Расчет источника вторичного электропитания (тема 4. 22)

1.

ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ
42 кафедра
Практическое занятие
Тема 4
ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Занятие № 22
РАСЧЕТ ИСТОЧНИКА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

2.

Учебные вопросы:
2
1.
Техническое задание на расчет источника вторичного
электропитания.
2.
Выбор схемы выпрямления сглаживающего фильтра
и вида диода выпрямителя.
3.
Расчет
величин,
определяющих
элементы
выпрямителя и выбор типовых диодов, дросселей,
конденсаторов.

3.

Литература:
3
Основная
1.Электроснабжение телекоммуникационных систем, стационарных и полевых узлов
связи: Учеб. для курсантов и студентов вузов связи / Н.Г.Сысоев , Н.М.Мельников,
Е.А.Кордюков, Д.Б.Шлятенко. Под ред. А.В.Мякотина. - СПб.:ВАС,2012. (с. 121-128).
2.Производство
измерений
и
расчетов
в
системах
электроснабжения
телекоммуникационных объектов и узлов связи: Учеб. пособие / А.М. Винограденко, Н.М.
Мельников, Ю.В. Овсянников, Н.Г. Сысоев. – ВАС, 2011. – 100 с.: ил. (с. 19-29).
Дополнительная
1.Справочные материалы для подготовки к занятиям и сдачи экзаменов по дисциплинам:
«Электропитание устройств и систем телекоммуникаций», «Электропитание устройств,
средств и комплексов связи и автоматизации» / М.А. Баринов, А.М. Винограденко и др. –
Спб: ВАС, 2013. – 56 с.: ил. (с. 23-26).
2.Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учеб. пособие / Е. В. Иванов,
В. М. Кириллов, Е. А. Кордюков, Л. Н. Новиков, Н. Г. Сысоев, Б. Ф. Шакуров, А. Н. Швец;
3
Под ред. Н. Г. Сысоева. – СПб.: ВУС, 2004. – 280 с.: ил. (с. 121-129, 251-272).

4.

Расчет схемы выпрямления
4
1. Выбор схемы выпрямления и сглаживающего фильтра.
Рассчитать ИВЭП по исходным данным:
1. Питающая сеть:
U1 220В; f 50 Гц;
m1 1
число фаз питающей сети.
2. Данные нагрузки: U 0н 27 В, I 0н 1, 2 А, К п.н. 0, 28% .
Расчет схемы выпрямления:
Выбираем мостовую схему выпрямления однофазного тока, как лучшую из всех однофазных схем выпрямления (рис.
1). Исходя из достаточно большого требуемого
Кп
0, 667
Кс =
,
333, 5 и малой мощности
К п 0, 667 const
коэффициента сглаживания
К п.н
0, 0028
выпрямителя, выбираем П-образный CLC-фильтр (т.к.
).K c 100
I1
W1
U1
I2
Т
+
U2
L1
W2
VD2 VD1
VD3 VD4
I0н
I0
U0
Рис.1
C0
C1
U0н
4

5.

Расчет схемы выпрямления
5
2. Расчет величин, определяющих элементы выпрямительного устройства
1) определение выходных данных выпрямителей:
среднее значение выпрямленного тока: I 0 I 0н 1, 2 А ;
среднее значение выпрямленного напряжения определяем, U 0 U 0н U ф 27 2, 7 29, 7 В
U 0 U 0 н U ф В; U U 0,1U 0,1 27 2, 7 В;
ф
др
принимая:
он
выходная мощность выпрямителя:P0 U 0 I 0 29, 7 1, 2 35, 6 Вт.
2) выбор конкретного типа диода:
I0
1,2
среднее значение тока диода: I а 0 m 2 0,6 А;
; m=2 – число фаз выпрямления;
амплитуда обратного напряжения: U обрm ax 2 В U 0 2 1 29 ,7 42 В, где В = 1 (ориентировочно,
а также общепринятое значение).
По табл. П1.1 (стр.375) выбираем диоды типа КД208А с параметрами Uобрmax = 100 В; Iа0 = 1 А; ΔUпр = 1 В.
3) расчет коэффициента А:
πR
А
, где сопротивление нагрузки
U
29 ,7
mRн
Rн 0
24,8 Ом;
I0
1,2
5

6.

