на выходе формируется периодический импульсный сигнал, поступающий на вход усилителя сигнала управления.

.

Зададим амплитуду пилообразного напряжения:

.

Определим сопротивление  резистора 

,

.

Конденсатор С₅ сглаживает пульсацию напряжений и , за счет чего повышается стабильность частоты работы мультивибратора.

Из стандартного ряда выбираем конденсатор C₅ = 0.001[мкФ].

 

Значение конденсатора .

 

Определяем сопротивления  резисторов R1,R2 и потенциометров R4,R3.

 Rзар=R1+R2+0.5R3+0.5R4

Rразр=R2+0.5R4

R4=0.3R2

R3=0.3(R1+R2+0.5R4)

Решая систему уравнений  получаем значения резисторов:

R₁+ R₃=R₁₈=1[kОм]

R₂+ R₄=R₁₉=1[kОм].

Источник опорного напряжения

Выбираем стабилитрон Д818Е

    TKU=0.001%/C 

 

Выбираем

 

 

Делитель напряжения

Выбираем Iд=

Выбираем резисторы

R1 - С2-14

R2 - С2-14 

 
Выбираем потенциометр РП1-53   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

Белоруссов Н. И., Саакян А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабели, провода  и шнуры: Справочник / Под. ред. Белоруссова  Н. И. М.:Энергоатомиздат, 1988. 536с.

 

Четвертков И.И., Дьяконов М.И., Присняков  В.Н. Конденсаторы: Справочник / под  ред.        И.И Четверткова. М.: Радио и связь, 1993. 392 с.

 

Резисторы: Справочник / Ю.Н. Андреев, А.И. Антонян, Д.М. Иванов; под ред. И.И. Четверткова. М.: Энергоиздат, 1981. 352 с.

 

Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: В 5т. Т.1. М.: КУбК-а,1996.

 

Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн. Кн. 2. /М.Ю. Масленников, Е.А. Соболев. М ИТАР ТАСС, 1993. 297с.