6. Расчет коэффициента полезного действия

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника питания называется отношение активной мощности, выделяющейся в нагрузке Р_н к мощности, поступающей из питающей сети Р_вх.

Мощность, выделяющаяся в нагрузке:

Р_н = U_d1  I_d1 + U_d2  I_d2 + U_d3  I_d3.

Некоторая часть активной мощности, поступающая из сети, теряется в трансформаторе (Р_тр), в вентилях(Р_в), в сглаживающем фильтре (Р_ф) и в стабилизаторе (Р_ст). Поэтому мощность, поступающая из питающей сети:

Р_вх = Р_н + Р;

где Р-общие потери мощности.

Потери в трансформаторе определяются по формуле:

Р_тр = S_т  (1-_тр),

где _тр - кпд трансформатора;

S_т - габаритная мощность трансформатора.

Потери в вентилях рассчитываются для каждого их трёх выпрямителей:

Р_в = I_а  U_пр.ср  N,

где I_а - средний ток в вентиле (из результатов расчёта на ЭВМ);

U_пр.ср - прямое падение напряжения на вентиле (из таблицы приложения 3 для выбранного диода или блока);

N - число последовательно включенных вентилей выпрямителя. N = 1 для однополупериодного выпрямителя (рис. 6) и для двухполупериодного выпрямителя (рис. 7); N = 2 для мостового выпрямителя и для выпрямителя с удвоением напряжения по рис. 8, а; N = 4 для выпрямителя с удвоением напряжения по рис. 8, б.

Общие потери в вентилях: Р_в = Р_в1 + Р_в2 + Р_в3.

Потери в сглаживающем фильтре при емкостном фильтре можно не учитывать.

Потери в стабилизаторе первого канала:

Р_ст1 = (U_вх1 - U_d1)I_вх1,

где U_вх1 - напряжение на входе первого стабилизатора;

I_вх1 - входной ток первого стабилизатора;

U_d1 - напряжение в нагрузке первого канала источника питания.

Аналогично потери в стабилизаторе второго канала:

Р_ст2 = (U_вх2 - U_d2)I_вх2.

Общие потери в стабилизаторах: Р_ст=Р_ст1+Р_ст2.

Таким образом, общие потери мощности:

Р=Р_тр+Р_в+Р_ст.

Теперь рассчитывается КПД источника питания:

.

7. Составление принципиальной электрической схемы источника питания

По результатам расчетов и выбора типа элементов составляется принципиальная электрическая схема источника питания.

Схема должна быть выполнена на миллиметровой бумаге формата А3 или в графическом редакторе в соответствии с требованиями ГОСТ 2.710-81. Условные графические обозначения элементов с необходимыми размерами приведены в приложении 5 и в [11]. Пример выполнения принципиальной электрической схемы источника питания с однополупериодным выпрямителем в третьем канале представлен на рис. 10.

Краткое пояснение назначения элементов схемы, расчёт и выбор которых не проводился.

На принципиальной электрической схеме должны быть предусмотрены дополнительные элементы, с помощью которых производится отключение сетевого напряжения (SA1) и защита от перегрузки и короткого замыкания по входу (FU1). Номинал предохранителя FU1 должен быть не менее чем в два раза больше тока первичной обмотки трансформатора I₁, рассчитанного в разделе 5.

Индикация включения источника питания может быть выполнена как на неоновой лампочке HL1 с ограничительным резистором R1, так и на светодиоде HL2 c ограничительным резистором R2 и защитным диодом VD1. В расчётно-графической работе следует применить какой-либо один из двух индикаторов включения. Номинал ограничительного резистора R1 для неоновой лампочки может быть таким же, как рис. 10. Номинал ограничительного резистора R2 для светодиода следует пересчитать в соответствии с напряжением вторичной обмотки первого канала U₂₁:

,

где U_пр.HL2 = 2 В – прямое напряжение светодиода;

I_пр.HL2 = 10 мА – прямой ток светодиода.

Конденсаторы С4 и С5 - блокировочные, предназначены для защиты стабилизаторов от паразитной генерации на высокой частоте.

Резистор R4 создает малый начальный ток нагрузки стабилизатора второго канала для исключения работы транзистора VT1 с обрывом в цепи эмиттера при случайном отключении нагрузки. Резистор R5 предназначен для разряда конденсатора С3 при выключении источника питания. Номиналы резисторов R4 и R5 должны быть пересчитаны таким образом, чтобы ток через R5 составил 1…2 мА, а через R4 (0,02…0,03)  I_d2. Для схем с удвоением напряжения по рис. 8 номиналы резисторов R3, R4 (рис. 8, а) и R3…R6 (рис. 8, б) выбираются одинаковыми. Определить номинал этих резисторов можно из условия протекания тока 1…2 мА, например:

, [Ом].

Рис. 10. Принципиальная электрическая схема источника питания