Расчет схемы выпрямления
6
Таблица П1.1 – Основные параметры некоторых диодов и диодных сборок
Тип
прибора
КД103А
КД103Б
КД102А
КД102Б
КД104А
КД106А
КД204А
КД204Б
КД204В
КД209А
КД209Б
КД209В
КД212А
КД212Б
КД212В
КД212Г
КД208А
КД226А
КД226Б
КД226В
КД226Г
КД226Д
КД202А
КД202Б
КД202В
КД202Г
КД202Д
КД202Е
КД202Ж
Uобрmax, В
Iпр, А
Uпр, В
Тип
прибора
50
50
0,05
0,05
0,05
0,05
0,01
0,30
0,60
0,60
0,60
0,70
0,50
0,30
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,70
1,70
1,70
1,70
1,70
3,00
3,50
5,00
3,50
5,00
3,50
5,00
1,0
1,2
1,0
1,0
1,0
1,0
1,4
1,4
1,4
1,0
1,0
1,0
1,0
1,2
1,0
1,2
1,0
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
КД202Н
КД202К
КД202Л
КД202М
КД202Н
КД202Р
КД202С
КД227А
КД227Б
КД227В
КД227Г
КД227Д
КД227Е
КД227Ж
КД213Г
КД213А
КД213Б
КД213В
КД203А
КД203Б
КД203В
КД203Г
КД203Д
К542НД1
К542НД2
К542НД3
К542НД4
К542НД5
50
70
70
250
300
300
100
400
200
400
600
800
200
200
100
100
100
100
200
400
600
800
350
350
140
140
210
Uобрmax, В
50
50
50
50
50
210
280
280
350
350
420
480
100
200
350
400
500
600
800
100
200
200
200
420
560
560
700
700
Iпр, А
Uпр, В
3,5
5,0
3,5
5,0
3,5
5,0
2,5
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
6

7.

Расчет схемы выпрямления
6
принимая Rт = 0,06 Rн , получаем Rт = 0,06 Rн = 0,06 24,8 = 1,49 Ом; тогда сопротивление цепи заряда конденсатора С0:
R Rт 2 Rа Rт 2
U пр
где 2 – число одновременно «открытых» диодов в цепи заряда:
А
I а0
1,49 2
1
3,49 Ом;
1
πR
3,14 3,49
0,22 .
mR н
2 24 ,8
По графикам (графоаналитический метод) находим значения коэффициентов: В = 1; D = 2,2; F = 6,3; H = 400.
7

8.

Расчет схемы выпрямления
7
Основные выводы расчетных соотношений.
Кривые зависимостей угла отсечки θ и коэффициентов B, D, F, H
от расчетной величины A
а
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
θ
б
θ f ( А)
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
I
0,5
А
II
0,1
0,2
д
е
D = f (А)
I ( А)
Iа D 0
m
2,5
2,6
2,0
I
II
1,5
I
А
II
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0,05
0,1
0,15
0,2
F = f (А) I
I аmax F 0
m
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
А
H
H
3,0
0
II
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
II D I
2,4
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
I
1,0
0
2,8
F
1,5
А
г
3,0
в
II В I
2,0 В = f (А)
1,2
U2 = ВU0
1,1
1400
1200 H f ( А)
1000
m=1
m=2
800
600
400
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Рис.2
А
400
360
320 H f ( А)
280
m=1
240
200
160
120
80
40
0
0,05
0,1
m=2
А
0,15
0,28

9.

Расчет сглаживающего фильтра
8
Рабочее напряжение, на которое должны быть взяты конденсаторы,
U Cраб U С max
2U 2
2 В U0
2 1 29, 7 42 В.
Приняв коэффициент пульсации на электролитическом конденсаторе К пC 0,15,
H
400
10 6
764 мкФ; Кпс 0,15 const.
К пC R
0,15 3, 49
По таблице П1.2 выбираем конденсатор К50-33 с параметрами: C0 = 2200 мкФ; UСраб = 100 В. Емкость больше,
отсюда индуктивность или дроссель меньше.
H
400
0,052 .
Тогда реальный коэффициент пульсации на конденсаторе: К пC
получим С0
C0 R
2200 3,49
-это после первого конденсатора. Для определения параметров следующего (второго) звена фильтра (L1C1)
необходимо определить требуемый коэффициент сглаживания этого звена:
К U
0, 052 29, 7
К С1
10 К C1 1
Тогда индуктивность дросселя
0
К п.нU 0н
0, 002 27
29.
10 29 1
75 Гн мкФ.
m2
22
По таблице П1.2 выбираем конденсатор С1 типа К50-33 с теми же параметрами, что и конденсатор С0, т. е.
С1 = C0 = 2200 мкФ и UСраб = 100 В .
L1C1
75
Тогда
L1C1
пC
L1
C1
2200
0,034 Гн.
9

10.

