Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Автоматизація процесів проектування автоматичних процесів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут інженерної механіки та транспорту
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Інші
Група:
МТП-51
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут інженерної механіки та транспорту
Кафедра автоматизації та комплексної
механізації машинобудівної промисловості
Курсова робота
“Автоматизація процесів проектування автоматичних процесів”
ВАРІАНТ №15
Львів – 2008
1. Завдання
Вихідні дані:
1.Напруга на навантаженні Uн=20(В).
2.Струм на навантаженні Iн=4(А).
3.Напруга мережі Uм=220(В).
4.Коливання напруги мережі на навантаженні ∆Uм= ±10%.
5.Частота мережі fм=50(Гц).
6.Коефіцієнт стабілізації по напрузі Кст=1100
7.Амплітуда пульсації напруги Uп=10 мВ.
8.Мінімальна температура оточувального середовища Тмін=0°С.
9.Максимальна температура оточувального середовища Тмах=50°С.
2. Вступ.
Стабілізатором постійної напруги називається пристрій, який автоматично підтримує з відповідною і потрібною точністю постійну напругу на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах.Напруга на навантаженні джерела живлення має змінюватись, не дивлячись на застосування фільтрів.Для отримання необхідної величини на опорі навантаження застосовують стабілізатори напруги.
Основними параметрами, що характеризують роботу стабілізатора є: коефіцієнт стабілізатора; вихібний опір; ККД; відносна нестабільність вихідної напруги.
Існує 2 різних метода стабілізації: параметричний, в якому використовуються елементи з нелінійною вольт-амперною зарактеристикою; компенсаційний, суть якого зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги.
Дана робота передбачає застосування другого методу стабілізації постійної напруги.
3. Огляд можливих варіантів побудови.
Варіанти побудови схем стабілізованих джерел напруги широко описані. Розрізняють 2 основних види: параметричний і комплексний. В свою чергу вони можуть бути одно- чи багатокаскадні, паралельні і послідовні. Можливе використання схеми на транзисторах, мікросхемах, змішане рішення.Можливе використання тільки трансформатора з діодним мостом або дискретизованого трансформатора. Вибір одного чи іншого схематичного рішення полягає у забезпеченні вихідних параметрів. Для параметрів, заданих в цій курсовій роботі можливе використання схеми високостабільного блоку живлення. Ця схема побудована на компенсаційному і ключовому стабілізаторах, які забезпечують 2 кільця авторегулювання. Компенсаційний стабілізатор, в свою чергу, побудований на операційному підсидювачі. Схема передбачає захист від перенавантаження і захист по струму, що відповідає всім вимогом завдання. Але для даної роботи описана схема є досить складною, тому вибрана інша-стабілізоване джерело живлення, що побудоване на компенсаційному стабілізаторі в інтегральній мікросхемі.
4.Опис принципової схеми.
Принципова схема стабілізатора джерела живлення складається з трансформатора Т1, який понижує напругу живлення від 220 В до 12 В, які потрібні на вході випрямляча.
Випрямляч VD1-VD4 виконаний по мостовий схемі з використанням в якості 4-ох вентилів напівпровідникових елементів забезпечує двохнапівперіодне випрямлення, і подає випрямлену напругу на згладжуючий фільтр СО, виконаний на ємкості. Фільтр зменьшує пульсації випрямленої напруги. Після цього напруга тече на стабілізатор, що виконаний у вигляді мікросхеми К142ВН1Б з під´єднаними до неї зовнішніми елементами С1,С2,R1,R2. К142ВН1Б виконує функції стабілізатора компенсаційного типу. Зовнішні елементи використовуються для зміни характеристик стабілізатора, та розраховуються окремо для покращення роботи схеми.
VT2 – призначений для піднімання струму в 4-5 раз.
VT1, R2, R3- уникають загорання схеми при короткому замиканні.
Даний стабілізатор зібраний на основі мікросхеми Д2 типу МС7800. Мікросхема являє собою інтегральний стабілізатор, що забезпечує фіксовану постійну напругу і вихідний струм порядку 1 А. Для забузпечення зміни вихідної напруги в широкому діапазоні використовується каскад, побудований на операційному підсилювачі Д1. Це операційний підсилювач включений за схемою повторювача і забезпечує зміщення напруги мікросхеми Д2.
