Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Свердловской области

«Талицкий лесотехнический колледж им. Н.И.Кузнецова»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для самостоятельной работы студентов очного отделения

по специальности

23.02.04 «Техническая эксплуатация подъёмно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)»

среднего профессионального образования

(базовый уровень)

Разработал: преподаватель Астратов Б.А.

Студенты должны отработать данный материал, познакомиться с новинками в новых изданиях по электротехнике и электронике и составить отчет по проделанной работе.

Оформление отчета по самостоятельной работе

1.   В отдельную папку скрепить файлы, содержащие сообщения по темам.

2.     Презентации сохранить на CD-диск, вложить в файл.

3.     Титульный лист оформить так:

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Свердловской области

«Талицкий лесотехнический колледж им. Н.И.Кузнецова»

Отчет по самостоятельной работе

студента ___курса

^{(фамилия, имя)}

2018 год

Условные обозначения элементов схем.

Стандартные условные графические и буквенные обозначения элементов электрических схем.

К самостоятельной работе по теме

«Промышленная электроника в автомобилестроении».

В данной работе необходимо самостоятельно по заданию преподавателя изучить описание одной из приведённых схем и дать отчёт о её работе. Сначала ознакомьтесь с теоретической частью и  приведёнными примерами.

    На рис. 85 приведены схемы двухполупериодного выпрямителя, параметрического и компенсационного стабилизаторов напряжения, которые можно использовать для питания различной транзисторной аппаратуры как раздельно, так и совместно.

Двухполупериодный выпрямитель (рис. 85, а) образуют трансформатор Т1, понижающий напряжение сети до 12... 13 В, диоды VI — V4, включенные по мостовой схеме, и конденсатор С1, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. Трансформатор первичной обмоткой I присоединяют к электроосветительной сети через плавкий предохранитель F1 на ток 0,5 А. Нагрузку или стабилизатор напряжения подключают к разъему X1, являющемуся выходом выпрямителя. Сила тока, потребляемого нагрузкой, может достигать 0,4...0,5 А при значительных пульсациях выпрямленного напряжения.
     Параметрический стабилизатор (рис. 85, б) состоит из резистора R1 и стабилитрона V5. Его вход подключают к выходу выпрямителя через разъем Х2, а нагрузку к выходу стабилизатора через разъем ХЗ. Выходное напряжение 9 В (зависит от напряжения стабилизации используемого стабилитрона), максимальный ток нагрузки — 15...20 мА.

Компенсационный стабилизатор (рис. 85, в) входным разъемом Х4 подсоединяют к выходу выпрямителя, а стабилизированное напряжение питания нагрузки снимают с выходного разъема Х5. Транзистор V6 — регулирующий элемент стабилизатора. Постоянное напряжение на его базу подается с параметрического стабилизатора R2V5. Балластный резистор R3 поддерживает рабочий режим регулирующего транзистора при отключенной нагрузке. Максимальный ток, потребляемый нагрузкой, может составлять 200 мА. Коэффициент стабилизации выходного напряжения около 30, выходное сопротивление не более 2 Ом.

Возможные конструкции выпрямителя и стабилизаторов напряжения (Разработаны В. Васильевым г. Москва), показаны на рис. 86. Стабилизаторы выполнены в виде сменных приставок к выпрямителю.

Рис. 85. Схемы выпрямителя и стабилизаторов напряжения блока питания транзисторной аппаратуры

Рис. 86. Конструкции выпрямителя и стабилизаторов напряжения

Ознакомьтесь с реальной схемой стабилизатора

Стабилизатор, схема которого приведена на рис. 87, с двумя фиксированными выходными напряжениями: при включении стабилитрона Д810 (V2) напряжение на входе стабилизатора будет 9 В, при включении стабилитрона Д814Д (V3) — 12 В. Резистор R1 и подсоединенный к нему (переключателем S2) стабилитрон образуют параметрический стабилизатор, создающий на базе управляющего транзистора V4 (относительно минусового проводника) положительное напряжение, соответствующее напряжению стабилизации включенного стабилитрона. Коллекторной нагрузкой этого транзистор; служит эмитерный  переход регулирующего транзистора V5. Нагрузка, подключенная к выходу стабилизатора, оказывается включенной в коллекторную цепь регулирующего транзистора. Диод  V6  и  V7 — элементы защиты от перегрузок.

Пока ток нагрузки не превышает 250...300 мА, диод V7 открыт и образует с резистором R3 делитель напряжения, обусловливающего момент срабатывания защиты. Диод V6 в это время закрыт и не влияет на работу стабилизатора.

Рис. 87. Схема стабилизатора напряжения с двумя фиксированными выходными напряжениями и защитой от перегрузок.

При коротком замыкании или чрезмерно большом потребляемом токе анодный вывод диода V7 оказывается соединенным с минусовым проводником через малое сопротивление нагрузки и диод закрывается. Диод же V6, наоборот, в это время открывается и шунтирует включенный стабилитрон. При этом оба транзистора закрываются и ток во внешней цепи падает до 20...30 мА.
Регулирующий транзистор V5 (П213, П214, П217) должен быть с теплоотводящим радиатором. Транзистор КТ315 можно заменить кремниевыми п-р-п транзисторами КТ301, КТ312, МП111 — МП11З с коэффициентом передачи тока 40...50, а диод Д223 —диодами Д20, Д206, Д226 с любыми буквенными индексами.

