 |
|
Таб.2.1. Расчётные формулы.
| Схема выпрямления | Однополу- периодная | Двухполу- периодная | Однофазная мостовая | Удвоения напряжения |
| Е2 | B*U0 | B*U0 | B*U0 | 0.5* B*U0 |
| UОбрm | 2*21/2BU0* (1+αmax) | 2*21/2BU0*(1+αmax) | 21/2BU0*(1+αmax) | 21/2BU0*(1+αmax) |
| IПрСр | I0 | 0.5* I0 | 0.5* I0 | I0 |
| IПрm | F* I0 | 0.5*F* I0 | 0.5*F* I0 | F* I0 |
| IПрVD | D* I0 | 0.5*D* I0 | D* I0 | D* I0 |
| I2 | D* I0 | 0.5* D* I0 | D* I0/21/2 | 21/2* D* I0 |
| SТр | [0.5*B*D + (D2 – 1)1/2]*P0 | 0.85*B*D*P0 | B*D*P0/21/2 | B*D*P0/21/2 |
| kП1 | H01/rC | H02/rC | H02/rC | H02/rC |
| fП1 | fc | 2* fc | 2* fc | 2* fc |
| r | rПрVD + rТр | rПрVD + rТр | 2* rПрVD + rТр | rПрVD + rТр |
| kCx | 2.3 | 4.7 | 3.5 | 0.9 |
В таблице использованы обозначения:
• Е2, I2 — действующие значения напряжения и тока фазы вторичной обмотки;
• UОбрm — максимальное амплитудное значение обратного напряжения диода;
• IПрm , IПрСр — соответственно максимальное и среднее значение тока диода;
• IПрVD — действующее значение тока диода;
• I1w1/I0w2 — соотношение произведения первичного тока на число витков первичной обмотки и выпрямленного тока на число витков вторичной обмотки;
• SТр, S2, S1 — мощность соответственно габаритная (расчетная), вторичной и первичной обмоток трансформатора;
• kП1, fП1 — соответственно коэффициент и частота пульсаций;
• r — прямое сопротивление выпрямителя.
Использованные в формулах Таб. 2.1 коэффициенты B, D, F и Н зависят от потерь в трансформаторе (его активного сопротивления и индуктивности рассеяния) и сопротивления диодов. Оценить характеристики трансформатора до его расчёта можно по формулам приведенным в [2]. Там же даны графики для определения B, D, и F. С целью упрощения дальнейших расчётов при решении этой задачи допускается пренебречь индуктивностью рассеяния трансформатора, тогда требуемые коэффициенты можно найти с помощью Таб. 2.2, для чего требуется определить параметр А по формуле:
A = 2πI0r/(U0m),
где • r — прямое сопротивление выпрямителя, Ом;
• m — число фаз схемы выпрямителя (число импульсов тока в нагрузке за период).
Используя таблицу Таб. 2.1 получим:
A = 2π(I0rТр + UПрVD)/(U0m),
где UПрVD – прямое падение напряжения на диоде при действующем значении тока.
Диоды Шотки (например 1N5817…1N5819 [3]), которые рекомендуется использовать при напряжении на нагрузке ( в примере Uмк ) менее 6В, имеют UПрVD ≈ 0.4В. Обычные выпрямительные диоды (например 1N4001…1N4007 [4]) имеют UПрVD ≈ 0.9В.
Сопротивление трансформатора (приведенное ко вторичной обмотке) определим по формуле:
,
где: kCx — коэффициент, определяемый схемой выпрямителя (см. Таб. 2.1)
S - число стержней трансформатора, несущих обмотки:
для броневой конструкции S=1, стержневой S = 2,
для трехфазных трансформаторов S = 3;
Вm — максимальное значение индукции в магнитопроводе.
Для нашего примера примем Вm = 1.5 Тл, S = 1.
г) rТр = 4.85 Ом.
д) A = 2π(0.1*4.85+ 0.4)/(9.41*1) = 0.59.
Таблица 1.2. Расчетные коэффициенты.
| A | B | D | F | H01*106 | H02*106 |
| 0.01 | 0.742 | 3.506 | 15.385 | ||
| 0.02 | 0.763 | 3.137 | 12.314 | ||
| 0.03 | 0.780 | 2.942 | 10.932 | ||
| 0.04 | 0.796 | 2.812 | 9.902 | ||
| 0.05 | 0.811 | 2.717 | 9.244 | ||
| 0.06 | 0.825 | 2.642 | 8.744 | ||
| 0.07 | 0.839 | 2.581 | 8.347 | ||
| 0.08 | 0.852 | 2.530 | 8.021 | ||
| 0.09 | 0.864 | 2.485 | 7.746 | ||
| 0.10 | 0.876 | 2.448 | 7.511 | ||
| 0.11 | 0.888 | 2.414 | 7.306 | ||
| 0.12 | 0.900 | 2.384 | 7.125 | ||
| 0.13 | 0.911 | 2.356 | 6.964 | ||
| 0.14 | 0.922 | 2.332 | 6.820 | ||
| 0.15 | 0.933 | 2.309 | 6.689 | ||
| 0.16 | 0.944 | 2.288 | 6.569 | ||
| 0.17 | 0.954 | 2.269 | 6.460 | ||
| 0.18 | 0.965 | 2.251 | 6.359 | ||
| 0.19 | 0.975 | 2.234 | 6.266 | ||
| 0.20 | 0.985 | 2.219 | 6.180 | ||
| 0.22 | 1.005 | 2.190 | 6.024 | ||
| 0.24 | 1.025 | 2.165 | 5.887 | ||
| 0.26 | 1.044 | 2.142 | 5.765 | ||
| 0.28 | 1.064 | 2.122 | 5.656 | ||
| 0.30 | 1.082 | 2.103 | 5.557 | ||
| 0.32 | 1.101 | 2.087 | 5.467 | ||
| 0.34 | 1.119 | 2.070 | 5.386 | ||
| 0.36 | 1.137 | 2.055 | 5.310 | ||
| 0.38 | 1.155 | 2.041 | 5.241 | ||
| 0.40 | 1.173 | 2.029 | 5.177 | ||
| 0.42 | 1.191 | 2.017 | 5.117 | ||
| 0.44 | 1.208 | 2.006 | 5.061 | ||
| 0.46 | 1.226 | 1.995 | 5.009 | ||
| 0.48 | 1.243 | 1.985 | 4.960 | ||
| 0.50 | 1.260 | 1.976 | 4.914 | ||
| 0.52 | 1.276 | 1.963 | 4.870 | ||
| 0.54 | 1.292 | 1.950 | 4.828 | ||
| 0.56 | 1.308 | 1.937 | 4.787 | ||
| 0.58 | 1.324 | 1.924 | 4.747 | ||
| 0.60 | 1.340 | 1.912 | 4.708 | ||
| 0.62 | 1.356 | 1.900 | 4.670 | ||
| 0.64 | 1.372 | 1.895 | 4.623 | ||
| 0.66 | 1.388 | 1.890 | 4.587 | ||
| 0.68 | 1.404 | 1.885 | 4.552 | ||
| 0.70 | 1.420 | 1.880 | 4.518 | ||
| 0.72 | 1.435 | 1.876 | 4.485 | ||
| 0.74 | 1.450 | 1.872 | 4.453 | ||
| 0.76 | 1.465 | 1.868 | 4.422 | ||
| 0.78 | 1.480 | 1.864 | 4.392 | ||
| 0.80 | 1.495 | 1.860 | 4.363 |
С помощью таблиц Таб. 2.1 и Таб 2.2 получаем:
е) В = 1.332 и UОбрm = 2*21/2*1.332*9.41*(1+0.1) = 38.99В
ж) F = 4.727 и IПрm = 4.727*0.1 = 0.473 А, IПрСр = 0.1 А.
з) Теперь можно окончательно выбрать выпрямительный диод. Указанным характеристикам удовлетворяет недорогой диод Шотки широкого применения 1N5819. При выборе диода не следует забывать, что ток заряда конденсатора фильтра в момент включения в сеть может достигать IВкл = 21/2 U0(1+αmax)/ rТр = 3.02 А. Изучив найденный в интернет datasheets на рассматриваемый диод, убеждаемся, что он может выдержать такой импульсный ток перегрузки в течении нескольких сот периодов частоты питающей сети. Поэтому после расчёта конденсатора фильтра надо проверить, что при включении он заряжается не дольше нескольких секунд.
3.Определяют параметры конденсатора фильтра:
и) Зададимся допустимым падением выходного напряжения за счёт пульсаций 0.5 В. Тогда kП1 = (3/2)*0.5/ U0 = 0.08, IПрVD = D* I0 = 1.918*0.1 = 0.192
Сф = H01/( rТр + UПрVD / IПрVD )fckП1 = 54010/(6.9*50*0.08) ≈ 2000 мкФ.
к) Определим максимальное напряжение на выходе выпрямителя в режиме холостого хода (будет необходимо при расчёте стабилизатора напряжения)
UХХmax = 21/2*E2*(1+αmax) = 21/2*1.332*9.41*(1+0.1) = 19.5 B.
На это напряжение должен быть рассчитан и конденсатор фильтра.
Для фильтра выбираем электролитический конденсатор 2200 мкФ на 25 В.
4.Определяют параметры сетевого трансформатора:
л) Теперь можно определить исходные данные для расчёта трансформатора:
Е2 = B*U0 = 1.332*9.41 В = 12.5 В;
I2 = D* I0 = 1.918*0.1 = 0.192 А;
SТр = [0.5*B*D + (D2 – 1)1/2]*P0 =(0.5*1.332*1.918+1.64)*0.941 = 2.75 ВА;
Параметры распространенных трансформаторов с Ш образными сердечниками представлены в табл. 2.3 [5]. Изготовление обмоток трансформаторов на кольцевых сердечниках требует большего труда, что особенно заметно повышает в цене маломощные трансформаторы такой конструкции. Однако их существенное преимущество заключается в относительно малом магнитном поле рассеяния. Повышенная индуктивность первичной обмотки приводит к более слабому току намагничивания и меньшим потерям холостого хода.
м) Выбираем сердечник с минимальной, но превышающей SТр мощностью, в данном случае М42. Параметры его первичной обмотки приведены в таблице. Осталось рассчитать вторичную обмотку, используем данные в таблице нормированные число витков и сечение провода для этой обмотки.
н) Число витков вторичной обмотки w2 = 28.00*E2 = 28.00*12.5 = 350.
Таблица 2.3. Типичные характеристики трансформаторов с Ш-образными сердечниками для сети - 220 В, 50 Гц
о) Диаметр провода этой обмотки d2 = 0.61*I21/2 = 0.61*(0.192)1/2 = 0.26мм. Выбираем ближайший больший стандартный диаметр 0.27мм, используя табл. 2.4 взятую из [4].