Преобразователь постоянного напряжения

метки: Напряжение, Преобразователь, Обмотка, Схема, Число, Элемент, Коллектор, Сечение

Полупроводниковые преобразователи электрической энергии

силовой электроники представляют собой очень широкую и быстро развивающуюся область техники. Одним из важнейших объектов изучения в данной области является полупроводниковый преобразователь электрической энергии.

Полупроводниковый преобразователь является основным элементом источников вторичного электропитания, используется в системах электропривода, автотранспорта, связи, в компьютерной и бытовой технике.

В общем виде преобразователем электрической энергии является устройство, которое связывает две (или более) электрические системы с отличающимися друг от друга параметрами и позволяет по заданному закону изменять эти параметры, обеспечивая обмен электрической энергией между связуемыми объектами.

Для преобразования электрической энергии совместно с полупроводниковым преобразователем могут использоваться другие виды преобразователей — трансформаторы, дроссели, конденсаторы.

Основными элементами полупроводникового преобразователя являются: выпрямитель, инвертор и силовой трансформатор.

Исходные данные

ДАНО:

Напряжение питания – U ₁ = 5B10%(пост. тока)

Напряжение выходное – U _н = 15B1%(пост. тока)

Мощность нагрузки – P _н = 10Вт

Допустимая амплитуда пульсаций – к _п = 0,05

ВОПРОСЫ:

1. Разработать функциональную и принципиальную схему преобразователя.

2. Выбрать и рассчитать элементы схемы.

3. Определить параметры преобразователя.

4. Описать работу схемы и назначение ее элементов.

5. Составить спецификацию элементов.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ:

Принципиальная электрическая схема.

Проектирование и расчет

Схема преобразователя.

На рис. 1 показана схема двухтактного преобразователя с самовозбуждением с выходом на постоянном токе.

Схема содержит работающие в ключевом режиме транзисторы VT1 и VT2, трансформатор TV, магнитопровод которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 2.), выпрямительный мост VD и конденсатор С, сглаживающий пульсации напряжение на нагрузке.

Трансформатор TV имеет три обмотки: первичную (коллекторную W1), вторичную W2 и базовую W _Б . Первичная и базовая обмотки выполнены из двух полуобмоток с выведенной средней точкой.

Преобразователь электрической энергии

... сердечники магнитопроводов трансформаторов тока, вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к измерительным входам фазового дискриминатора, выход которого соединен с входом исполнительного устройства. Функциональная блок-схема преобразователя электрической энергии трехфазных напряжений и токов ...

Рис. 1. Двухтактный преобразователь.

Рис. 2. Петля гистерезиса.

Выбор и расчет элементов схемы.

Выбор частоты:

Одним из важнейших параметров полупроводникового преобразователя является частота преобразования инверторного звена. Частота выбирается с учетом множества факторов, таких как необходимые массогабаритные показатели, простота схем управления, схем коммутации и других схемных решений, надежность, устойчивость к перегрузкам и т.п.

Повышение частоты работы преобразователей с 50Гц до нескольких десятков килогерц позволило резко уменьшить массогабаритные показатели устройства за счет уменьшения массы и габаритов силового трансформатора, а также массы и габаритов конденсаторов и дросселей.

В тоже время излишнее повышение частоты преобразования приводит к целому ряду отрицательных последствий. Возрастают потери в ключевых элементах за счет увеличения доли динамических потерь, растут потери в стали магнитопровода трансформатора. На высокой частоте начинают проявляться такие негативные явления, как паразитные индуктивности и емкости соединительных проводов, возникает необходимость учитывать эффект вытеснения тока в обмотках трансформаторов и дросселей.

Таким образом, повышение частоты преобразования полупроводникового преобразователя является действенным способом понижения их массогабаритных показателей.

Исходя из вышеописанного, для расчета данной схемы (двухтактного преобразователя) целесообразно задаться частотой 20кГц.

Частота преобразования напряжения – f = 20 кГц.

Выбор материала и конструкции магнитопровода трансформатора:

Наиболее важными характеристиками материала магнитопровода высокочастотного трансформатора являются удельные потери мощности в материале магнитопровода и значение индукции насыщения B _s .

В качестве материала высокочастотных трансформаторов (до сотен кГц) в настоящее время могут быть использованы ферриты.