Потенціометр R5 , згідно рекомендації, вибираємо рівним порядку 10 кОм, що забезпечити регулювання зміщення напруги мікросхеми Д2. Резистор R4, згідно рекомендацій, має номінал 1 кОм і служить для обмеження вихідного струму Д1. При зміщенн мікросхеми Д2 на 2 В струм через резистор R4 :
Для збільшення вихідного струму використовують зовнішній транзистор VT2 , що забезпечує збільшення струму на параметр h21=5…10. Тим транзистора VT2 MJ2955: вихідний струм порядку 5А. Якщо необхідно забезпечити більший струм, необхідно використовувати схему Дарлінгтона. Конденсатор С3 забезпечує згладження пульсуючої напруги на базі транзистора VT2. Конденсатор С2 виконує функцію згладжувального фільтра на вході мікросхеми Д2. Резистор R2 служить для закорочування струмів закритого транзистора VT2 і вибирається в діапазоні від 50 до 150 Ом. Транзистор VT1 і резистор R3 забезпечують захист транзистора VT2 від короткого замикання, тобто служить давачем струму. Резистор R3 виконує функцію давача струму VT1. Транзистор VT2 закривається.
5. Розрахунок елементів та вузлів принципової схеми.
5.1. Розрахунок стабілізатора.
Вихідні дані:
=20 В - напруга на навантаженні (на виході стабілізатора);
=4 А - струм навантаження;
=220 В - напруга мережі;
= 10% - коливання напруги мережі;
=50 Гц - частота мережі;
=1100 - коефіцієнт стабілізації по напрузі; пов'язаний з коефіцієнтом нестабільності по напрузі , який часто на водять в довідниках, співвідношенням ;
=10 мВ - амплітуда напруги пульсацій на навантаженні;
= 0 С - мінімальна температура навколишнього середовища;
= 50 С -максимальна температура навколишнього середовища.
Розрахунок
В результаті розрахунку необхідно визначити параметри елементів схеми стабілізатора, а також величини вхідної напруги і вхідного струму, необхідні для розрахунку випрамляча.
1. Знаходимо напругу на вході стабілізатора.
Спочатку визначаємо мінімальну напругу , яка забезпечує одержання максимальної напруги на виході стабілізатора при максимальному струмі через регулюючий транзистор
де – мінімальна напруга на ділянці колектор – емітер регулюючого транзистора, – амплітуда пульсації вхідної напруги.
Враховуючи задані параметри і парамерти транзистора VT2 (p-n-p):
приймаємо: Іколек=7 А, Uколек=30 В.
Вибираємо спад напруги для даного кремнієвого транзистора .
Мінімальна напруга на вході стабілізатора:
Максимальну напругу на вході стабілізатора визначаємо з виразу:
Визначимо значення максимальної напруги колектор-емітер регулюючого транзистора VT2:
Знаходимо величину максимальної потужності, розсіяної на регулюючому транзисторі.
– приймаємо таким струм, що втрачається.
Ivt1=IH/10=0,4 A
Опір на резисторі R3, давача струму, розраховуємо за формулою:
5.2. Тепловий розрахунок радіатора.
Конструкція сучасних напівпровідникових приладів, навіть самих багатогабаритних, дозволяють розсіювати потужність без перегріву приладу вище встановлених норм не більше 2-3Вт.Щоб використовувати напівпровідниковий прилад в більш широкому діапазоні потужностей – десятки або сотні ват, використовуються різні методи відводу тепла від напівпровідникових приладів. Проблема відводу тепла від напівпровідникових приладів в першу чергу повинні бути врахована при розробці радіо електронної апаратури. Виділяюче приладами тепло може бути відведене від поверхні кристала і передану за межі апаратури під засобом декількох методів, використаних окремо або в співвідношенні одне до другого. Найбільш поширені наступні методи:
Природнє охолодження.