Расчет сглаживающего фильтра
9
Таблица П3 - Параметры электролитических конденсаторов
Тип
конденсатора
К50-15
Номинальное
напряжение, В
16
25
50
К50-24
К50-29
100
160
250
16
25
40
63
16
25
6,3
К50-32
К50-33
6,3
16
25
63
100
160
6,3
Номинальная емкость, мкФ
68; 150; 220; 330; 680
47; 100; 220; 470; 680
33; 47; 100; 220; 330
10; 22; 47; 100
4,7; 15; 33; 47
4,7; 10; 22; 33
2,2; 4,7; 10; 22
47; 100; 470; 1000; 2200; 4700; 10 000
22; 47; 100; 220; 470; 1000; 2200; 4700
100; 150; 330; 1000; 2200
10; 22; 47; 100; 220; 470; 1000; 2200
4,7; 10; 22; 47; 100; 220
2,2; 4,7; 10; 22; 100; 220
100
160
47; 100; 220; 470; 1000
22; 47; 100; 220; 470
10; 22; 47; 100; 220
4,7; 10; 22; 47; 100
2,2; 4,7; 10; 22; 47
1; 2,2; 4,7; 10
160
250
350
450
1000; 2200; 3300; 4700
100; 220; 330; 470; 1000; 2000
47; 100; 220; 330; 470; 1000
47; 100; 220; 330; 470
6,3
1000; 2200; 3300; 4700; 6800; 10 000;
15 000; 22 000
680; 1000; 2200; 3300; 4700; 6800; 10 000;
15 000
470; 680; 2200; 3300; 4700; 6800; 10 000
330; 680; 1000; 1500; 2200; 3300; 4700
68; 220; 470; 680; 1000; 1500; 2200
47; 100; 470; 680; 1000
100
160
Тип
конденсатора
К50-37
25
40
63
К50-38
К50-41
Номинальная емкость, мкФ
3,2
6,3
470 000
100 000; 220 000
15 000; 33 000; 100 000
10 000; 15 000; 22 000; 33 000;
47 000
4700; 10 000; 15 000; 22 000
2200; 4700; 10 000; 15 000
1000; 4700
100
250
16
40
63
16
25
40
63
К50-47
К50-48
Номинальное
напряжение, В
16
25
40
63
100
160
47; 100; 220; 470; 1000; 2200;
4700; 10 000
22; 47; 100; 220; 470; 1000;
2200
10; 22; 47; 100; 220; 470; 1000;
2200
4,7; 10; 22; 47; 100; 220
1; 2,2; 4,7; 10; 22; 47; 100
6,3
33 000; 68 000; 15 000
22 000; 47 000; 100 000
15 000; 33 000; 68 000
10 000; 22 000; 47 000
6800; 10 000; 22 000
16
25
40
63
220; 470; 1000; 2200; 4700
220; 470; 1000; 2200
100; 220; 470; 1000; 2200
47; 100; 220; 470; 1000
10; 22; 47; 100; 220
4,7; 10; 22; 47; 100
6,3
100
160
220; 470; 1000; 1500
100; 220; 470; 1000
47; 100; 220; 470
47; 100; 220; 330
22; 47; 100; 220
10

11.

Расчет сглаживающего фильтра
11
I 0н и I подм. I 0н I подм. 2, 2А
Важны 2 параметра при выборе L1:
По табл. П1.3 (стр. 378) выбираем дроссель Д264 с двумя обмотками. Принимая параллельное соединение обмоток,
получаем L1 = 0,8 Гн; Iподм = 1,6 А; Rдр = 1,2 Ом.
Правильность выбора L1 и C1 проверяется соблюдением неравенства: x L Rн xC .
Проверяем: xL = 2πf1mL1 = 2 3,14 50 2 0,8 = 502,4 Ом;
Rн
U 0н
27
22,5 Ом;
I 0н
1,2
xC =1/2πf1mC1·10–6 =1/2 3,14 50 2 2200·10–6 = 0,72 Ом.
Неравенство xL > Rн > xC соблюдается, и, следовательно, дроссель и конденсатор выбраны правильно.
Поскольку ∆Uдр = I0н Rдр = 1,2 1,2 = 1,44 В, что меньше заданного значения, принимаем
27 1, 44 28, 44 В.
U 0 U 0н U др
11

12.

