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 №

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 U_вх1, I_вх1, 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 U_вх2, I_вх2, 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 (U_вх1).

8. Начертить на листе формата А3 принципиальную электрическую схему спроектированного источника питания. Привести спецификацию элементов схемы.

Таблица 1

Исходные данные

по последней цифре шифра

U_d₁, В				-12	-15
I_d₁, А	2,5		1,3	1,1	0,8		0,6	0,5	1,2
U_d₂, В									-36	-48
I_d₂, 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

К_п1, % (U_d₁)	0,25	0,2	0,3	0,4	0,35	0,8	0,7	0,6	0,45	0,5
К_п2, % (U_d₂)		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
U_d₃, В					- 50	- 80	- 100
I_d₃, А					0,25	0,15	0,1	0,1	0,08	0,05
К_п3, % (U_d₃)

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 U_d и тока I_d;

· коэффициент пульсаций К_п - отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к среднему значению напряжения (постоянной составляющей).

· внешняя характеристика - зависимость напряжения в нагрузке от тока нагрузки U_d = f(I_d);

· коэффициент полезного действия h.

Расчёт схемы источника питания производится «от нагрузки», то есть сначала рассчитывают стабилизаторы, затем выпрямители и трансформатор.