Примусове повітряне охолодження.
Примусове рідинне охолодження.
Термоелектричне охолодження.
Застосування того чи іншого методу охолодження залежить від вимого надійності, економічності і конструктивних особливостей апаратури, тому рекомендація тільки одного методу не доцільна. При роботі приладу в апаратурі важливо визначити основну, найбільш ефективну форму передачі тепла для даного конкретного випадку.
Найбіль простим, надійним і дешевим методом відводу тепла від напівровідникового приладу являється метод природнього охолодження, який включає в себе теплопровідність, природню ковекцію променьоспускання. Природній метод відводу тепла ефективно і економічно більш вигідніший для напівпровідникових приладів з відносно невеликими потужностями розсіювання (менше 20Вт) і які володіють високими гранично допустимими температурами переходу.Першу чергу – це прилади на основі кремнію. Методи розрахунку і конструкції тепловідводів, які використовуються на сьогоднішній час. Природнє охолодження в першу чергу передбачає використання потужніх напівпровідникових приладів з тепло відводом. Спеціальний тепловідвід, якщо в якості тепловідводу не виткористано конструкція радіоелектронної апаратури, має достатньо велитку вагу і розміри.
Максимальна потужність, яку може розсіяти радіатор Pmax:
;
де Тс –максимальна температура навколишнього середовища. Приймаємо в межах 50…60°С. Тс=60°С.
Трп –максимальна допустима температура колекторного переходу транзистора. Приймаємо в межах 80…90°С. Трп=90°С.
Rпк –тепловий опір між переходом і корпусом Rпк=0.1…1 град/Вт.
Визначаємо тепловий опір радіатора RРАД:
;
де q –коефіцієнт, що враховує нерівномірний характер розподілу теплоти по радіатору;
P –потужність, яку необхідно розсіяти, Р=Ркр;
Ркт –тепловий контактний опір між корпусом і тепловідводом.
Визначаємо площу граней радіатора:
де σт –коефіцієнт теплового випромінювання радіатора в навколишнє середовище. Для алюмінієвого радіатора σт=0.55 мВт/см2·с.
Вибираємо пластину: 75х75
5.3. Геобразний індуктивно-ємнісний фільтр.
де Kc –коефіцієнт згладження; m –число фаз виправлення,m=2 для діодного моста;
f –частота на вході трансформатора.
Ємність , отже
Вихідний струм діодного моста: Iвих=1.8·Ін=1.8·4=7.2 А
Потужність : Pм=1.2·Iн=4.8 Вт
5.4 Розрахунок трансформатора
Для серцевини трансформатора малої потужності найчастіше використовують сталь Є-41 товщиною листа h=0,5 і 0,35мм. При підвищеній частоті рекомендується сталь Є-34, Є-44, Є-48 і Є-340 з h=0,2 і 0,35мм.
При розрахунку трансформатора спочатку визначають розрахункову потужність, що витрачається на випрямляч:
,
де - потужності, що споживаються з вторинних обмоток трансформатора;
- ККД трансформатора, який вибирається згідно таблиці 2.2
Переріз сталі серцевини трансформатора, :
де - частота, Гц;
B- індукція;
- густина струму ;
= 4,5-5,5 для трансформатора з найменшою масою.
Таблиця 2.2
Рекомендовані параметри трансформатора
, В*А
В, Т
,
До 10
0,6-0,7
0,6-0,7
3,5-4
10-30
0,7-0,8
0,7-0,8
3,5-4
30-50
0,8-0,9
0,8-0,85
3,0-3,5
50-100
0,9-1,0
0,85-0,9
2,5-3
Більше 100
1,0-1,2
0,9
2,5-3
Поперечне січення серцевини з врахуванням коефіцієнта заповнення його сталлю визначається по формулі , де залежить від товщини пластин.
h(мм)
0,5
0,35
0,20
0,10
0,92
0,86
0,75
0,65
Для слабопотужних силових трансформаторів найчастіше використовують Ш-подібне залізо (мал. 1) з геометричними параметрами, приведеними в таблиці 2.3.