Налаживают этот стабилизатор так. К зажимам XI и Х2 подключают вольтметр постоянного тока и последовательно соединенные проволочный переменный резистор (он имитирует нагрузку) сопротивлением 400...500 Ом и миллиамперметр на ток 500 мА. Движок резистора устанавливают в положение наибольшего введенного сопротивления и подключают вход стабилизатора к выходу выпрямителя. Вольтметр должен показывать напряжение, соответствующее включенному стабилитрону, а миллиамперметр — ток, не превышающий 30 мА.

С уменьшением сопротивления переменного резистора ток через нагрузку должен увеличиваться, а напряжение на нем оставаться практически неизменным. При замыкании выводов переменного резистора должно резко уменьшиться выходное напряжение!— почти до нуля — и ток через нагрузку — до 20...30 мА.

После наладки стабилизатора надо подобрать резистор R3 такого сопротивления, чтобы система защиты срабатывала при токе нагрузки 250...300 мА.

Схемы выпрямителей, стабилизаторов и зарядных устройств для аккумуляторов зависят от конкретных требований.

В качестве примеров систем электропитания на рис.10.1-рис.10.7 приведены принципиальные схемы выпрямителей и стабилизаторов, на рис. 10.8 - схемы зарядных устройств для аккумуляторов.

Ниже представлено несколько вариантов стабилизированных источников питания, которые удачно сочетают в себе высокое (оптимальное) качество, простоту и низкую стоимость схемотехнической реализации. При этом данные устройства могут быть реализованы как на дискретных активных элементах - транзисторах, так и с использованием интегральных микросхем (ИС).

Для относительно простых устройств вполне достаточны стабилизаторы. обеспечивающие выходные токи в несколько десятков миллиампер. Для более сложных, например, имеющих в своем составе усилители мощности (для передатчиков - мощные оконечные каскады, для приемников - усилители низкой частоты с выходной мощностью более 0.1Вт) требуются стабилизаторы, рассчитанные на выходные токи 100 и более миллиампер.

От величин потребляемых токов (и мощности) зависят не только конструкции стабилизаторов, но и схемы выпрямителей и фильтров, типы и значения их элементов.

Силовой трансформатор, количество и типы выпрямительных диодов определяются схемой источника питания и токами потребления. Обычно в выпрямителях используют кремниевые диоды, для которых прямое напряжение составляет 0.6В. Конденсаторы фильтров обеспечивают сглаживание выпрямленных напряжений до допустимых уровней пульсации. Величину необходимой емкости конденсатора фильтра можно найти из следующих выражений. Для емкости конденсатора фильтра С при заданных величинах пульсации на выходе фильтра dU и токе нагрузке  Iнагр:

С = Iнагр/fdU - для однополупериодного выпрямления, С = Iнагр/2fdU - для двухполупериодного выпрямления.

На рис. 10.1 представлены схемы источников питания, использующие в своем составе понижающие трансформаторы, двухполупериодные диодные выпрямители, фильтры и стабилизаторы.

На рис. 10.2 (а,б) представлены схемы (уже ставшие классическими) последовательных стабилизаторов напряжений: положительных (а) и отрицательных (б). Схемы содержат: источники опорных напряжений - Dl, D2: проходные регулирующие транзисторы - Т1, ТЗ, токи через которые управляются усилителями рассогласования - Т2, Т4. Не инвертирующими входами этих усилителей являются эмиттеры, на которые подаются опорные напряжения, инвертирующими входами служат базы транзисторов, на которые подаются сигналы управления. Коллекторные нагрузки усилителей состоят из параллельных соединений коллекторных резисторов (для первого стабилизатора - R2, для второго - R7) и входных сопротивлений регулирующих транзисторов (для первого - Т1, для второго - ТЗ). Резисторы Rl, R6 задают начальные токи через стабилитроны. Сигналы регулирования (отрицательной обратной

Рис. 10.1. Схемы источников питания:

понижающие трансформаторы, выпрямители, фильтры и стабилизаторы.

Рис. 10.2. Схемы последовательных стабилизаторов напряжений:

положительных (а, в) и отрицательных (б, г);

а, б - без защиты от к.з., в, г - с защитой от к.з.

связи) транзисторами Т1, ТЗ для усиления транзисторами Т2, Т4 снимаются с делителей R3-R4-R5. R8-R9-R10. Вращением движков потенциометров R4. R9 можно менять стабилизированные выходные напряжения. При этом данные делители цепей отрицательных обратных связей - R3-R5, R8-R10 позволяют точно установить выходные напряжения стабилизаторов на заданных уровнях независимо от разбросов абсолютных значений опорных напряжений. Данные стабилизаторы имеют выходные напряжения Ucr большие, чем опорные Don:

UCT = Uon ¦(R3+R4+R5)/(R5+dR4)] - для первой схемы (а), UCT = Uon ((R8+R9+R10)/(R5+dR10)] - для второй схемы (б),  

где dR4 - нижняя по схеме часть резистора R4. dR10 - аналогично.

