Теми теоретичного завдання курсової роботи
Таблиця 1
| Номер варіанта | Тема теоретичного завдання |
| Прилади магнітоелектричної системи. | |
| Прилади електромагнітної системи. | |
| Прилади електродинамічної системи. | |
| Прилади феродинамічної системи. | |
| Прилади індукційної системи. | |
| Прилади електростатичної системи. | |
| Електричні вимірювальні перетворювачі. | |
| Електронні вимірювальні прилади. | |
| Цифрові вимірювальні прилади. | |
| Аналогові вимірювальні прилади. | |
| Ємнісні вимірювальні перетворювачі. | |
| Резистивні вимірювальні перетворювачі. | |
| Еталони вимірювань. | |
| Індуктивні вимірювальні перетворювачі. | |
| Оптичні вимірювальні перетворювачі. | |
| Перетворювачі на магнітних ефектах. | |
| Перетворювачі для вимірювання температури. | |
| П’єзоелектричні вимірювальні перетворювачі. | |
| Вимірювальні мости. | |
| Мости для вимірювання ємностей. | |
| Мости для вимірювання індуктивностей. | |
| Вимірювальні трансформатори. | |
| Вимірювальні генератори. | |
| Осцилографи та мікроскопи. | |
| Реостатні та тензорезистивні перетворювачі. |
Примітка: Вимоги до виконання теоретичного завдання:
1)об'єм надрукованого на принтері теоретичного матеріалу (шрифт 14,
міжстроковий інтервал 1,5) повинен складати не менше 20 сторінок;
2)до складу матеріалу теоретичного завдання повинні входити графіки залежності
величин, схеми вимірювальних пристроїв, розрахункові формули.
Розрахунок випрямляча та згладжувального фільтра
1.2.1. Теоретичні відомості
1. Вибір схеми випрямлення і типу вентилів.
Проектування пристрою електроживлення полягає у виборі поставлених умов схеми випрямлення, типу вентилів, схеми фільтра, визначенні параметрів трансформатора, виборі схеми регулювання і стабілізації, визначенні параметрів цих схем, розробці конструкції, визначенні вартості й обґрунтуванні надійності проектованого пристрою.
Для розрахунку випрямної установки повинні бути задані призначення, напруга і частота живлячої мережі, необхідні значення випрямленої напруги і споживаного струму, вид навантаження, допустимі межі коливання вихідної напруги, вимоги до регулювання, конструктивні, кліматичні, механічні та інші умови.
Вибір вентилів залежить від необхідних значень випрямлених напруг і струмів. Найбільш доцільно в даний час використовувати кремнієві вентилі, тобто кремнієві діоди і рідше германієві діоди. У тих випадках, коли потрібне плавне регулювання випрямленої напруги, можуть бути використані тиристори (так звані керовані випрямлячі). До основних достоїнств напівпровідників відносяться висока надійність, економічність, механічна міцність, малі габарити. Кенотрони й газотрони в джерелах живлення практично не використовуються через їх недоліки.
Вибір схеми випрямлення залежить від напруги живлення, типу вентилів, потужності випрямляча, необхідного коефіцієнта пульсацій та інших факторів. Напівпровідникові вентилі найчастіше використовують у мостових однофазних і трифазних схемах. При трифазній мережі живлення застосовуються як трифазні, так і однофазні схеми, однак при значних потужностях (більше 1 кВт) небажано використовувати однофазні схеми з міркувань рівномірності навантаження трифазних трансформаторів. Для отримання мінімальних пульсацій кращою є трифазна мостова схема.
Додаток 1
1.2.2. Приклад розрахунку випрямляча
Вихідні дані:
1. Випрямлена напруга: U0 = 500 В;
2. Середнє значення струму в навантаженні: I0 = 250 мА;
3. Коефіцієнт пульсацій на навантаженні: Kn вих = 0,1%
(коефіцієнт пульсацій високий, тому потрібен згладжувальний фільтр на виході випрямляча, щоб отримати більш якісну напругу);
4. Напруга мережі живлення: U1 = 220 В;
5. Частота мережі: f = 50 Гц.
За наведених вище міркувань вибираємо однофазну мостову схему випрямлення на напівпровідникових діодах (рис. 1) та П - подібний згладжу вальний фільтр (рис. 2).
Рис. 1. Схема мостового випрямляча
Рис. 2. П - подібний згладжу вальний фільтр
У таблиці 2 наведені основні розрахункові співвідношення напруги і струмів різних схем, що дозволяють судити про переваги і недоліки кожної схеми.