Типова товщина набору вибирається рівною 1; 1,5; 2 номерам заліза. В загальному випадку
Якщо 1>y1 / y>2,5 , то вибирається інший номер платини
Підібравши залізо і визначивши істинне січення, визначають число витків із виразу:
Дійсне число витків вибирається дещо більше розрахункового для компенсування втрат напруги на обмотках. Для силових обмоток . Діаметр проводу обмотки визначається з розрахованих значень струмів в обмотках і допустимої густини струму, мм:
де І і – діюче значення струму і-ї обмотки. Для первинної обмотки . За розрахованим значенням діаметру проводу вибирають стандартний діаметр, наведений в таблиці 2.4.
Таблиця 2.3
Типові розміри Ш-подібних пластин
Тип
y,мм
y2,мм
b,мм
h,мм
H,мм
L,мм
Sон,см2
lс,мм
УШ-10
10
6,5
6,5
18
31
36
1,17
56,6
УШ-12
12
8
8
22
38
44
1,76
67,4
УШ-14
14
9
9
25
43
50
2,25
79,2
УШ-16
16
10
10
28
48
56
2,80
90,3
УШ-19
19
12
12
33
57,5
67
4,02
106
УШ-22
22
14
14
39
67
78
5,47
124
УШ-26
26
17
17
47
81
94
7,99
147
УШ-30
30
19
19
53
91
106
10,1
167
УШ-35
35
22
22
61,5
105,5
123
13,5
198
УШ-40
40
26
26
72
124
144
18,7
264
Рис. 2.10 Ш – подібний сердечник трансформатора
Потім перевіряють можливість розміщення обмоток у вікні магнітопроводу. Кількість витків в одному шарі:
,
де - товщина каркаса, мм (на практиці застосовують 0,6-1,5 мм);
- діаметр вибраного приводу з врахуванням ізоляції, мм (див. табл. 2.4);
k – коефіцієнт заповнення обмотки.
Таблиця 2.4
Стандартні діаметри проводу марок ПЕВ і ПЕЛ, мм
d
dіз
d
dіз
d
dіз
d
dіз
d
dіз
d
dіз
0,05
0,06
0,14
0,155
0,25
0,270
0,47
0,5505
0,886
0,910
1,56
1,62
0,06
0,07
0,15
0,165
0,27
0,295
0,49
0,529
0,93
0,980
1,68
1,74
0,07
0,08
0,16
0,175
0,29
0,315
0,51
0,545
1,00
1,050
1,81
1,87
0,08
0,09
0,17
0,185
0,31
0,340
0,55
0,590
1,08
1,140
1,95
2,01
0,09
0,10
0,18
0,195
0,33
0,360
0,59
0,630
1,16
1,22
2,02
2,08
0,10
0,115
0,19
0,205
0,35
0,380
0,64
0,680
1,20
1,26
2,10
2,16
0,11
0,125
0,2
0,215
0,38
0,410
0,69
0,730
1,25
1,31
2,26
2,32
0,12
0,135
0,21
0,230
0,41
0,440
0,79
0,790
1,35
1,41
2,44
2,50
0,13
0,145
0,23
0,259
0,44
0,475
0,80
0,850
1,45
1,51
При намотуванні на вал в формулу підставляється Коефіцієнт заповнення обмотки залежить від товщини провода.
dіз (мм)
0.08-0,11
0,15-0,25
0,35-0,41
0,51-0,93
1,0
K
1,3
1,25
1,20
1,1
1,05
Число шарів =.Товщину обмотки визначають з виразу =, де - товщина ізолюючих прокладок між шарами (на прктиці для прокладок використовують кабельний папір мм).
Для правильно спроектованого трансформатора повинна виконуватись умова , де -число обмоток; - товщина ізолюючих прокладок між окремими обмотками, залежить від робочої напруги між обмотками.
Uроб, В
50
150
300
мм
0,06
0,2
0,3-0,5
Слід врахувати, що заповнення вікна трансформатора повинно бути не менше 0,8, тобто.