Ферриты обладают низкими значениями удельных потерь, приемлемыми значениями индукции насыщения (B _s < 0,4 Тл) и высокой магнитной проницаемостью.

Для данной частоты (20 кГц) рекомендуется выбрать сердечник типа К из феррита марки 2000НМ3.

Расчет выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой:

Схема выпрямителя – однофазная мостовая (m = 2).

Определяем ориентировочные значения коэффициентов B и D для m = 2:

• B = 0,9; D = 2,15.

Максимальное выпрямленное напряжение U _{н max} = 15,15В.

Ориентировочно определяем параметры однофазной мостовой схемы при работе на активно-емкостную нагрузку (ток нагрузки — I _н = P_н /U_н = 0,66А):

U _обр = 2ВU_{н max} = 2*0,9*15,15 = 19,28В

I _{пр ср} = 0,5I_н = 0,5*0,66 = 0,33А

I _пр = 0,5DI_н = 0,5*2,15*0,66 = 0,71А

S _тр = 0,707DBP_н = 0,707*2,15*0,9*10 = 13,68Вт

Принцип работы трансформаторов

... погрешность преобразования используют витковую коррекцию. Трансформатор напряжения - трансформатор, питающийся от источника напряжения. Трансформатор напряжения, замерный трансформатор гальванический, предназначенный для преобразования высочайшего напряжения ... не различающуюся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы. трансформаторы особого назначения предусмотрены для ...

U _обр – обратное напряжение вентиля (В), I_{пр ср} , I_пр , I_{пр m} – действующее и амплитудное значение тока вентиля (А), S_тр – габаритная мощность трансформатора (Вт),

По вычисленным значениям U _обр и I_{пр ср} выбираем диодную сборку типа «КЦ412А» , для которых U_обр = 50В > 19,28В; I_{пр ср max} = 1А > 0,33А; 1,57 I_{пр ср max} = 1,57А > 0,72А; U_пр = 1,2В.

Определяем сопротивление вентиля в прямом направлении r _пр (Ом):

r _пр = U_пр /I_{пр ср} = 1,2/0,33 = 3,64Ом.

Определяем сопротивление обмоток трансформатора r _тр (Ом):

r _тр = k_r U_н ⁴ SfB_s /Р_н /I_н fB_s = 3,5*15*⁴ 20000*0,2/10 /0,66*20000*0,2 = 52,5*4,474/2640 = 52,5/11811,36 = 0,09Ом,

при k _r = 3,5; S = 1.

k _r – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления; S – число стержней трансформатора, на которых помещены его обмотки.

Сопротивление фазы r (Ом):

r = r _тр +2r_пр = 0,09+2*3,64 = 7,37Ом.

Определяем коэффициент А:

A = I _н r/mU_н = 0,66*3,14*7,37/2*15= 0,51

По коэффициенту А определяем коэффициенты:

• В = 1,25;
• D = 1,9;
• F = 4,8.

Определяем параметры трансформатора и вентелей:

U ₂ , I₂ – напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора; I₁ , U₁ — напряжение и ток первичной обмотки трансформатора.

Е ₂ = U₂ = BU_н = 1,25*15 = 18,75В

I ₂ = 0,707DI_н = 0,707*1,9*0,66 = 0,89А

Е ₁ = U₁ = 5В

I ₁ = 0,707DI_н U₂ /U₁ = 0,707*1,9*0,66*18,75/5= 3,32А

S ₂ = S₁ ’ = S_тр ’ = 0,707BDP_н = 0,707*1,25*1,9*10 = 16,79Вт

I _пр = 0,5DI_н = 0,5*1,9*0,66 = 0,63А < 1,57 I_{пр ср max} = 1,57А

U _обр = 2ВUн_max = 2*1,25*15,15 = 26,78В

I _{пр m} = 0,5FI_н = 0,5*4,8*0,66 = 1,58А

Таким образом, выбранная предварительно диодная сборка типа «КЦ412А» пригодна для работы в схеме выпрямления.

Определяем при А = 0,51 коэффициент Н = 88

Определяем емкость конденсатора С (мкФ):

С = Н/ к _п r = 88/0,05*7,37 = 238,81 мкФ

Выбираем конденсатор типа «К 50-20» на номинальное напряжение 25В номинальной емкости 500мкФ.

Уточняем величину пульсаций к _п = Н/ Сr = 88/500*7,37 = 0,02, т.е. пульсация менее заданного значения.

Расчет трансформатора и остальных элементов схемы:

1. Для расчета необходимо задаться КПД трансформатора — , значениями электромагнитных нагрузок: магнитной индукции — B _s (Тл) и плотностью тока в обмотках — j(А/мм² ), коэффициентом заполнения медью магнитопровода — к_o , коэффициентом заполнения сталью/сплавом сечения магнитопровода — к_с , коэффициентом длительности импульса — к_ф . Значения вышеперечисленных расчетных данных примем по рекомендациям для данного типа сердечника:

Измерительные трансформаторы тока и напряжения (2)

... обмотки 2, которые расположены на магнитопроводе 3 (рис.1.1, а). Обозначения трансформаторов тока приведены на рис.1.1, б и в табл. 1.1 [3]. Таблица 1.1 Обозначение выводов обмоток трансформатора тока Первичная обмотка трансформатора тока ... том коэффициента трансформации к первичному току. Ток намагничивания I0 определяет потери энергии в сердечнике трансформатора тока, то есть его погрешность. ...

• = 0,85;

• B _s = 0,2 Тл;

• j = 12,5 А/мм ² ;

• к _o = 0,13;

• к _с = 1;

• к _ф = 1.

1. Определяем расчетную мощность трансформатора по формуле S _рас (Вт):

S _рас = 1/222(1+2)Р_н = 0,601*44,042 = 26,469 Вт

3. Для выбора типоразмера магнитопровода следует рассчитать произведение, где S _c — площадь поперечного сечения стержня трансформатора, S_o — площадь окна магнитопровода:

S _c S_o = S_рас 10² /2к_ф fBjk_c k_o = 2646,9/2*20*10³ *0,2*12,5*0,13 = 0,2036 см⁴ .

Ближайшее, большее к расчетному значение S _c S_o – 0,271 см⁴ .

По нему выбираем типоразмер магнитопровода: К 20106

b a d

D

Размеры магнитопровода К 20106:

a = 5 мм, b = 6 мм, d = 10 мм, D = 20 мм.

Средняя длина магнитной силовой линии l _c = 5,03см.

Масса магнитопровода G _ст = 6,7г.

Площадь окна магнитопровода S _o = 1,13см² .

Площадь поперечного сечения стержня трансформатора S _c = 0,24см² .

1. Потери в магнитопроводе трансформатора Р _ст (Вт):

Р _ст = Р_уд G_ст , где Р_уд – удельные потери в 1 кг материала магнитопровода при нормированных значениях магнитной индукции и частоты (Вт/кг);

Р _уд = 30 Вт/кг, G_ст = 6,7г = 0,0067кг.

Р _ст = 30*0,0067 = 0,201 Вт.

4. Число витков первичной вторичной и базовой обмоток трансформатора:

w ₁ = U₁ (1-0,5U)10⁴ /4k_ф fB_s S_c k_c

w ₂ = U₂ (1+0,5U)10⁴ /4k_ф fB_s S_c k_c

w _б = U_б (1+0,5U)10⁴ /4k_ф fB_s S_c k_c

U — относительное изменение напряжения на выходе трансформатора (В)

U = 0,035 B.

w ₁ = 5*(1-0,5*0,035)* 10⁴ /4*20000*0,2*0,24 = 49125/3840 = 12,79 13

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

... и надежность действия релейной защиты при повреждениях электрического оборудования и линий электропередач. Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, ... Компенсационные цепи. Компенсаторы постоянного тока. Назначение и принцип работы Характерной особенностью компенсационного принципа является отсутствие тока в цепи нулевого ...

w ₂ = 18,75*(1+0,5*0,035)* 10⁴ /4*20000*0,2*0,24 = 190781,25/3840 = 49,68 50

w _б = 4*(1+0,5*0,035)*10⁴ /4*20000*0,2*0,24 = 40700/3840 = 10,59 11

(U _б = 4* U_{бэ нас} = 4В, т.к. U_{бэ нас} = 1В)

1. Действующее значение тока холостого хода — I ₀ (А):

I ₀ = I² _{0 p} + I² _{0 a} = 0,123А,

где I _{0 a} — действующее значение активной составляющей тока холостого хода (А),

I _{0 a} = Р_ст / U₁ *(1- 0,5*U) = 0,201/5*(1-0,5*0,035) = 0,201/4,9125 =0,041А

а I _{0 p} — действующее значение реактивной составляющей тока холостого хода (А),

I _{0 p} = 2Нl_c *10^-2 /w₁ = 2*40*0,0267/13 = 1,51/13 = 0,116А

где Н – эффективное значение напряженности магнитного поля (А/м),

Н = 40А.

6. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора — I ₁ (А); расчет транзисторов и резисторов:

I ₁ = 0,5*(2*( I_б *w_б /w₁ )² +(I₂ *w₂ /w₁ )² +I₀ ² ) = 0,5*(2*(0,969*11/13)² + (0,89*50/13)² + 0,0151) = 13,077 = 3,616А

Где I ₂ — тока вторичной обмотки трансформатора (А),

I ₂ = 0,89А,

I _б — тока базовой обмотки трансформатора (А),

I _б = I_{б нас} /2 = 1,37/2 = 0,969А,

I _{б нас} – ток базы, необходимый для насыщения транзистора (А),

I _{б нас} = I_{к нас} *k_нас /h_{21 э min} = 9,82*1,4/12 = 1,37А,

k _нас – минимальный коэффициент насыщения транзистора,

I _{к нас} – значение тока коллектора открытого транзистора,

h _{21 э min} – минимальный коэффициент передачи тока.

Принимаем

k _нас = 1,4

I _{к нас} = U₂ *I₂ /( U_{1 min} – U_{кэ нас} ) = 18,75*0,89/0,85*(4,5-2,5) = 16,69/1,7 = 9,82А

U _{кэ нас} = 2,5В

U _{кэ max} – максимальное напряжение на закрытом транзисторе преобразователя (В),

U _{кэ max} = 2,4* U_{1 max} = 2,4*5,5 = 13,2В

По значениям тока I _{к нас} и напряжения U_{кэ max} из справочника выбираем тип транзистора и определяем его основные параметры:

Выбираем транзистор марки «КТ 805 А»

U _{кэ max} = 160В

I _{к max} = 5А

P _{к max} = 15Вт

h _{21 э} = 15

I _{с max} = 150А

f _гр = 20Мгц

Проверяем, не превышает ли максимально допустимый ток коллектора выбранного транзистора значение I _{к max} .

I _{к max} = I_{к нас} *k_нас * h_{21 э max} /h_{21 э min} = 9,82*1,4 = 13,75А

Определяем значение мощности Р _к (Вт), рассеиваемой транзистором преобразователя:

Р _к = 0,5* U_{кэ нас} * I_{к нас} + U_{1 max} * I_{к max} *_т *f*к_д = 0,5*2,5*9,82+5,5*13,75*7,96*10^-9 *20*10³ *0,5 = 12,275 + 0,006 = 12,281Вт

Коэффициент динамических потерь — к _д = 0,5

_т = 1/(2**f_гр ) = 7,96*10^-9

Сопротивление резисторов R _б (Ом):

R _б = (U_б — U_{бэ нас} )/ I_{б нас} = (4-1)/1,37 = 2,19 Ом

Выбираем постоянный непроволочный резистор марки «С2-13-025», пределы сопротивления которого от 1 Ом до 1Мом, наибольшее рабочее напряжение – 250В.

7. Поперечные сечения проводов первичной, вторичной и базовой обмоток:

q’ ₁ = I₁ /j = 3,616/12,5 = 0,2893 мм²

q’ ₂ = I₂ /j = 0,89/12,5 = 0,0712 мм²

q’ _б = I_б /j = 0,969/12,5 = 0,07752 мм²

Выбираем обмоточный провод круглого поперечного сечения марки ПЭВ – 1.

Поперечное сечение:

q ₁ = 0,1886 мм²

q ₂ = q_б = 0,06605 мм²

Диаметры проводов без изоляции:

d ₁ = 0,49 мм

d ₂ = d_б = 0,29 мм

Диаметры проводов с изоляцией:

d _и1 = 0,53 мм

d _и2 = d_иб = 0,33 мм

Уточняем плотность тока в обмотках:

j ₁ = I₁ / q₁ = 3,616/0,1886 = 19,17 А/мм²

j ₂ = I₂ / q₂ = 0,89/0,06605 = 13,47 А/мм²

j _б = I_б / q_б = 0,969/0,06605 = 14,67 А/мм²

Средняя плотность тока в обмотках:

j = ⁴ j₁ * j₂ * j_б 7,2106 А/мм²

1. Конструктивный расчет трансформатора:

Среднее значение высоты (длины) намоточного слоя первичной обмотки h _{об 1} (мм):

h _{об 1} = (/2)*3*(d/2-_г )+d_ост /2 = 1,57*(3*(5-0,5)+1,55) = 23,6285 мм

d _ост – остаточный диаметр = 3,1 мм

_г – толщина изоляции магнитопровода = 0,5 мм

Число витков в одном слое первичной обмотки w _{сл 1} при k_у = 0,75:

w _{сл 1} = h _{об 1} *k_у /d_и1 = 23,6285*0,75/0,53 = 33,4365

Число слоев первичной обмотки n _{сл 1} :

n _{сл 1} = w₁ / w_{сл 1} = 13/33,4365 = 0,389 1

Радиальный размер первичной обмотки катушки ₁ (мм):

₁ = 1,2* n_{сл 1} *d_и1 = 1,2*1*0,53 = 0,636мм

Внутренний диаметр после намотки первичной обмотки d _{вн 1} (мм):

d _{вн 1} = d–2₁ = 10-1,272 = 8,728мм

Средняя высота слоя базовой обмотки h _{об б} (мм):

h _{об б} = d_{вн 1} –_{б пр} = 3,14*8,728–1,272 = 23,412 мм

Радиальный размер базовой обмотки катушки _{б пр} (мм):

_{б пр} = (₁ *S_б )/S_б* = (0,636*7,752)/3,876 = 1,272 мм

Расчетная габаритная мощность базовой обмотки S _б (Вт):

S _б = 2 U_б I_б = 2*4*0,969 = 7,752 Вт

Расчетная мощность базовой обмотки S _б (Вт):

S _б* = U_б I_б = 4*0,969 = 3,876 Вт

Число витков в одном слое базовой обмотки w _{сл б} при k_у = 0,75:

w _{сл б} = h _{об б} *k_у /d_иб = 23,412*0,75/0,33 = 53,209

Число слоев базовой обмотки n _{сл б} :

n _{сл б} = w_б / w_{сл б} = 11/53,209 = 0,206 1

Радиальный размер базовой обмотки катушки _б (мм):

_б = 1,2* n_{сл б} *d_иб = 1,2*1*0,33 = 0,396 мм

Средняя высота слоя вторичной обмотки h _{об 2} (мм):

h _{об 2} = d_{вн 1} –_{2 пр} = 3,14*8,728–1,272 = 23,412 мм

Радиальный размер вторичной обмотки катушки _{2 пр} (мм):

_{2 пр} = (₁ *S₂ )/S_2* = (0,636*33,375)/16,688 = 1,272 мм

Расчетная габаритная мощность вторичной обмотки S ₂ (Вт):

S ₂ = 2 U₂ I₂ = 2*18,75*0,89 = 33,375 Вт

Расчетная мощность вторичной обмотки S ₂ (Вт):

S _2* = U₂ I₂ = 18,75*0,89 = 16,688 Вт

Число витков в одном слое вторичной обмотки w _{сл 2} при k_у = 0,75:

w _{сл 2} = h _{об 2} *k_у /d_и2 = 23,412*0,75/0,33 = 53,209

Число слоев вторичной обмотки n _{сл 2} :

n _{сл 2} = w₂ / w_{сл 2} = 50/53,209 = 0,94 1

Радиальный размер вторичной обмотки катушки ₂ (мм):

₂ = 1,2* n_{сл 2} *d_и2 = 1,2*1*0,33 = 0,396 мм

Остаточный диаметр после намотки обмоток d _ост (мм):

d _ост = d – (₁ + _б +₂ ) = 10 – (0,636 + 0,396+0,396) = 8,572 мм

9. Проверочный расчет трансформатора:

Средняя длина витка обмотки трансформатора l _ср (мм):

l _ср = 2*(a + b + r_ср )*10^-3 = 2*(5 + 6 + 3,14*0,318)* 10^-3 =0,024 мм

а = (D – d)/2 = (20-10)/2 = 5 мм

r _ср = ₁ /2 = 0,636/2 = 0,318

Масса меди всех обмоток G _м (г):

G _м = G_м1 + G_м2 + G_мб = 0,5242+0,7044+0,1291 = 1,3577 г

Масса меди первичной обмотки G _м1 (г):

G _м1 = w₁ * l_ср *g₁ = 13*0,024*1,68 = 0,5242 г

Масса меди вторичной обмотки G _м2 (г):

G _м2 = w₂ * l_ср *g₂ = 50*0,024*0,587 = 0,7044 г

Масса меди базовой обмотки G _мб (г):

G _мб = w_б * l_ср *g_б = 11*0,024*0,587 = 0,1291 г

Коэффициент заполнения окна магнитопровода медью k ₀ :

k ₀ = (q₁ * w₁ + q₂ * w₂ + q_б * w_б )*10^-2 /S₀ = (0,1886*13+0,06605*50+0,06605*11)* 10^-2 /1,13 = 0,065/1,13 = 0,058

Масса изоляции G _из (г):

G _из = (1 — k₀ )* G_м * _из * k_из / 8,9*k₀ = (1-0,058)*1,3577*0,7/8,9*0,058 = 0,895/0,5162 = 1,734 г

Удельная масса изоляции _из (г/см³ ):

_из = 1 г/см³

Коэффициент укладки изоляции k _из :

k _из = 0,7

Масса трансформатора G _т (г):

G _т = G_м + G_из + G_ст = 1,3577 + 1,734 + 6,7 = 9,7917 г

Активное сопротивление обмоток при максимальной температуре окружающей среды:

r ₁ = w₁ * l_ср *k_t * k_j / 57*q₁ = 13*0,024*1,24/57*0,1886 = 0,3869/10,7502 = 0,0359

r ₂ = w₂ * l_ср *k_t * k_j / 57*q₂ = 50*0,024*1,24/57*0,06605 = 1,488/3,7649 = 0,3952

r _б = w_б * l_ср *k_t * k_j / 57*q_б = 11*0,024*1,24/57*0,06605 = 0,3274/3,7649 = 0,0869

Коэффициент, учитывающий увеличение удельного сопротивления меди с повышением температуры:

k _t = 1+0,004*(Т_с +Т-20) = 1+0,004*(30+50-20) = 1,24

k _j = 1 (коэффициент увеличения сопротивления провода в зависимости от частоты тока питающей сети), Т_с = 30С (макс. Температура окружающей среды), Т = 50С (температура перегрева обмоток).

Относительное значение активной составляющей напряжения короткого замыкания U _к.а :

U _к.а = (I₁ /U₁ )*( r₁ * r₂ ’) = (2,58/5)*(0,0359+0,103) = 0,516*0,1389 = 0,0717

Приведенное к первичной обмотке, активное сопротивление вторичной обмотки:

r ₂ ’ = r₂ *( w₁ / w₂ ) = 0,3952*(13/50) = 0,103

Относительное значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания U _к.р :

U _{к . р} = 2**₀ *f* I₁ * w₁ ² / U₁ *(D+2*₂ )*(₁ + _б +₂ )/3* l_ср ² /4 = 2*3,14*3,4*10^-7

*20000*3,616* 169/ 5*(20+0,792)*1,428/3* 0,00058/4 = 26,097/103,96*0,476*0,000145 = 17,33*10 ^-6

Магнитная постоянная ₀ (Гн/м):

₀ = 4*10^-7 = 3,4*10^-7 Гн/м

Относительное значение напряжения короткого замыкания U _к :

U _к = U² _к.а + U² _к.р = 0,0717

Потери в меди обмоток:

Р _{м 1} = I₁ ² *r₁ = 13,075*0,0359 = 0,469

Р _мб = I_б ² *r_б = 0,939*0,0869 = 0,0816

Р _{м 2} = I₂ ² *r₂ = 0,7921*0,3952 = 0,313

Суммарные потери в меди всех обмоток:

Р _м = Р_м1 + Р_м2 + Р_мб = 0,469+0,0816+0,313 = 0,8636

Коэффициент полезного действия трансформатора:

= 1-( Р _м + Р_ст )/ ( Р_м + Р_ст + Р_н ) = 1-(0,8636+0,201)/(0,8636+0,201+10) = 1-0,096 = 0,904

10. Тепловой расчет трансформатора:

Температура перегрева обмоток относительно окружающей среды Т:

Т (Р _м + Р_ст )/ _m *S_охл = (0,8636+0,201)/12*1214,03 = 1,0646/14568,384 = 73,08*10^-6

Коэффициент теплоотдачи трансформатора _m (Вт/м² *С):

_m = 12 Вт/м² *С

Общая поверхность охлаждения для тороидального трансформатора S _охл :

S _охл = *(D+2₁ + 2_б +2₂ )² -*d² _ост /2+*(D+2₁ + 2_б +2₂ )*b = 1214,03 м²

Описание работы схемы и назначение ее элементов

Схема работает следующим образом. При открытом транзисторе VT1, напряжение источника питания приложено (если пренебречь относительно малым напряжением на открытом транзисторе) к первичной полуобмотке W1, и создает на базовых обмотках напряжение с полярностью, поддерживающей транзистор VT1 в открытом, а транзистор VT2 в закрытом состоянии.

Под действием напряжения, приложенного к первичной полуобмотке, магнитопровод трансформатора перемагничивается по участку 1-2 петли гистерезиса, резко возрастает его намагничивающий ток (ток коллектора VT1).

При достижении коллекторным током значения I _кмакс =B*I_б , транзистор VT1 выходит из состояния насыщения, падение напряжения на нем увеличивается, а напряжение на всех обмотках трансформатора уменьшается. Последнее приводит к уменьшению коллекторного тока открытого транзистора. При этом рабочая точка движется по участку 3-2 петли гистерезиса, и напряжения на обмотках трансформатора меняют знак; транзистор VT1 закрывается, открывается транзистор VT2. После этого магнитопровод трансформатора перемагничивается по участку 2′-1′ петли гистерезиса, и все процессы в схеме повторяются. Ток коллектора открытого транзистора складывается из приведенных к первичной обмотке тока нагрузки I_Н’ , базового I_Б’ . Так как петля гистерезиса прямоугольная, ток коллектора имеет прямоугольную форму со «всплеском» в конце полупериода.

Ток закрытого транзистора примерно равен обратному току коллектора. Напряжение на обмотках трансформатора имеет вид симметричных импульсов прямоугольной формы. Напряжение на нагрузке постоянно. Максимальная магнитная индукция в трансформаторе равна индукции насыщения Bs материала магнитопровода. В течение полупериода индукция в трансформаторе изменяется по линейному закону от -B _S до +B_S .

Принцип действия двухтактного преобразователя напряжения

Двухтактные преобразователи с насыщающимся трансформатором используются как задающие генераторы для усилителей мощности и автономные маломощные источники электропитания. Их основные достоинства – простота схемы, а также нечувствительность к коротким замыканиям в цепи нагрузки. При коротком замыкании в цепи нагрузки срываются автоколебания преобразователя и транзисторы закрываются. Недостатком преобразователей с насыщающимся трансформатором является наличие выбросов коллекторного тока в момент переключения транзисторов, что ведет к увеличению потерь в преобразователе.

Спецификация элементов

N	Обозначение	Наименование	Кол-во	Примечание
1	Транзисторы VT1 и VT2	КТ 805 А	2	биполярные транзисторы p-n-p. U кэ max = 160В; Iк max = 5А; Pк max = 15Вт
2	Магнитопровод трансформатора TV	К 20106	1	феррит марки 2000НМ3; средняя длина магнитной силовой линии l c = 5,03см; масса Gст = 6,7г
3	Обмоточный провод трансформатора TV	ПЭВ – 1 номинального диаметра без изоляции: 0,49 мм и 0,29 мм	2	круглого поперечного сечения: 0,1886 мм 2 и 0,06605 мм2 диаметры проводов с изоляцией: 0,53 мм и 0,33 мм
3	Резисторы R б	С2-13-025	2	пределы сопротивления которого от 1 Ом до 1Мом, наибольшее рабочее напряжение – 250В
4	Выпрямительный мост VD	КЦ412А	1	средний выпрямляющий ток 1А; U обр max = 50В
5	Конденсатор С н	К 50-20	1	номинальное напряжение 25В номинальной емкости 500мкФ.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovoy/preobrazovatel-napryajeniya-2/

1. Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи.- М.: Энергия, 1972г.

2. Глебов Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА.-М.: Радио и связь, 1981г.-251 с.

3. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов Расчет источников электропитания устройств связи – М.: Радио и связь, 1993г.

Ссылки в интернет

1. — Мир силовой электроники.

2. http://zpostbox.chat.ru/index.htm — Узлы электронных схем.

3. — Схемотехника.