Если R3=0, R8=0 и движки переменных резисторов R4, R9 в крайних верхних положениях, то UCT. мин = Uon. Максимальные выходные стабилизированные напряжения Ucr. мах достигаются в нижних крайних положениях движков переменных резисторов R4, R9 и при R5=0. R10=0. Для обеспечения нормальной работы стабилизаторов UCT должно быть меньше входного нестабилизированного напряжения на 3-5В с учетом возможной нестабильности сетевого напряжения 220В/127В -обычно в пределах 10%. При выборе значений номиналов резисторов Rl, R2. R6. R7 необходимо учитывать, что оптимальный ток стабилитронов - 5-10ма. коэффициенты стабилизации в значительной степени зависят от коэффициентов усиления усилителей сигналов рассогласования (Т2. Т4), которые определяются токами через R2.R7, оптимально 1-2ма. Коэффициенты стабилизации зависят от углов поворота потенциометров R4. R9. поэтому, если не обеспечен запас по усилению усилителей рассогласования, невыгодно делать широкими пределы регулирования стабилизированного напряжения UCT. Обычно UCT. макс превышает напряжение стабилитрона не более чем в 2-3 раза.

Представленные схемы стабилизаторов не имеют защиты от перегрузок по току и коротких замыканий на выходе, что может в таких случаях привести к выходу из строя проходных регулирующих транзисторов - Т1. ТЗ. Для защиты стабилизаторов целесообразно дополнить их схемы цепями ограничения выходного тока.

На рис. 10.2 (в.г) представлены схемы последовательных стабилизаторов положительных и отрицательных напряжений с цепями ограничения выходного тока - защита от коротких замыканий (к.э.).

Цепи ограничения выходных токов состоят из транзисторов Т5. Rl 1 и Т6. R12. Работа данных цепей осуществляется следующим образом. Повышение выходного тока вызывает увеличение напряжения на резисторах R 11 и R 12, включенных последовательно с транзисторами Т 1, ТЗ. При достижении напряжения 0.7В открываются транзисторы Т5, Тб, в результате чего закрываются проходные регулирующие транзисторы - Т1, ТЗ. Таким образом токи через данные транзисторы - выходные токи стабилизаторов оказываются ограниченными. Значения резисторов R11 и R12 определяются из следующего выражения R11 = 0.7В/ 1вых1 [ом]. R12 = 0.7В/1вых2 [ом¦. При выходном токе стабилизатора100мА значение резистора (R11. R12) составляет примерно 7ом. Мощность такого резистора определяется из следующей формулы:

W= 1*1*R =0.1*0.1*7 ВТ =0.07 ВТ.

Как отмечалось выше. одним из важнейших параметров стабили >,а-торов являются коэффициенты стабилизации, которые в значительной степени зависят от коэффициентов усиления усилителей сигналов рассогласования. Однако получить большие коэффициенты усиления при использовании одиночных транзисторов не представляется реальным. Коэффициент стабилизации в этом случае обычно не превышает нескольких десятков.

Значительного увеличения коэффициентов стабилизации можно достичь применением в качестве усилителей рассогласования операционных усилителей (ОУ), коэффициенты усиления которых у современных ОУ составляют десятки тысяч. Коэффициенты стабилизации в этом случае могут достичь нескольких тысяч, а пульсации будут пренебрежительно малы. Обычно пульсации на выходе много меньше 1 мВ.

На рис, 10.3 представлены схемы последовательных стабилизаторов положительных и отрицательных напряжений с усилителями рассогласования на ОУ

Как и в случае предыдущих схем стабилизаторов с усилителями рассогласования на транзисторах, данные схемы стабилизаторов с ОУ (рис.10.З.а.б) могут быть дополнены цепями защиты от перегрузок по выходному току и от коротких замыканий на выходе стабилизаторов (рис. 10.3.в,г). Это позволяет защитить проходные регулирующие транзисторы - Т1, Т2 и защитить питаемые устройства от возможного опасного для них повышения напряжения их питания.

Схемы стабилизаторов рекомендуются для использования в источниках +15В, -15В. +5В, -5В. Однако,  могут быть успешны применяться и для стабилизации других напряжений.

Все представленные и описанные выше схемы стабилизаторов, как можно было заметить, рассчитаны на относительно низкие выходные токи – до100мА. Как правило, этого вполне достаточно для питания

Рис. 10.3. Схемы последовательных стабилизаторов напряжений на ОУ: положительных (а,в) и отрицательных (б,г);

а, б - без защиты от к.з.,  в, г - с защитой от к.з.

Рис.10.4. Схемы последовательных стабилизаторов напряжении повышенной мощности:

а, в - положительных, б, г - отрицательных;

а, б - без защиты от к.з., в, г - с защитой от к.з.