Таблиця 2
| Розрахунковий параметр | Схема випрямлення | ||||
| Однопів-періодна | Двопів-періодна | Однофазна мостова | Трифазна | Шестифаз-на | |
| Максимальне значення напруги вторинної обмотки, U 2m | 3,14 U0 | 3,14 U0 | 1,57 U0 | 1,2 U0 | 1,05 U0 |
| Максимальне значення струму вторинної обмотки, I 2m | 3,14 I0 | 1,57 I0 | 1,57 I0 | 0,82 I0 | 0,58 I0 |
| Діюче значення напруги на вторинній обмотці, U 2 | 2,22 U0 | 2,22 U0 | 1,11 U0 | 0,85 U0 | 0,74 U0 |
| Діюче значення струму вторинної обмотки, I 2 | 1,57 I0 | 0,785 I0 | 1,11 I0 | 0,58 I0 | 0,74 I0 |
| Чинне значення первинної обмотки, I 1 | 1,21 I0 Ктр | 1,1 I0 Ктр | 1,11 I0 Ктр | 0,47 I0 Ктр | 0,58 I0 Ктр |
| Зворотна напруга, прикладена до вентиля, U обр | 3,14 U0 | 3,14 U0 | 1,57 U0 | 2,1 U0 | 1,05 U0 |
| Коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги, K п | 1,57 | 0,67 | 0,67 | 0,25 | 0,057 |
| Частота пульсацій, f п | fc | 2 fc | 2 fc | 3 fc | 6 fc |
| Типова потужність трансформатора, P тип | 3,5 P0 | 1,48 P0 | 1,23 P0 | 1,35 P0 | 1,55 P0 |
| Амплітудне значення струму через вентиль, I am | 3,14 I0 | 1,57 I0 | 1,57 I0 | 1,21 I0 | 1,05 I0 |
| Середнє значення струму через вентиль, I a0 | I0 | 0,5 I0 | 0,5 I0 | 0,33 I0 | 0,17 I0 |
1. Користуючись даними таблиці 2, знаходимо основні величини приблизно, без урахування навантаження:
- максимальна напруга вторинної обмотки трансформатора:
- максимальне значення струму вторинної обмотки трансформатора:
- діюче значення напруги на вторинній обмотці:
- діюче значення струму вторинної обмотки:
- діюче значення струму первинної обмотки:
де 
– коефіцієнт трансформації.
- зворотна напруга, прикладена до вентиля:
- коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги для однієї напруги для однофазної мостової схеми у відповідності з таблицею 1:
- типова потужність трансформатора:
Розрахунок ведемо на P тип = 200 В . А.
- амплітудне значення струму через вентиль:
- середнє значення струму через вентиль:
2. З довідника по радіоелектроніці вибираємо кремнієві діоди Д226Б з основними даними:
U зв = 400 В;
I 0 = 0,3 А;
U пр = 1 В;
Iam = 2,5 А;
(де U пр – пряма напруга діода).
Враховуючи недостатню зворотну напругу (U зв) діодів, включаємо в кожне плече містка по два діоди послідовно.
3. Щоб уникнути пробою, діоди необхідно шунтувати резисторами, опір яких вибирається з розрахунку 70 кОм на кожні 100 В зворотної напруги:
4. Визначимо приведений опір обмоток трансформатора:
Тут k т – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямляча;
f – частота живильного ланцюга (50 Гц);
S – число стержнів, на яких розташовані котушки (тут S = 2, тому що обраний трансформатор стержневого типу);
B – магнітна індукція, визначається за таблицями, виходячи з потужності трансформатора (тут B = 1,2 Тл).
5. Внутрішній опір вентилів:
де n – кількість вентилів у одному плечі моста (n = 2).
6. Активное сопротивление фазы выпрямителя:
7. Індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:
тут kL – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення.
8. Співвідношення між активним і реактивним опором фази випрямляча:
звідки кут φ = 23о.
9. Знаходимо допоміжний коефіцієнт для схеми, що працює на ємнісне навантаження (П - подібний фільтр):
тут m – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення; для однофазних випрямлячів (як ми і вибрали, m = 2, для трифазних m = 6).
Рис. 3. Графіки розрахункових коефіцієнтів
10. За графіками рис. 3, використовуючи знайдене значення А, знаходимо, для випрямляча який розраховуємо, значення коефіцієнтів B 0, D 0 і F 0, які відповідають П - подібному фільтру, який працює на виході випрямляча:
(взявши точку А = 0,1 на осі абсцис, по перпендикуляру до цієї точки піднімаємося вгору, на перетині з кривими B 0, D 0 і F 0 знову ставимо перпендикуляр до осі ординат і знаходимо B 0, D 0 і F 0, рис. 3).