Расчет сглаживающего фильтра
12
Таблица П13 - Электрические параметры дросселей Д201…Д274
Тип
дросселя
ИндукТок
Ток
Тип
Индуктивно подмагничив
Сопротивле
тивность, подмагничивани Сопротивлен
дросселя
сть, Гн
Индук- ие, Ом
Ток
Ток
Гн
я,Тип
А
ания,
АСопротивлние, Ом
Сопротивле
Тип
Индуктивн
Тип
дросселя
Д201
Д202
Д203
Д204
Д205
Д206
Д207
Д208
Д209
Д210
Д211
Д212
Д213
Д214
Д215
Д216
Д217
Д218
Д219
Д220
Д221
Д222
Д223
Д224
Д225
0,0003
0,0006
0,0050
0,0100
0,8000
0,1500
0,0003
0,0006
0,0050
0,0100
0,8000
0,1500
0,0003
0,0006
0,0050
0,0100
0,8000
0,1500
1,2500
0,0003
0,0006
0,0050
0,0100
0,8000
0,1500
1,60
Д201
1,10
Д202
0,40
Д203
0,28
Д204
0,10
Д205
0,07
Д206
2,20
Д207
1,60
Д208
0,56
379
0,40
0,14
Д209
0,10
Д210
3,20
Д211
2,20
Д212
0,80
Д213
0,58
Д214
0,20
Д215
0,14
Д216
0,05
Д217
4,50
Д218
3,20
Д219
1,10
Д220
0,80
Д221
0,28
Д222
0,20
Д223
Д224
Д225
тивность,
Гн
подмагнич
ивания, А
0,0003 0,034
1,60
0,0006 0,058
1,10
0,0050 0,650
0,40
1,530
0,0100
0,28
12,400
0,8000
0,10
23,200
0,1500 0,046 0,07
0,0003 0,800 2,20
0,0006 1,090 1,60
0,0050 1,680 0,56
0,0100
0,40
13,500
0,8000
0,14
24,800
0,1500 0,031 0,10
0,0003 0,070 3,20
0,0006 0,760 2,20
0,0050 1,400 0,80
12,850
0,0100
0,58
26,800
0,8000 220,000
0,20
0,1500 0,026 0,14
1,2500 0,055 0,05
0,0003 0,535 4,50
0,0006 1,160 3,20
0,0050 8,200 1,10
0,0100
0,80
17,600
0,8000
0,28
0,1500
0,20
ние, Ом
Д226
0,034
Д227
0,058
Д228
0,650
Д229
1,530
Д230
12,400
Д231
23,200
Д232
0,046
Д233
0,800
Д234
1,090
Д235
1,680
Д236
13,500
Д237
24,800
Д238
Д239
0,031
Д240
0,070
Д241
0,760
Д242
1,400
Д243
12,850
Д244
26,800
Д245
220,000
Д246
0,026
Д247
0,055
Д248
0,535
Д249
1,160
Д250
8,200
17,600
дросселя
Д226
Д227
Д228
Д229
Д230
Д231
Д232
Д233
Д234
Д235
Д236
Д237
Д238
Д239
Д240
Д241
Д242
Д243
Д244
Д245
Д246
Д247
Д248
Д249
Д250
ость, Гн
1,2500
1,2500
2,2500
2,2500
0,0003
0,0003
0,0006
0,0006
0,0050
0,0050
0,0100
0,0100
0,8000
0,8000
0,1500
0,1500
1,2500
1,2500
2,2500
2,2500
0,0003
0,0003
0,0006
0,0006
0,0050
0,0100
0,0050
0,8000
0,0100
0,1500
0,8000
1,2500
0,1500
2,2500
1,2500
0,0003
2,2500
0,0006
0,0003
0,0050
0,0006
0,0090
0,0050
0,8000
0,0090
0,1500
0,8000
1,2500
0,1500
1,2500
подмагнич
ивания, А
ение, Ом
дросселя
0,07 136,0000136,0000
0,07
Д251
0,05 274,0000274,0000
0,05
Д252
6,30
6,30
0,0165 0,0165
Д253
4,50
0,0400
4,50
0,0400
Д254
1,60
1,60
0,3480 0,3480
Д255
1,10
0,5750
1,10
0,5750 6,1000
Д256
0,40
0,40
6,1000 11,8000
Д257
0,28
0,28
11,8000 84,5000
Д258
0,10
0,10
84,5000193,0000
Д259
0,07
0,07
193,0000 0,0126
Д260
9,00
9,00
0,0126 0,0220
Д261
6,30
6,30
0,0220 0,2740
Д262
2,20
1,60
2,20
0,2740 0,4060
Д263
0,56
1,60
0,4060 3,9200
Д264
0,40
0,56
3,9200 8,5000
Д265
0,14
0,40
8,5000 66,5000
Д266
0,10 66,5000129,0000
0,14
Д267
12,50
0,0132
0,10
129,0000
Д268
9,00 0,0132
0,0274
12,50
Д269
3,20
9,00
0,0274 0,2300
Д270
2,20
0,4640
3,20
0,2300
Д271
0,80
2,6000
2,20
0,4640
Д272
0,56
5,1500
0,80
2,6000 51,5000
Д273
0,20
0,56
5,1500
Д274
0,20
51,5000
Ток
Тип
Индуктивно подмагничи
Сопротивлен
дросселя Ток сть, Гн
ие, Ом
вания,
А
Индуктивн подмагни Сопротивле
ость, Гн
чивания,
А
ние, Ом
Д251
2,2500
Д252
0,0003
Д253
0,0006
Д254
0,0050
Д255
0,0100
Д256
0,8000
Д257
0,1500
Д258
1,2500
Д259
2,2500
Д260
0,0003
Д261
0,0006
Д262
0,0050
Д263
Д264
0,0100
Д265
0,8000
Д266
0,1500
Д267
1,2500
Д268
2,2500
Д269
0,0006
Д270
0,0012
Д271
0,0100
Д272
0,0200
Д273
0,1500
Д274
0,3000
2,2500
0,14
18,00
12,50
4,50
3,20
1,10
0,80
0,28
0,20
25,00
18,00
6,30
4,50
1,60
1,10
0,40
0,28
25,00
18,00
6,30
4,50
1,60
2,20
0,40
2,2500
88,0000
0,0003
0,0058
0,0006
0,0124
0,0050
0,1100
0,0100
0,2180
0,8000
1,5400
0,1500
3,6800
1,2500
2,9200
2,2500
55,0000
0,0003
0,0038
0,0006
0,0086
0,0050
0,8000
0,0100
0,8000
0,1540
0,1500
1,2000
1,2500
2,5000
2,2500
22,6000
0,0006
40,2000
0,0012
0,0048
0,0100
0,0104
0,0200
0,0745
0,1500
0,1620
0,3000
1,4600
2,2500
3,0400
0,14
18,00
12,50
4,50
3,20
1,10
0,80
0,28
0,20
25,00
18,00
6,30
4,50
1,60
1,10
0,40
0,28
25,00
18,00
6,30
4,50
1,60
2,20
0,40
88,0000
0,0058
0,0124
0,1100
0,2180
1,5400
3,6800
2,9200
55,0000
0,0038
0,0086
0,8000
0,1540
1,2000
2,5000
22,6000
40,2000
0,0048
0,0104
0,0745
0,1620
1,4600
3,0400
21,2000
21,2000
12

