Пример выполнения курсовой работы по модулю Преобразовательная т. Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

• Название: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
• Дата: 09.06.2021
• Размер: 437.99 Kb.
• Имя файла: Пример выполнения курсовой работы по модулю Преобразовательная т.docx
• Тип: Документы; #215848
• страница: 3 из 3

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1 Аналитический расчет полупроводниковых элементов преобразователя. Выбор отечественной элементной базы 1

1.1 Описание работы схемы 1

1.2 Исходные данные 4

1.3 Определение коммутационных параметров 4

1.4 Определение параметров фильтра 4

1.5 Выбор компонентов 4

ГЛАВА 2 Конструктивный расчет дросселя фильтра 5

ЗаКЛЮЧЕНИЕ 5

Список использованных источников 6

ГЛАВА 1 Аналитический расчет полупроводниковых элементов преобразователя. Выбор отечественной элементной базы

1.1 Описание работы схемы

Понижающий преобразователь постоянного напряжения (рис. 1) осуществляет передачу мощности от первичного источника питания к нагрузке с понижением напряжения и высоким КПД.



Рисунок 1 – ППН без фильтра

Работа преобразователя основана на высокочастотной коммутации нагрузки, т.е. в течение определенного периода времени источник питания передает мощность к нагрузке, а затем отключается.

На рисунке 2 представлена временная диаграмма напряжения на нагрузке при отсутствии фильтра.



Рисунок 2 - Временная диаграмма напряжения на нагрузке при отсутствии фильтра

Видно, что напряжение нагрузки пульсирует, с амплитудой, равной напряжению источника. Среднее за период напряжение - есть напряжение нагрузки. Чтобы снизить пульсации напряжения устанавливаются LC-фильтры. Временная диаграмма тока дросселя представлена на рисунке 3.



Рисунок 3 – Временная диаграмма тока дросселя

Видно, что можно выделить две фазы работы ППН в течение периода переключений: фаза, в которой источник подключен, и фаза, в которой источник отключен. В первой фазе происходит накопление энергии в индуктивности фильтра (дросселя) и ток через нее возрастает. Ток течет по следующему контуру: «источник питания – транзистор– индуктивность – нагрузка» Во второй фазе, согласно первому закону коммутации, ток через индуктивность мгновенно до нуля измениться не может, поэтому ток через нагрузку продолжает течь, замыкаясь по цепи «индуктивность-нагрузка-диод». Таким образом, в данной схеме дроссель обеспечивает снижение пульсаций токов нагрузки. Наименьшие пульсации тока достигаются в режиме безразрывности токов дросселя, т.е. в таком режиме, при котором ток дросселя не снижается до нуля.



Рисунок 4 – ППН с фильтром

Для защиты силового транзистора от перенапряжений, вызываемых паразитной индуктивностью проводов, параллельно источнику питания как можно ближе к транзистору, в маломощных ППН устанавливается конденсатор, который снижает перенапряжения, воздействующие на транзистор.

Среднее значение напряжения определяется отношением длительности первой фазы работы ППН к длительности периода, которая называется коэффициентом заполнения:

(1)

где - коэффициент заполнения, - длительность первой фазы, т.е. длительность времени подключения источника. Т – период коммутации, - рабочая частота схемы.

Это значит, что управляя длительностью включенного состояния транзистора, т.е. изменяя коэффициент заполнения, можно управлять напряжением на выходе схемы.

Расчет элементов схемы ППН можно производить в следующей последовательности:

1) Определение исходных данных: напряжение источника питания Е,В, напряжение нагрузки U,В, сопротивление нагрузки R,Ом.

2) Определение коммутационных параметров: частоты переключений, коэффициента заполнения.

3) Определение параметров фильтра, коэффициента сглаживания, индуктивности дросселя, емкости конденсатора.

4) Выбор элементов схемы: транзистора, диода, дросселя, конденсатора.

1.2 Исходные данные

Вариант №1: E=27 B, U_н=10 В, R_н=36 Ом, L_н=2 мГн, P_н = 2,8 Вт, f=10000Гц.