Основні вихідні дані для розрахунку:
- напруга мережі 220 В;
- частота струму мережі 50 Гц;
- напруга вторинної обмотки 32 В;
- струм вторинної обмотки 7.2 А;
- потужність вторинної обмотки S2=U2·I2=32·7.2=230.4 Вт
В залежності з приведеними вище рекомендаціями вибираємо конфігурацію магнітопровода, марку сталі, товщину стрічки з врахуванням частоти струму живлення мережі.
При частоті f < 150 гц сердечник виготовляється з листів електротехнічної сталі завтовшки 0,35—0,50мм. При вищих частотах застосовується тонша листова сталь. З таблиці 1.1 вибираємо марку сталі Э340, товщиною листа 0,20 мм.
Знаходимо основний розрахуковий параметр трансформатора – величину .
- ККД трансформатора 0,84;
- амплітуда магнітної індукції 1,21 Тл;
j – щільність струму в обмотках 2,9 ;
- коефіціент заповнення міддю вікна сердечника 0,3;
- коефіціент заповнення сталлю площі поперечного січення стержня магнітопровода 0,9.
Знаходимо поперечний переріз сталі сердечника, см2:
= 4,5-5,5 для трансформатора з найменшою масою.
Поперечне січення серцевини з врахуванням коефіцієнта заповнення його сталлю визначається по формулі , де залежить від товщини пластин. З табл. Для сталі товщиною 0.2 мм =0.75. Отже:
3. Використовуючи оптимальні співвідношення розмірів для трансформаторів (табл.1.9), визначаємо ширину стержня магнітопровода:
Вибираємо магнітопровід ПЛ12,516 32:
a = 22,3; b = 19; c = 22; C = 41; H = 50; h = 25;
= 11.1; = 12 ; = 21,2 ; = 163 .
4. Визначаємо втрати в сталі.
5. Знаходимо струм холостого ходу. Для цього необхідно:
а) визначити активну складову струму холостого ходу, використовуваного трансформатором на покриття втрат в сталі:
і1=0.977 %
б) розрахувати реактивну складову струму холостого ходу, виражену в відсотках від номінального струму:
де - часткова намагнічувана потужність
в) знайти струм холостого ходу, виражений в відсотках від номінального:
Визначаємо значення струму первинної обмотки:
Абсолютне значення струму холостого ходу рівне:
7. Поперечне січення проводів обмоток () визначаємо за формулами:
З табл. 2.4 вибираємо найближче до розрахованих стандартне значення січення проводів:
=0,47 , =2,5
Дійсна густина струму в обмотках:
8. Знаходимо амплітуду магнітного потоку в магнітопроводі трансформа тора:
9. Число витків кожної обмотки визначаємо по формулі
В
В
Переходимо до перевірки розміщення обмоток на магнітопроводі
10. Для визначення висоти обмотки використаємо формулу
11. Знаходимо число витків в однім шарі кожної обмотки
12. Визначаємо число рядів кожної обмотки
Радіальний розмір кожної обмотки розраховується за формулою
13. Визначаємо радіальний розмір всіх обмоток з врахуванням міжшарової відстані і міжобмоточної ізоляції
Про можливість розміщення обмоток в вікні сердечника судять по величині вільного проміжутку між поверхнями зовнішніх обмоток двох стержнів
Умова виконується отже проводимо подальший розрахунок.
14. Знаходимо масу міді кожної обмотки, кг
Підставляємо значення:
Маса міді всіх обмоток
Втрати в міді кожної обмотки при температурі дроту (100...105) ْ°С становлять
,
Сумарні втрати по міді
15. Визначаємо коефіціент корисної дії трансформатора
де
16. Знаходимо активний опір кожної обмотки трансформатора за формулами
17. Знаходимо активний опір короткого замикання, приведеного до первинної обмотки
18. Визначаємо активну складову напруги короткого замикання, %
19. Знаходимо реактивну складову короткого замикання, %
,
,
Напруга короткого замикання (%) рівна
20. Знаходимо процентний спад напруги в обмотках
21. Визначаємо температуру перегріву обмоток відносно навколишнього середовища
°С
22. Знаходимо робочу температуру обмоток
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора