| CATEGORII DOCUMENTE |
| Aeronautica | Comunicatii | Electronica electricitate | Merceologie | Tehnica mecanica |
Surse de alimentare
Majoritatea circuitelor si aparatelor electronice necesita pentru a functiona surse de alimentare de curent continuu. Aceasta energie se obtine in mod obisnuit de la baterii sau de la retea prin redresarea, filtrarea si stabilizarea tensiunii alternative. Indiferent de tipul sursei, aceasta trebuie sa alimenteze consumatorul cu o tensiune si un curent de o anumita valoare, valoare care trebuie sa fie mentinuta intre anumite limite, determinate de functionarea corecta a circuitului sau aparatului respectiv.
Reteaua publica de alimentare cu energie electrica este de curent alternativ monofazat cu frecventa de 50 Hz si valoarea tensiunii de 220V.
Pentru a obtine tensiuni de curent continuu necesare alimentarii aparatului trebuie folosit un bloc de alimentare care sa realizeze transformarea tensiunii alternative de 220V pe 50Hz intr-o tensiune mai mica, continua, filtrata si stabilizata la valoarea impusa de consumator.
In aceste conditii blocul de alimentare va fi compus din urmatoarele elemente:
- transformator
- redresor
- filtru de netezire
- stabilizator de tensiune
filtru ceramic antioscilatie
Fig. 4.1.1. Schema bloc a sursei principalei de alimentare
Proiectarea transformatorului de retea
Transformatorul electric functioneaza pe principiul inductiei electromagnetice asigurand o separare galvanica intre retea si consumator.
El reprezinta un ansamblu de bobine (infasurari) cuplate magnetic. Pentru a se realiza un cuplaj magnetic stras, cele doua infasurari sunt asezate pe un miez magnetic comun. Pe miezul magnetic sunt infasurate N1 spire reprezentand infasurarea primara si N2 spire reprezentand infasurarea secundara.
Rolul transformatorului este de a transmite energia electromagnetica din circuitul primar in circuitul secundar, modificand parametrii ce caracterizeaza aceasta energie (tensiunea si intensitatea curentului de la bornele secundarului vor avea valori diferite de cele ale tensiunii si intensitatii curentului de la bornele primarului).
In proiectarea transformatorului de retea se pleaca de la cerintele de proiectare si anume: asigurarea in secundarul transformatorului a unei tensiuni Us (in cazul nostru otensiune de 25V) si a unui curent minim impus (in cazul nostru Is=1,4A), 24Vcc pentru MPP si tot de aici voi obtine prin stabilizare celelalte tensiuni necesare aplicatiei adica 12Vcc si 5Vcc .
Pentru a exprima cantitativ legea de baza a transformatoarelor, vom nota cu N1, U1, I1, respectiv N2, U2, I2, numarul de spire, tensiunea si curentul din infasurarea primara, respectiv secundara ale transformatorului de retea.
Experienta arata ca raportul dintre numarul de spire din primar si din secundar este egal cu raportul dintre tensiunile respective U1 si U2. Deci:
=raportul de transformare (4.1)
Daca am neglija pierderile de energie din transformator, raportul dintre curentul in primar si cel din secundar ar fi egal cu inversul raportului de transformare:
(4.2)
Randamentul transformatorului depinde de numerosi factori, printre care se numara calitatea si geometria miezului utilizat, forma si dimensiunile infasurarilor, diametrul conductoarelor folosite, etc.
In marea majoritate a situatiilor practice, cand se folosesc miezuri de forma E+I din tole de fier-siliciu, se poate lua in calcule un randament:
h
Asta inseamna ca daca dorim sa obtinem in circuitul secundar o putere P2 va trebui sa furnizam primarului o putere P1 mai mare:
P1=P2/h; Deci:P1=1.25*P2 (4.3)
In aceasta relatie figureaza puterea aparenta: P=U*I. In cazul nostru, cand in secundar avem doua infasurari care trebuie saa debiteze fiecare tensiunea maxima U2=25V si curentul maxim I2=1,5A, puterea unui secundar este:
Sn= P2=U2*I2=25[V]*1,5[A] =37.5[VA] (4.4)
Puterea maxima absorbita de primar va fi:
P1= 1.25*2*37.5=93.75[VA] (4.5)
Calculul miezului transformatorului
Pentru alcatuirea miezului transformatorului, cel mai frecvent se folosesc tole de tipul E+I.
Sectiunea coloanei, Sc, se obtine inmultind grosimea c a pachetului de tole cu latimea b a benzii centrale din tola E.
Se exprima b si c in centimetri si deci Sc va rezulta in cm2. Cunoasterea sectiunii este obligatorie, deoarece puterea maxima pe care o transfera un transformator este dependenta de sectiunea miezului. Pentru materialele feromagnetice obisnuite, aceasta dependenta se poate exprima prin relatia aproximativa:
Sc = (P1)1/2; unde Sc se ia in cm2, iar P1 in VA.
Atunci cand miezul magnetic este realizat din tole de calitate inferioara, vom avea:
Sc' = (1.1 1.6) * Sc
In cazul nostru, consideram tolele confectionate din material feromagnetic obisnuit, si luam totusi un coeficient de siguranta de 1.1. Vom avea:
Sc=1.1*(93.75)1/2=1.1*9.68=10.64 cm2. (4.6)
In functie de latimea b a benzii centrale a tolei E se poate calcula acum grosimea c a pachetului de tole.
Se va cauta totusi ca forma sectiunii Sc sa fie aproape patrata, deoarece in acest caz lungimea unei spire va fi minima pentru sectiunea data, ducand astfel la destul de importante economii de conductor.
Sc= kfe*b*c= kfe*b*b; va rezulta b= 
3.34 cm (4.7)
Sc= kfe*b*b= 0.95*3.34*3.34=10.6 cm2 (4.8)
Sectiunea jugului Sj= 1/2*Sc= 10.6/2= 5.3 cm2. (4.9)
Inaltimea coloanei Lc= 
= 
= 4.9 cm (4.10)
e1= 4.44*f*Sc*Bc= 4.44*50*10.64*1/10000= 0.2362V; A= 80A/m; Bc= 1T;
A este patura de curent, iar Bc este inductia in coloana.
Calculul infasurarilor
E1= U1-
= 220-
= 209 V;
∆u= 5%; (4.11)
E2= U2+
= 25+
= 26.25 V (4.12)
Numarul de spire:
- in primar n1=E1/e1= 209/0.2362= 884.8= 900 spire; (4.13)
- in secundar n2= E2/e2= 26.25/0.2362= 111.1= 112 spire; (4.14)
Fluxul
magnetic util: j=
= 
= 1.04 mWb (4.15)
Inductia magnetica in coloana: Bc'= j/Sc= 1.04*10-3/10.6*10-4= 0.98T; (4.16)
Curentii nominali in transformator:
I1= 
= 
= 473.4mA; (4.17)
I2= 
=
= 1.5A; (4.18)
Sectiunea conductoarelor:
- in primar sn1= I1/J1= 0.4734/2= 0.23mm2; Aleg un conductor cu sectiunea sn1 =0.24 mm2 si diametrul d1= 0.55 mm;
- in secundar sn2= I2/J1= 1.5/2= 0.75mm2; Aleg un conductor avand sectiunea sn2= 0.785mm2 si diametrul d2= 1 mm.
Cu acestea valori se recalculeaza densitatile de curent:
J1=I1/sn1= 0.4734/ 0.238= 1.98 A/ mm2; (4.19)
J2= I2/sn2= 1.5/ 0.785= 1.91 A/ mm2; (4.20)
Dimensionarea infasurarilor:
- Inaltimea bobinei Hb= Lc- 3mm= 4.6 cm; (4.21)
- numarul de spire pe un strat:
- in primar nss1= Hb/ d1= 46/ 0.55= 83.6 sp./ strat; (4.22)
- in secundar nss2= Hb/ d2= 46/ 1= 46 sp./ strat; (4.23)
- numarul de straturi
- in primar ns1= n1/ nss1= 900/ 83.6= 10.76 straturi; (4.24)
- in secundar ns2= n2/ nss2= 112/ 46= 2.43 straturi; (4.25)
Grosimea bobinei:
a1= ns1*d1= 10.76*0.55= 5.91mm; (4.26)
a2= ns2*d2= 2.43*1= 2.43mm; (4.27)
Latimea ferestrei:
T= 1+2+a1+a2+3= 1+2+5.91+2.43+3=14.34 mm. (4.28)
Calculul pierderilor si curentului de mers in gol
Calculam mai intai rezistentele infasurarilor:
R1= r C*
= 0.0246*
= 15.34W
R2= r C*
= 0.0246*
= 0.7W (4.30)
lmed1= 2*(0.5+b+b+2a1)= 2*(0.5+3.34+3.34+2*5.91)= 16.5 cm
lmed2= 2*(0.5+b+b+4a1+2a2)= 2*(0.5+3.34+3.34+4*5.91+2*2.43)= 20 cm (4.31)
Pierderile in infasurari
Pw1= m1*I12*R1= 1*0.22*15.34 = 3.37 W (4.32)
Pw2= m2*R2*I22= 2.25*0.7=1.57 W (4.33)
Pk= Pw1+Pw2= 4.94 W (4.34)
Masa conductoarelor infasurarilor
Gw1= gcu*sn1*n1*lmed1= 8.9*10-3*0.23*10-2*900*16.5= 0.3 Kg (4.35)
Gw2= gcu*sn2*n2*lmed2= 8.9*10-3*0.785*10-2*112*20= 0.1 Kg (4.36)
Masa neta a fierului:
Gfec= Sc*Lc*gfe= 10.6*4.9*7.65*10-3= 0.39Kg (4.37)
Gfej= 2Sj*(Lc+Lj)*gfe=2*5.3*(4.9+9.48) *7.65*10-3= 1.16 Kg (4.38)
Lj= 2*(b+T)= 2*(3.34+1.4)= 9.48 cm
Pfe=kp*P10/50*(f/50)1.3*(Bc2*Gfec+Bj2*Gfej)=1.03*2.3*(50/50)1.3*(1*0.39+1*1.16)= =3.67W
=
= 0.89 (4.39)
Curentul de mers in gol
I0a= Pfe/m*U1f= 3.67/220= 16.6 mA (4.40)
I0r=
= 
=76 mA (4.41)
I10= 
=77.7 mA (4.42)
Redresorul
Este blocul care asigura separarea alternantelor pozitive si negative din tensiunea alternativa de la intrare, asigurand la iesire o tensiune cu aceeasi polaritate.
Fluctuatiile de tensiune sunt relativ mari si variaza in functie de tipul de redresor folosit.
Redresoarele sunt de mai multe tipuri, dintre care:
monoalternanta
bialternanta
cu sarcina rezistiva
cu sarcina RC
In lucrarea practica realizata am optat pentru redresorul bialternanta in punte care
va fi tratat in continuare.
Parametrii ce caracterizeaza circuitul sunt:
valoarea medie a tensiunii Ui=0;
valoarea efectiva a tensiunii Ui
va fi Uef =
(4.43)
Stiind ca tensiunea alternativa se descompune in componentele continua si armonica:
U0 =
(4.44)
pentru a aprecia cat de apropiata este forma tensiunii redresate de cea a tensiunii continue, se introduce un coeficient numit factorul de ondulatie (zgomot):
g
= 
= 0,67
Redresorul bialternanta in punte cu sarcina RC
Filtrul de netezire
Pentru imbunatatirea formei tensiunii pulsatorii redresate, in vederea aducerii cat mai aproape de o tensiune continua se folosesc circuite electrice, de tipul unor cuadripoli, numite filtre de netezire.
Rolul acestor filtre este de a micsora (teoretic pana la zero), componenta variabila, care se mentine in tensiunea de iesire, dupa redresare.
Aceasta componenta variabila este periodica, avand frecventa un multiplu intreg al frecventei retelei; 50Hz in cazul redresorului monoalternanta, respectiv 100Hz in cazul redresorului bialternanta.
Filtrele de netezire se pot realiza prin conectarea in serie cu sarcina a unei bobine (filtre cu bobina) sau prin conectarea in paralel cu sarcina a unui condensator (filtre cu condensator) .
Condensatroul are tendinta de a se opune variatiilor de tensiune, deci tensiunea la bornele sale, care este si tensiunea de sarcina, are tendinta de a se mentine constanta. Condensatorul se incarca pana la valoarea de varf a tensiunii redresate si se descarca prin sarcina (rezistenta); incarcarea se face rapid iar descarcarea lent, exponential. In consecinta, tensiunea pe sarcina se apropie de o valoare constanta (cum se observa in graficul din fig. 4.1.2).
Stabilizatorul
In functionarea montajelor electronice se impune adesea existenta unor tensiuni de alimentare continue, constante ca valoare, independent de variatiile, in anumite limite, ale tensiunii de retea sau independent de variatiile de curent din sarcina.