приведенных устройств. Однако в отдельных случаях может потребоваться повышенная мощность от источников питания. Увеличить выходные токи стабилизаторов - токи проходных регулирующих транзисторов не позволяют выходные токи усилителей рассогласования и недостаточные (относительно низкие) коэффициенты усиления В проходных транзисторов: выходной ток (ток нагрузки) 1вых и ток базы проходного транзистора 16 связаны через коэффициент усиления этого транзистора В следующим соотношением - 1вых = 16 * В, т.е. для проходного транзистора с типичным коэффициентом усиления В=50 при 1вых= 100мА ток базы данного транзистора 1б=2мА и должен быть обеспечен усилителем рассогласования. При 1вых=1А ток базы транзистора 1б=20мА. В случае применения описанных выше схем стабилизаторов такой ток не может быть обеспечен усилителем рассогласования.

Решить данную проблему увеличения выходных токов стабилизаторов приведенных структур можно применением в качестве проходных регулирующих транзисторов составных транзисторов.

На рис. 10.4. рис. 10.5 приведены схемы последовательных стабилизаторов повышенной мощности положительных и отрицательных напряжений с защитой от коротких замыканий и с использованием составных транзисторов.

Сравнивая эти варианты стабилизаторов с предыдущими необходимо заметить, что повышенный выходной ток требует внесение соответствующих изменений в предыдущие цепи источника питания. Для этих стабилизаторов требуются:

трансформатор повышенной мощности: диоды рассчитанные на напряжение не менее 50В и ток, соответствующий максимальному току стабилизаторов, при токе 1А это могут быть КД202, КЦ405. др. конденсаторы фильтров повышенной емкости. Емкость их рассчитывается из максимально допустимых значений пульсации dU на выходе фильтра (до стабилизаторов). При dU=2B - С=5000.0, при dU=5B - С=2000.0 и т.д. Учитывая значительные разбросы значений емкостей оксидных (электролитических) конденсаторов и уменьшение их емкостей со временем полученные значения емкостей конденсаторов фильтров целесообразно увеличить на 50%. Резисторы токовой защиты R11.R12 - 0.7ом (1вых.мах = 1А). Здесь как и ранее для облегчения сравнения схем стабилизаторов электронные компоненты, имеющие одинаковое функциональное назначение. имеют, как правило, одинаковую нумерацию.

Приведенные схемы стабилизаторов показывают, что высокое их качество достигается усложнением электронных схем. Значительного

Рис. 10.5. Схемы последовательных стабилизаторов напряжений повышенной мощности на ОУ:

а, в - положительных, б, г - отрицательных;

а, б - без защиты от к. з., в, г - с защитой от к.з.

упрощения конструкции можно достичь применением ИС стабилизаторов напряжений. При этом для интегральных стабилизаторов сохраняется принцип многофункциональности при минимальном числе внешних обслуживающих элементов. Особое внимание при проектировании уделяется запасу рассеиваемой мощности, допустимого напряжения и тока нагрузки, так как этими параметрами фактически и определяют возможности широкого применения интегральных стабилизаторов в аппаратуре.

Устройства с применением специализированных ИС отличаются надежностью, компактностью, простой конструкцией. Однако необходимо отметить, что высокие значения параметров таких как коэффициент пульсации и стабильность выходного напряжения, характерные для схем с использованием ОУ, трудно достижимы для широко доступных специализированных ИС стабилизаторов.

На рис. 10.6, рис. 10.7 представлены схемы стабилизаторов напряжений на специализированных ИС серии 142.

На рис. 10.6.а приведена схема стабилизатора напряжения на ИС КР142ЕН5А, обеспечивающая +5В при выходном токе до ЗА (с использованием радиатора). Для обеспечения устойчивости схемы используются конденсаторы С1 и С2 (танталовые - не менее 2.2, алюминиевые -не менее 10.0) подключаются не далее 70мм от ИС. Возможно использования данной ИС для получения отрицательного напряжения -5В В этом случае диодный мост и конденсатор фильтра не подключаются к общему проводу, к общему поводу подключается выход ИС - вместо вывода 8 ИС вывод 2.

Используя ИС серии КР142 можно сконструировать стабилизаторы напряжений на + 15В. На рис. 10.6.6 приведена схема стабилизатора напряжения на ИС КР 142ЕН8В, обеспечивающая +15В при выходном токе до 1.5 А (с использованием радиатора).

Так же, как и в случае КР142ЕН5А. на ИС КР142ЕН8В можно выполнить двухполярный стабилизатор на 15В. Однако в этом случае придется использовать два отдельных выпрямителя (с отдельными гальванически не связанными обмотками трансформатора) - один для стабилизатора положительного напряжения, другой -для отрицательного. Это, конечно, вызывает усложнение схемы источника питания и увеличение количества электронных компонентов.

Решить проблему создания двухполярного стабилизатора без усложнения схемы позволяет использование ИС К142ЕН6 (142ЕН6) - интегрального двухполярного стабилизатора напряжения с фиксированными выходными напряжениями.

Рис. 10.6. Схемы стабилизаторов напряжения:

а – на ИС КР142ЕН5А ( 5В, ЗА ), б – на ИС КР142ЕН8А (15В.1.5А).

На рис. 10.7 приведены схемы стабилизаторов напряжения на ИС К142ЕН6 (142ЕН6).