1.3 Определение коммутационных параметров

Частота переключений выбирается такой, чтобы габариты фильтра не были чересчур завышены, и при этом чтобы она не превышала номинальную частоту работы транзистора и диода. Примем частоту коммутаций равной 10 кГц, согласно заданию.

Номинальный коэффициент заполнения определяем по формуле:

(2)



Длительность включенного состояния транзистора за период:

(3)

c

1.4 Определение параметров фильтра

Минимальную величину индуктивности удобно определить по величине сопротивления нагрузки:

(4)



Гн

Принимаем L=1,5 мГн. Примем коэффициент сглаживания q= 30.

Емкость фильтра должна отвечать следующему условию:

(5)



Ф

Емкость входного конденсатора примем 100 мкФ.

1.5 Выбор компонентов

Средний ток нагрузки по закону Ома:

, (6)



Средний ток через транзистор (в режиме, граничащем с режимом разрывных токов):

(7)

А

Таблица 1 – Каталожные данные транзистора

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора
	КП507А
В	В
А	А
Гц	МГц
Дополнительная информация: Ом; Вт.

Средний ток через диод:

(8)

А
Таблица 2 – Каталожные данные диода

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора
	КД293В
В	В
А	А
Гц	МГц
Дополнительная информация: В.

Таблица 3 – Каталожные данные конденсатора входного фильтра

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора
	К50-35
В	В
мкФ	мкФ

Таблица 4 – Каталожные данные конденсатора выходного фильтра

Расчётные данные	Каталожные данные	Условия выбора
	К50-35
В	В
мкФ	мкФ

ГЛАВА 2 Конструктивный расчет дросселя фильтра

Объем, занимаемый ферромагнетиком:

; (9)

= 1000, Вт/(см² ),

.

Т.к. частота работы электрического ключа 10 кГц, то выбираем ферритовый магнитопровод Ш7х7 II из феррита марки M2000НМ-9 с эффективным объемом сердечника 3,894 см³ [1]. Т.е. магнитопровод подходит по тепловому условию.

Длина средней силовой линии сердечника:

L_e=62,86 мм;

Эффективное сечение:

А_е=61,95 мм².

Величина зазора:

; (10)

.

Магнитная постоянная:

; (11)

.

Число витков обмотки определим по формуле:

; (12)

;

.

Выбор поперечного сечения проводника:

; (13)

.

Диаметр медного провода рассчитаем по формуле:

; (14)

.

Выбираем ближайший номинальный диаметр провода 0,265 мм, при этом диаметр провода вместе с эмалевой изоляцией di будет равен 0,31 мм.

(15)



(16)

- высота окна магнитопровода.



Для любого дросселя должно выполняться проверочное условие:

, (17)

где значение максимальной индукции определяется по величине индукции насыщения Вт материала из соотношения:

; (18)

,

следовательно:

0,195 Тл < 0,225 Тл, что соответствует условию.

ЗаКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе рассмотрены принципы работы понижающего преобразователя напряжения и методика его проектирования. В процессе выполнения работы были определены параметры силовой схемы преобразователя и были выбраны компоненты схемы.

Список использованных источников

1. Гельман, М.В. Преобразовательная техника: учебное пособие / М.В. Гельман, М.М. Дудкин, К.А. Преображенский. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 425 с.

2. Семенов, Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов / Б.Ю. Семенов. - М.: Издательство «СОЛОН-Р», 2001.- 327 с.

3. Полуянович, Н.К. Силовая электроника: учебное пособие / Н.К. Полуянович. - Таганрог.: Издательство ТРТУ, 2005. - 204 с.

4. Электролитические конденсаторы [Электронный ресурс] // static.chipdip.ru: Электролитические конденсаторы. – М., 2001. – Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/235/DOC000235479.pdf

5. Диоды Шоттки [Электронный ресурс] // chipinfo.pro: Диоды Шоттки КД293, КД294, КД295, КД296. – М., 2003. – Режим доступа: https://chipinfo.pro/datasheets/diodes/kd293-296.pdf

6. P-канальный моп транзистор [Электронный ресурс] // radioman-portal.ru: P-канальный моп транзистор. – М., 2005. - Режим доступа: http://www.radioman-portal.ru/sprav/pp/transisters/mosfet/kp507.pdf