In vederea obtinerii acestora, se folosesc circuite electronice, numite circuite stabilizatoare.
Stabilizatoarele au drept scop micsorarea variatiilor tensiunii continue de alimentare (respectiv ale curentului redresat), pana la limitele impuse de performantele aparatului consumator. Cele mai des folosite sunt stabilizatoarele de tensiune.
Functionarea lor se bazeaza fie pe o comportare neliniara a unui element prin care la o variatie mare a unui parametru (curent) corespunde o mentinere practic constanta a altui parametru (tensiune)-cazul didelor Zener; fie prin preluarea variatiilor de tensiune sau de curent ale sarcinii printr-o bucla de reactie (mentinand parametrul de iesire constant) cu ajutorul unui element neliniar-cazul tranzistorului; fie prin actiuni asemanatoare ale unui circuit analogic integrat.
Lucrarea de fata dispune de o sursa de tensiune stabilizata, dubla
(5-12Vcc), ce debiteaza un curent maxim de 1A, ca in schema de mai jos.
Fig.4.1.3 Schema electrica de principiu
Alimentarea se face de la reteaua publica de alimentare cu energie electrica este de curent alternativ monofazat cu frecventa de 50 Hz si valoarea tensiunii de 220V.
Variatiile admise ale retelei sunt 220V 
10%15%.
Tipul de redresor utilizat este unul bialternanta in punte (figura nr2).
Puntea redresoare utilizata este de tipul 1PM1, cu urmatorii parametri de
catalog:
curent direct de varf repetitiv de suprasarcina accidentala:
IFRMSM=1A, la Tamb.=25oC;
IFAVM=1,25A, la Tamb=125oC;
tensiune inversa de varf repetitiva:
URRM(UB)=100V;
curent de varf repetitiv:
IFRM=10A;
tensiune continua directa:
UF=1,1V, la IF=1A;
curent continuu direct:
IR=0.05mA la Tamb=100oC;
Condensatoarele C1C4 au rolul de a imbunatati regimul de comutare al diodelor puntii redresoare 1PM1.
Condensatorul C5 asigura filtrajul tensiunii redresate (pentru frecvente joase) si un factor de ondulatie mic, iar C6 elimina armonicele de frecventa mai mare.
Ca etaje de stabilizare sau folosit stabilizatoarele integrate LM7812 si LM7805 care dispun de 3 terminale. Acestea pot furniza un curent de sarcina de pana la 1A.
Schema bloc a circuitelor integrate este urmatoarea :
Fig.4.1.4 Schema bloc a C.I. LM7812/7805
Schema de principiu de utilizare, recomandata de fabricant, a stabilizatoarelor este data in figura 4.1.5 :
Fig.4.1.5. Schema de principiu a unui stabilizator realizat cu 7805
sau mai mare, de tip tantal de 
sau mai
mare, de tip electrolitic cu aluminiu de 
sau mai mare. Condensatorul de iesire trebuie
sa fie de tip tantal de 
sau mai mare.Deoarece curentul cerut de la stabilizator este destul de mic nu este necesara montarea acestora pe radiator.
Diodele D1 si D3 au rol de protectie si se deschid protejand integratele, la aparitia accidentala la iesire a unei tensiuni mai mare decat cea de la intrare (pinul Uin) sau ca efect al deacarcarii lui C7 mai lent decat C5, la deconectare (situatie care determina si ea fenomenul Uout>Uin). Diodele D2 si D4 intervin atunci cand apar tensiuni pe partea de iesire cu polaritate inversa (conectare gresita sau o tensiune autoindusa de la un element inductiv din sarcina).
Condensatoarele C7 si C8 asigura filtrajul pe partea de iesire. C8 are efect si impotriva posibilelor auto-oscilatii la iesire. El constituie un FiltruTreceJos. Acest condensator trebuie sa elimine brumul scapat redresarii bialternanta, de 100 Hz, cat si sa se comporte ca un scurtcircuit in curent alternativ la frecvente inalte, de ordinul MHz-lor, pentru a anula tendinta de auto-oscilatie a stabilizatorului.
Dioda electroluminiscenta are rolul de a semnaliza functionarea montajului, iar curentul prin ea este limitat cu ajutorul rezistorului R1.
Tensiunile stabilizate sunt preluate din punctele indicate pe schema.
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 3331
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