На рис. 10.7.а - схема, обеспечивающая +15В и -15В при выходном токе до 200мА, защита по току срабатывает при токе примерно 400-500мА. Конденсаторы С1-С6 используются для обеспечения устойчивости работы ИС: Cl, C2 - не менее 2.2 для танталовых и не менее 10.0 для алюминиевых оксидных конденсаторов, С5, С6 - 1.0 для танталовых и 10.0 для алюминиевых, монтаж их не далее 70мм от ИС. СЗ, С4 - керамические 0.001-0.2. Учитывая меньший ток нагрузки по сравнению с предыдущими схемами стабилизаторов в выпрямителе можно использовать диоды, рассчитанные на меньший ток и в фильтрах можно использовать конденсаторы емкостью 1000.0.

На рис. 10.7.6 представлена схема двухполярного стабилизатора напряжений на ИС К142ЕН6. позволяющая регулировать выходные напряжения в пределах от 5В до 15В по каждому выходу (напряжению). Рекомендованные типы и значения для элементов (рис. 10.1):

В выпрямителе источников питания можно использовать диоды на напряжение более 50В и ток, соответствующий максимальному току стабилизаторов: КД202. КЦ405, 2Д906А и др.,

С2=0.1-1.0мкФ.

При токе до 100мА (dU<2B) емкость конденсатора Cl- 500.0-1000.0. до 1А - 5000.0,

Рекомендованные типы и значения для элементов (рис. 10.2.а,б):

1. В выпрямителе источников питания можно использовать любые диоды рассчитанные на напряжение более 50В и ток, соответствующий максимальному току стабилизаторов:

КД202, КЦ405, 2Д906А и др.

2. Для маломощных 15-вольтовых стабилизаторов (ток до 100мА) +15В,-15В:

Tl -KT815,

ТЗ-КТ814;

Т2-КТ315.КТ3102,

Т4-КТ361.КТ3107:

Dl, D2 - стабилитроны на 8-10В: Д818, Д814А (Б,В), КС 191;

R1.R6 -820-1.6K(UHCT=25B,Uon=9B);

R2.R7 - 1.6к-2.4к(инст=25В);

R3.R8 -470-2к:

R4.R9 -Зк-5к.

R4.R10-470-2K.

Рис.10.7. Схемы 2-полярных стабилизаторов напряжения :

а – на ИС КР142ЕН6А( +15В, -15В, 200мА), б – на  ИС КР142ЕН6А (2 - от 5В до15В, 200мА).

3. Для маломощных 5-вольтовых стабилизаторов (ток до 100мА) +58, -5В:

Tl -KT815,

ТЗ -КТ814;

Т2-КТ315,КТ3102,

Т4-КТ361,КТ3107;

Dl, D2 - стабилитроны на 3.3-3.6В: КС133, КС136;

Rl, R6 - 820 -1.6к (UHCT=15B, Uon=3.3B);

R2, R7 - 1.6к-2.4к (UHCT=15B);

R3,R8 -240-810;

R4, R9 - 1к -Зк;

R4, RIO-240-810.

Рекомендованные типы и значения для элементов (рис. 10.2.в,г):

1. В дополнение к элементам предыдущих схем

Т5-КТ315,КТ3102,

Т6-КТ361,КТ3107;

Rll, R12 - 7ом (1вых.мах = 100мА).

Рекомендованные типы и значения для элементов:

(схемы стабилизаторов на ОУ без защиты, рис.10.3.а,б)

1. В выпрямителе источников питания можно использовать любые диоды рассчитанные на напряжение более 50В и ток, соответствующий максимальному току стабилизаторов: КД202,КЦ405,2Д906А и др.

2. Для маломощных 15-вольтовь1х стабилизаторов (ток до 100мА)

Tl -KT815,

ТЗ-КТ814,

Al, A2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7, К140УД9 - с цепями коррекции) Dl, D2 - стабилитроны на 8-10В: Д818, Д814А (Б,В), КС191;

R1, R6 - 560 -1.2к (UCT =15B, Uon=9B);

R2, R7 - 5к -Юк (UHcr=25B);

R3, R8 - 470 -2к;

R4, R9 - Зк -5к;

R5, R10 - 470 -2к;

3. Для маломощных 5-вольтовых стабилизаторов (ток до 100мА) Tl-KT815, ТЗ-КТ814;

Al, A2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7, К140УД9 - с цепями коррекции);

Dl, D2 - стабилитроны на 3.3В: КС133;

Rl, R6 - 160 -260 (Ucr = 5B, Uon=3.3B);

R2, R7 - 5к -10к (UHCT=20B);

R3, R8 - 240 -810;

R4, R9 - 1к -Зк;

R5, RIO - 240 -810.

Рекомендованные типы и значения для элементов:

(схемы стабилизаторов на ОУ с защитой, рис. 10.3. в,г)

1. В выпрямителе - диоды на напряжение более ЗОВ и ток, соответствующий максимальному току стабилизаторов:

КД202, КЦ405, 2Д906А и др.

2. Для маломощных 15-вольтовых стабилизаторов (ток до 100мА)

Т1-КТ815,

ТЗ - КТ814;

Al, A2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7, К140УД9 - с цепями коррекции);

Dl, D2 - стабилитроны на 8-10В: Д818, Д814А(Б,В), КС191;

Rl, R6 - 560 -1.2к (Ucr =15B, Uon=9B);

R3, R8 - 470 -2к;

R4, R9 - Зк -5к;

R4, R10 - 470 -2к;

Rll, R12 - 7ом (1вых.мах = 100мА);

3. Для маломощных 5-вольтовых стабилизаторов (ток до 100мА)

Tl -KT815,

ТЗ - КТ814;

Т2-КТ315,КТ3102,

Т4-КТ361,КТ3107;

Dl, D2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7, К140УД9 - с цепями коррекции);

Dl, D2 - стабилитроны на 3.3В: КС133;

Rl, R6 - 160 -260 (Ucr = 5B, Uon=3.3B);

R3.R8-240-810;

R4, R9 - 1к -Зк;

R4, R10-240-810;

Rll, R12 - 7ом (1вых.мах = 100мА).

Рекомендованные типы и значения для элементов:

(схемы стабилизаторов повышенной мощности:

без защиты • рис. 10.а,б, с защитой - рис. 10.4.в,г) 1. В выпрямителе: конденсаторы фильтров - 3000.0-5000.0 (dU=3B), диоды (напряжение не менее 50В) - КД202, КЦ405 и др.

2. Для 15-вольтовь1х стабилизаторов (ток до 1А):

Т7 - КТ815,

Т8-КТ814;

Т2,Т5-КТ315,КТ3102,

Т4,Т6-КТ361,КТ3107;

Т1-КТ503,

Т8 - КТ502;

Dl, D2 - стабилитроны на 8-10В: Д818, Д814А (Б,В), КС191;

Rl, R6 - 820 -1.6к (UHCT=27B, Uon=9B);

R2, R7 - 1.бк-2.4к (UHCT=27B);

R3, R8 - 470 -2к;

R4, R9 - Зк -5к;

R5, R10 - 470 -2к;

Rll, R12 - 0.7ом (1вых.мах = 1А);

R13, R14 - 470 -1к;

3. Для 5-вольтовых стабилизаторов (ток до 1А):

Т7-КТ815,

Т8-КТ814;

Т2,Т5-КТ315,КТ3102,

Т4,Т6-КТЗб1,КТ3107;

Т1 - КТ503,

Т8 - КТ502;

Dl, D2 - стабилитроны на 3.3-3.6В: КС133.КС136;

Rl, R6 - 820 -1.6к (UHcr=17B, Uon=3.3B);

R2, R7 - 1.бк-2.4к (UHCT=17B);

R3,R8-240-810;

R4, R9 - 1к -Зк;

R5, R10 - 240 -810;

Rll, R12 - 0.7ом (1вых.мах = 1А);

R13, R14-470-1к.

Рекомендованные типы и значения для элементов:

(схемы стабилизаторов повышенной мощности на ОУ:

без защиты - рис. 10.5.а,б, с защитой - рис. 10.5.в,г)

1. В выпрямителе: конденсаторы фильтров - 3000.0-5000.0 (dU=3B), диоды (напряжение не менее 50В) - КД202, КЦ405 и др.

2. Для 15-вольтовых стабилизаторов (ток до 1А):

Т7-КТ815, Т8 - КТ814;

Т5 -КТ315,КТ3102,

Рис. 10.8. Схемы зарядных устройств для аккумуляторов.

Т6 -КТ361,КТ3107;

Tl -KT503.

ТЗ -КТ502:

Al, A2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7, К140УД9 - с коррекцией);

Dl. D2 - стабилитроны на 8-10В: Д818, Д814А (Б,В), КС191;

Rl, R6 - 560 -1.2к (Ucr=15B, Uon=9B);

R3,R8 -470-2к;

R4,R9 -Зк-5к.

R5.R10-470-2K:

Rll, R12 - 0.7ом (1вых.мах = 1А);

R13.R14-470-1K;

3. Для 5-вольтовых стабилизаторов (ток до 1А>-

Т7 -КТ815,

Т8 -КТ814;

Т5 -КТ315,КТ3102,

Т6 -КТ361.КТ3107;

Tl -KT503,

ТЗ -КТ502;

А1.А2 - К140УД6, К140УД8

(К140УД7,К140УД9-с коррекцией);

Dl. D2 - стабилитроны на 3.3В: КС133;

Rl, R6 - 160 -260 (Ucr=5B, Uon=3.3B);

R3.R8 -240-810;

R4, R9 - 1к -Зк;

R5,R10 -240-810;

Rll,R12 -0.7ом (1вых.мах= 1А);

R13.R14 -470-lK.

Некоторые устройства требуют автономных источников питания. В этом случае целесообразно использовать аккумуляторы. На рис. 10.8 представлены схемы зарядных устройств.

Для схемы на рис. 10.8.а:

F1 - предохранитель на 160-500мА;

R1=150-200, Р2=430к-510к, R3=180-240, R4=68-82;

С1=0.68(К73-17-400ит.п.);

D1-D4 - диодный мост или 4 одиночных диода, рассчитанных на обратное напряжение не менее 350В, например, КЦ405В, КД105Б, КД105В и др.; D5 - светодиод, например, АЛ305АМ. Для схемы на рис. 10.8.6:

Величины резисторов R1-R3, напряжение стабилизации стабилитрона D2, ток заряда аккумуляторов и напряжение питания U, подаваемое на схему от фильтра выпрямителя или другого источника питания, связаны друг с другом. Рекомендуемый ток через стабилитрон - 10-15мА, ток заряда определяется как величиной напряжения на стабилитроне, так и номиналами резисторов R2 и R3. Примеры приведены ниже в таблицах.

Точную подстройку тока заряда аккумуляторов целесообразно осуществлять резистором R3.

Остальные элементы данной схемы:

Т1 - КТ815Б (КТ807Б, КТ805АМ и т.п.); Dl, D4 - АЛ102Б (А,В,А,Б - светодиоды красного цвета, В - зеленого); D3 - КД522А (Б).

Транзистор необходимо крепить на радиаторе.

Для схемы на рис. 10.8.В:

Отличие данной схемы от предыдущей заключается в установке тока через стабилитрон D2 с помощью генератора тока на полевом транзисторе Т2. Это позволяет значительно расширить диапазон входных напряжений для данного зарядного устройства. Для четырех элементов, суммарное напряжение которых составляет около 6 В, зарядный ток практически не меняется, если напряжение от выпрямителя меняется от 40 до 12 В. Изменение тока заряда в этом случае остается в пределах 3%. Надо отметить, что это позволяет уменьшить емкости конденсаторов фильтров. Верхняя граница диапазона изменения входного напряжения ограничивается предельным значением Сэк используемого полевого транзистора.

Регулировка тока осуществляется резистором R1.

Рекомендуемый ток через стабилитрон - 7-15мА.

Полевой транзистор Т1 - КПЗОЗЕ (Г), КП307Г (Д), КП302А (Б) и т.п.

Приведенные зарядные устройства могут успешно использоваться для зарядки аккумуляторов, используемых в различных радиоустройствах, например, никель-кадмиевых аккумуляторов для портативных аудио плейеров.

К самостоятельной работе по темам «Элекутромагнетизм» и «Трансформаторы».

В данной работе необходимо провести расчёт трансформатора напряжения средней или малой мощности по заданию преподавателя  для успешного выполнения задания вам необходимо ознакомится с примером  расчёта трансформатора. Расчёт носит несколько упрощённый характер, но позволяет спроектировать рабочий трансформатор вполне надёжный и отвечающий требованиям эксплуатационников. Такие трансформаторы вполне по силам изготовить самостоятельно. Если возникает необходимость, простой расчёт вас выручит.

История создания трансформатора

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (80-е).

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей. В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.        Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).^[4]

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.^]

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.^[5]

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение - преобразования и гальваническая развязка высокого напряжения в низкое в измерительных цепях. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

                   Виды трансформаторов напряжения

·            Заземляемый трансформатор напряжения — однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть наглухо заземлён, или трёхфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть наглухо заземлена.

·            Не заземляемый трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения.

·            Каскадный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединённых секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток.

·            Ёмкостный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, содержащий ёмкостный делитель.

·            Двухобмоточный трансформатор — трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку напряжения.

·            Трёхобмоточный трансформатор напряжения — трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.

Диагностика причин неисправности

Расчет трансформатора
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U₂) и максимальный ток нагрузки (I_н), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

1. Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:

I₂ = 1,5 I_н,

  где: I₂ - ток через обмотку II трансформатора, А;
I_н - максимальный ток нагрузки, А.

2. Определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

P₂ = U₂ I₂,

  где: P₂ - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;
U₂ - напряжение на вторичной обмотке, В;
I₂ - максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

3. Подсчитывают мощность трансформатора:

P_тр = 1,25 P₂,

  где: P_тр - мощность трансформатора, Вт;
P₂ - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.

Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.

4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:

I₁ = P_тр / U₁,

  где: I₁ - ток через обмотку I, А;
Р_тр - подсчитанная мощность трансформатора, Вт;
U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:

S = 1,3 P_тр,

  где: S - сечение сердечника магнитопровода, см2;
Р_тр - мощность трансформатора, Вт.

6. Определяют число витков первичной (сетевой) обмотки:

w₁ = 50 U₁ / S,

  где: w₁ - число витков обмотки;
U₁ - напряжение на первичной обмотке, В;
S - сечение сердечника магнитопровода, см2.

7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:

w₂ = 55 U₂ / S,

  где: w₂ - число витков вторичной обмотки;
U₂ - напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение сердечника магнитопровода, см2.

8. Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора:

d = 0,02 I,

  где: d-диаметр провода, мм;
I-ток через обмотку, мА.

Диаметр провода обмотки можно также определить по табл. 1.

После этого можно приступить к подбору подходящего трансформаторного железа и провода, изготовлению каркаса и, наконец, выполнению обмоток. Но Ш-образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверить, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора, т. е. разместится ли провод на каркасе трансформатора. Для этого достаточно подсчитанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 - получится необходимая площадь окна, выраженная в мм². Если в подобранных пластинах она больше или равна вычисленной, железо можно использовать для трансформатора.

При выборе сердечника магнитопровода нужно также учитывать и то обстоятельство, что отношение ширины сердечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1...2.

В качестве трансформаторов питания радиолюбители часто используют унифицированные выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров (трансформаторы ТВК). Промышленность выпускает несколько видов таких трансформаторов, и каждый из них при работе с выпрямителем, выполненным по мостовой схеме, позволяет получить на нагрузке вполне определенные напряжения в зависимости от потребляемого ею тока. Эти параметры сведены в табл. 2, которая поможет в выборе трансформатора ТВК для того или иного блока питания.

Табл. 2

Методика расчета сетевого трансформатора

Целью расчета является получение заданных выходных параметров трансформатора (для сети с частотой 50 Гц) при его минимальных габаритах и массе.

Расчет трансформатора целесообразно начать с выбора магнитопровода, т. е. определения его конфигурации и геометрических размеров.

Наиболее широко распространены три вида конструкции магнитопроводов, приведенные на рис. 7.17.

Рис. 7.17. Конструкции магнитопроводов трансформаторов: а) броневого пластинчатого; б) броневого ленточного; в) кольцевого ленточного

Для малых мощностей, от единиц до десятков Вт, наиболее удобны броневые трансформаторы. Они имеют один каркас с обмотками и просты в изготовлении.

Трансформатор с кольцевым сердечником (торроидальный) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, торроидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

- напряжение первичной обмотки Ui;

- напряжение вторичной обмотки Uz;

- ток вторичной обмотки l2;

- мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых).

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

Размеры магнитопровода выбранной конструкции, необходимые для получения от трансформаторов заданной мощности, могут быть найдены на основании выражения:

,где:

Sст- сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;

Sок - площадь окна в магнитопроводе;

Вмах- магнитная индукция, см. табл. 7.5;

J - плотность тока, см. табл. 7.6;

Кок - коэффициент заполнения окна, см. табл. 7.7;

Кст - коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл. 7.8;

Величины электромагнитных нагрузок Вмах и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц 7.5 и 7.6.

Таблица 7.5

Таблица 7.6

Коэффициент заполнения окна Кок приведен в таблице 7.7 для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией.

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью Кст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода (пластинчатая, ленточная) и способа изоляции пластин или лент друг от друга. Величина коэффициента Кст для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 7.8

Таблица 7.7

Таблица 7.8

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.

2. Коэффициент заполнения для ленточных магнитопроводов указаны при изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.

Определив величину Sст*Sок, можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.

Величину номинального тока первичной обмотки находим по формуле:

,где величина  и COS  трансформатора, входящие в выражение, зависят от мощности трансформатора и могут быть ориентировочно определены по таблице 7.9.

Таблица 7.9

Токи вторичных обмоток обычно заданы. Теперь можно определить диаметр проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции. Сечение провода в обмотке: Snp = I/J, диаметр

Определяем число витков в обмотках трансформатора:

,где n - номер обмотки,

U - падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах от номинального значения, см. таблицы 7.10 и 7.11. Следует отметить, что данные для -U, приведенные в таблице 7.10, для многообмоточных трансформаторов требуют уточнения. Рекомендуется принимать значения U для обмоток, расположенных непосредственно на первичной обмотке на 10...20% меньше, а для наружных обмоток на 10...20% больше указанных в таблице.

В торроидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами. Это следует учитывать при определении числа витков обмоток - значения U берутся из таблицы 7.11.

Таблица 7.10

Таблица 7.11

ПРИМЕР РАСЧЕТА СЕТЕВОГО ТОРРОИДАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Исходные данные:

Входное напряжение U1 = 220 В

Выходное напряжение U2 = 22 В

Максимальный ток нагрузки I2 = 10 А

Мощность вторичной цепи определяем из формулы:

P2 = U2 * l2 =220 Вт

Имеется кольцевой ленточный магнитопровод с размерами: в = 4 см, с = 7,5 см, а = 2 см (рис. 7.17в).

Sок =R2 =3,143,752 =44,1 кв. см ; Sст =ав=24 =8 кв. см

Воспользовавшись формулой мощности и таблицами, определяем, какую максимальную мощность можно снять сданного магнитопровода:

Расчетная величина превышает необходимую по исходным данным (Р2 = 220 Вт), что позволяет применить данный магнитопровод для намотки нужного трансформатора, но если требуются минимальные габариты трансформатора, то железо магнитопровода можно взять меньших размеров (или снять часть ленты), в соответствии с расчетом.

Номинальный ток первичной обмотки:

Сечение провода в обмотках:

Диаметр провода в обмотках:

Выбираем ближайшие диаметры провода из ряда стандартных размеров, выпускаемых промышленностью, - 0,64 и 2 мм, типа ПЭВ или ПЭЛ.

Число витков в обмотках трансформатора:

Скачано с www.znanio.ru