Структура расчетно-пояснительной записки
Методические указания
к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине
«ЭЛЕКТРОНИКА»
«Расчет однофазного стабилизированного источника питания»
для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»
специализации «Электроснабжение железных дорог»
Составитель: Лабунский Л.С.
Самара
2012 г.
УДК 621.38
Методические указания по выполнению расчётно-графической работы «Расчёт однофазного стабилизированного источника питания» по дисциплине «Электроника» для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Электроснабжение железных дорог». - Самара : СамГУПС, 2012. - 30 с.
Утверждены на заседании кафедры 02_ _февраля_2012 г., протокол №._10_.
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.
Приведены задания и методические указания по выполнению расчётно-графической работы для студентов по рассматриваемой дисциплине.
В содержание работы входят расчеты стабилизаторов, выпрямителей с ёмкостным сглаживающим фильтром и упрощенный расчёт маломощного силового трансформатора. Расчёт выпрямителей выполняется на ЭВМ.
В методических указаниях содержатся основные сведения о принципиальных схемах источников питания и способах их расчёта. Даны рекомендации по выбору элементов схем. Приведены справочные данные электронных компонентов и их условные графические изображения.
Составитель: Лабунский Леонид Сергеевич
Рецензенты: к.т.н., доцент Гаранин Максим Алексеевич,
СамГУПС
к.т.н. Крестовников Иван Андреевич, начальник службы
электрификации и электроснабжения
Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО РЖД
Ст. редактор: Шимина И.А.
Подписано в печать _______ 2012 г. Формат 60х84 1/16
Бумага писчая. Усл. п.л. 2. Электронное издание. Заказ №
© Самарский государственный университет путей сообщения, 2012
ВВЕДЕНИЕ
На железнодорожном транспорте широкое применение находят аналоговые и импульсные устройства электронной техники. Они предназначены для организации оперативно-технической проводной и радиосвязи, для построения систем контроля и управления движением поездов и электроснабжением нетяговых потребителей. Питание таких устройств осуществляется от сети переменного тока - однофазной 220 В или трёхфазной 380 В через источники питания, служащие для преобразования величины, выпрямления и стабилизации напряжения. Источники питания строятся по различным схемам, от которых в первую очередь, требуется обеспечение стабильного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций. Кроме этого, они должны быть надёжными и обеспечивать приемлемый коэффициент полезного действия.
В настоящее время схемотехника источников питания постоянно усложняется. Разработаны импульсные источники с выпрямителем на входе и преобразовательным трансформатором, работающим на ультразвуковой частоте. Однако классические схемы источников питания с трансформатором на частоту 50 Гц все еще успешно применяются для нужд автоматики и телемеханики (СЦБ) и в системах управления электроснабжением.
Цель расчётно-графической работы - обобщение и углубление теоретических знаний студентов в области расчёта и анализа работы электронных схем, развитие самостоятельных навыков по выбору электронных компонентов, расчёту характеристик и энергетических показателей источников питания.
Объектом исследования в расчётно-графической работе является однофазный трёхканальный (на три выходных напряжения) источник питания, подключаемый к однофазной сети переменного тока 220 В, содержащий трансформатор с одной первичной и тремя вторичными обмотками, три выпрямителя на полупроводниковых диодах с ёмкостными сглаживающими фильтрами и два стабилизатора выходного напряжения (в первом и втором каналах).
Выполнение расчётно-графической работы предусматривает решение студентом следующих задач:
* закрепление знаний о свойствах и параметрах полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, стабилитронов, интегральных микросхем;
* выяснение того, как отдельные простые схемы при определенном соединении образуют более сложное устройство, в котором каждая схема вносит свой вклад в реализацию функций всего устройства;
* приобретение навыков работы с прикладными компьютерными программами и со справочной литературой.
Задание на расчётно-графическую работу
Исходные данные для расчёта трехканального источника питания представлены в таблице 1. Вариант определяется по предпоследней и последней цифре номера студенческого билета.
По данным варианта необходимо:
Выбрать схемы стабилизаторов для первого и второго каналов источника питания.
Зарисовать расчетную схему источника питания, содержащего два канала со стабилизаторами и один канал с выпрямителем без стабилизатора.
Выбрать типовую микросхему серии 142 для первого канала и рассчитать входное напряжение, входной ток и уровень пульсаций напряжения на входе Uвх1, Iвх1, К’п1 стабилизатора в первом канале.
Выбрать стабилизатор с усилителем тока на транзисторе для второго канала источника питания. Выбрать требуемый тип стабилитрона и транзистора, рассчитать резистор в цепи базы транзистора. Определить входное напряжение, входной ток и уровень пульсаций напряжения на входе второго стабилизатора Uвх2, Iвх2, К’п2.