13.

Расчет трансформатора
Определение расчетных параметров трансформатора
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
U 2 ВU 0 1 28 ,5 28,5 В.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
I2
Коэффициент трансформации
I0
1,2
2 2,2
1,86 А.
2
2
U
220
Kт 1
7 ,7.
U2
28 ,5
2D
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора
I1 K хх
I2
,
Kт
где Kхх – коэффициент холостого хода.
Принимая Kхх = 1,15, получаем
Расчетная мощность трансформатора
Pт
m1U1 I1 m2U 2 I 2
1 220 0, 28 1 28, 5 1,86
57,3 ВА.
2
2
13

14.

Задание
14
ВАРИАНТЫ НАГРУЗКИ
Данные питающей сети
U1 220 В;
f1 50 Гц;
m1 1
U 0н
№
I 0н
К пн
50
0,5
0,15
20
90
2,0
1,6
21
60
0,4
0,2
22
70
2,2
2,0
23
70
0,3
0,25
24
50
2,6
2,4
25
80
0,2
0,3
26
30
2,8
2,8
2,0
27
90
0,1
0,35
1,0
0,3
28
24
3,0
3,0
2,4
2,4
29
40
0,2
0,4
U 0н
I 0н
К пн
варианта
1
150
1,4
0,1
19
2
120
1,5
0,8
3
180
1,3
0,15
4
100
1,7
1,2
5
170
1,2
0,2
6
80
1,9
1,6
7
190
1,1
0,25
8
60
2,1
9
60
10
36
№
варианта