11. Розраховуємо е.р.с. вторинної обмотки трансформатора:
Тепер з урахуванням впливу навантаження (а ми вибрали П - подібний LC-фільтр, див. рис.2, тобто навантаження ємнісне) знайдемо більш точні значення діючого значення струму вторинної обмотки трансформатора I 2, зворотної напруги, прикладеної до вентилів U зв, чинне і максимальне значення струмів через вентиль, відповідно I a і I am. Раніше ми, використовуючи таблицю 2, знайшли ці величини приблизно, без урахування навантаження.
12. Зворотна напруга, прикладена до вентиля:
13. Діюче значення струму вторинної обмотки:
14. Діюче значення струму через вентиль:
15. Максимальне значення струму вентиля:
16. Потужність розсіювання на одному шунті:
17. Потужність, що виділяється на вентилі (діоді):
1.2.2. Приклад розрахунку згладжувального П - подібного LC-фільтра
Вихідні дані:
1. Фільтр П - подібний;
2. Випрямлена напруга: U 0 = 500 В;
3. Середнє значення струму в навантаженні: I 0 = 250 мА;
4. Коефіцієнт пульсацій на вході: K п.вх = 67%;
5. Коефіцієнт пульсацій на навантаженні (тобто на виході фільтра):
K п.вих = 0,1%;
6. Опір випрямляча r в = 126 Ом (ми визначили його при розрахунку випрямляча);
7. Опір навантаження R н = 2.103 Ом (ми знайшли R н за вихідними даними U 0 і I 0, тобто 
).
8. Вимірювання напруги на виході фільтра (або амплітуда першої гармоніки на виході фільтра U 1m~): Δ U ф = 30 В.
Як видно з вихідних даних, велика частина їх така ж як була задана для розрахунку випрямляча, тобто ми розраховуємо П - подібний LC-фільтр якраз для цього випрямляча.
1. Розраховуємо коефіцієнт згладжування вхідного конденсатора фільтра
2. Розрахуємо коефіцієнт пульсацій Г-подібної частини фільтра:
3. Розрахуємо необхідний коефіцієнт згладжування Г-подібної частини фільтра:
4. Визначимо параметри LC-фільтра:
5. Розрахуємо індуктивність дроселя фільтру, якщо ємність C 2 однакова з C 1 і дорівнює 20 мкФ:
6. Опір обмотки дроселя (індуктивності) фільтра постійному струму має бути не більше:
7. Перевіримо на виконання умови 
щоб уникнути резонансу:
отже, умова виконується, тому що:
Тут ω 0 – власна частота LC - фільтра; ω = 2π f – кругова частота пульсацій від схеми випрямлення (для однофазної схеми випрямляча (ми таку вибрали, m = 2)).
Небажані резонансні явища в схемі випрямляча при наявності LC-фільтра (тобто коли в LC-фільтрі виникають власні коливання з частотою ω 0 і можуть посилювати пульсації вихідного струму, не виникнуть, тому розраховані нами L ф, C ф визначають власну частоту коливань фільтра ω 0 такого значення, що умова виконується, тому, що 122 < 314, де ω – частота пульсацій).
1.3. Вихідні дані в залежності від варіанту для виконання розрахунку
випрямляча на основі прикладу, приведеному в Додатку 1
Таблиця 3.Вихідні дані для розрахунку випрямляча
| № варіанта | U 0, В | I 0, мА | K n вих, % | U 1, В | f c, Гц |
| 0,15 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,25 | |||||
| 0,22 | |||||
| 0,17 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,19 | |||||
| 0,18 | |||||
| 0,23 | |||||
| 0,15 | |||||
| 0,14 | |||||
| 0,16 | |||||
| 0,22 | |||||
| 0,18 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,25 | |||||
| 0,15 | |||||
| 0,21 | |||||
| 0,17 | |||||
| 0,2 | |||||
| 0,18 | |||||
| 0,15 | |||||
| 0,16 | |||||
| 0,17 | |||||
| 0,22 |
1.4. Вихідні дані в залежності від варіанту для виконання розрахунку
згладжувального фільтра на основі прикладу, приведеному в Додатку 1
Таблиця 4.Вихідні дані для розрахунку згладжу вального фільтра
| № варіанта | U 0, В | I 0, мА | K n вх, % | K n вих, % | r в, Ом | R н, Ом | Δ U ф, В |
| 0,12 0,11 0,15 0,13 0,14 0,15 0,13 0,12 0,11 0,14 0,13 0,12 0,15 0,14 0,13 0,12 0,15 0,13 0,14 0,12 0,15 0,13 0,11 0,14 0,12 | 2.103 2.103 2,3.103 2,1.103 2.103 2,2.103 2,1.103 2.103 2,3.103 2,1.103 2,2.103 2,3.103 2.103 2,1.103 2,2.103 2.103 2,2.103 2,3.103 2.103 2,1.103 2,2.103 2.103 2,2.103 2,3.103 2.103 |