5. Выбрать тип сердечника трансформатора и рассчитать с помощью ЭВМ каждый из трех выпрямителей.
6. По результатам расчетов выпрямителей выбрать тип диодов для каждого из трёх выпрямителей и стандартные значения емкостей электролитических конденсаторов сглаживающих фильтров. Выбрать тип и рабочее напряжение электролитических конденсаторов.
7. По результатам расчёта на ЭВМ построить внешние характеристики выпрямителей и временную диаграмму работы для первого выпрямителя (Uвх1).
8. Начертить на листе формата А3 принципиальную электрическую схему спроектированного источника питания. Привести спецификацию элементов схемы.
Таблица 1
Исходные данные
| по последней цифре шифра | ||||||||||
| Ud1, В | -12 | -15 | ||||||||
| Id1, А | 2,5 | 1,3 | 1,1 | 0,8 | 0,6 | 0,5 | 1,2 | |||
| Ud2, В | -36 | -48 | ||||||||
| Id2, А | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,15 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,6 | 0,5 |
| по предпоследней цифре шифра | ||||||||||
| Кп1, % (Ud1) | 0,25 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,35 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,45 | 0,5 |
| Кп2, % (Ud2) | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,8 | 1,6 | 1,7 | 0,9 | ||
| по последней цифре шифра | ||||||||||
| Схема третьего выпря-мителя | Двухполупериодная с общим проводом | Однополупериодная | С удвоением напряжения | |||||||
| Ud3, В | - 50 | - 80 | - 100 | |||||||
| Id3, А | 0,25 | 0,15 | 0,1 | 0,1 | 0,08 | 0,05 | ||||
| Кп3, % (Ud3) |
Оформление расчётно-графической работы
Расчётно-графическая работа состоит из расчётной и графической частей. Расчётная часть оформляется на одной стороне листа формата А4 в редакторе WORD. Графическая часть оформляется на миллиметровой бумаге формата А4 и включает в себя расчетную схему источника питания, временные диаграммы работы, графики внешних характеристик выпрямителей. Принципиальная электрическая схема источника питания со спецификацией элементов выполняется на листе миллиметровой бумаги формата А3. Допускается выполнение схем в любом графическом редакторе.
Все разделы пояснительной записки должны иметь название и нумероваться арабскими цифрами (1, 2, 3 и т.д.). Подразделы также должны иметь название и нумероваться в пределах каждого раздела двумя цифрами (1.1; 1.2... 3.1; 3.2).
Схемы, графики, таблицы должны иметь сквозную нумерацию и располагаться сразу после ссылки на них в тексте работы или на следующей отдельной странице и иметь название.
Отмеченные при проверке преподавателем ошибки должны быть исправлены аккуратно на обратной стороне предыдущего листа.
Структура расчетно-пояснительной записки
Титульный лист.
Задание.
Содержание.
Введение.
1. Описание работы источника питания.
2. Выбор элементов схемы и расчёт стабилизаторов напряжения.
2.1. Расчёт стабилизатора первого канала, выбор микросхемы.
2.2. Расчёт стабилизатора второго канала, выбор стабилитрона и транзистора.
3. Расчёт выпрямителей с емкостным фильтром.
3.1. Расчёт выпрямителя первого канала, построение внешней характеристики и временная диаграмма работы.
3.2. Расчёт выпрямителя второго канала, построение внешней характеристики.
3.3. Расчёт выпрямителя третьего канала, построение внешней характеристики.
4. Выбор диодов и электролитических конденсаторов выпрямителей первого, второго и третьего каналов.
5. Расчёт параметров трансформатора.
6. Определение коэффициента полезного действия.
7. Разработка принципиальной схемы источника питания.
Список использованной литературы.
Работа источника питания
Многоканальный источник питания радиоэлектронной аппаратуры содержит трансформатор с несколькими вторичными обмотками. В каждом канале к своей вторичной обмотке подключены выпрямитель и сглаживающий фильтр. Для поддержания неизменного напряжения в нагрузке в источник питания может устанавливаться стабилизатор. Структурная схема источника питания представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема источника питания
Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства источников питания, являются:
· величина выходного напряжения Ud и тока Id;
· коэффициент пульсаций Кп - отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к среднему значению напряжения (постоянной составляющей).
· внешняя характеристика - зависимость напряжения в нагрузке от тока нагрузки Ud = f(Id);
· коэффициент полезного действия h.
Расчёт схемы источника питания производится «от нагрузки», то есть сначала рассчитывают стабилизаторы, затем выпрямители и трансформатор.