Главная » Книги и журналы

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 32

получения заланной величины полезной мощности в нагрузке

немаловажное значение имеет величина -у-, т. е. по существу -

скважность импульсов тока через транзистор.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора можно определить на основании приведенных выше расчетных соотношений. Из формулы нарастания тока в первичной

обмотке ti.2iTryy индуктивность первичной обмотки

mi ml /с

Если при этом выразить ток Ifi через мощность в виде:

ml- /

BXl-

ТО получим:

(5-14)

Учитывая ранее приведенные соотношения между 2 и Г, получим:

1-22 1

1 1 -ВХ \

При достаточно большом коэффициенте трансформации, т. е. при

1, можно считать:

Подставив полученное упрощенное соотношение в исходное уравнение (5-13), получим:

ИЛИ

(5-15)

где учтено, что Рн п .

Коэффициент полезного действия преобразователя Г1др рассчитать аналитически трудно, так как надо знать аппроксимацию ряда нелинейных элементов цепи и процессов. Практически, на основании экспериментальных исследований, к. п. д. преобразователей оценивается в 0,6-0,75. Типовая зависимость к. п. д. от тока нагрузки или от мощности, рассеиваемой в нагрузке, показана на рис. 5-7, б.



Выбор параметров м i н и i и р о в о д а трансформатора для преобразователя должен быть сделан с учетом специфики работы генератора. Особенно важно это учитывать при выборе параметров магнитопровода однотактного генератора, поскольку в нем имеется остаточная индукция при выборе преде^аь-ного намагничивания. Обычно в таких магнитопроводах не(хо-дим немагнитный зазор, чтобы избежать режима магнитного насыщения .

При правильно выбранном магннтопроводе с немагнитным зазором индуктивность первичной обмотки трансформатора

Li-nS-lO-s гн, (5-16)

где S - поперечное сечение сердечника трансформатора, см] Вт - максимальная магнитная индукция в сердечнике, гс.

При выборе ве.т1ичины В^ для данного магнитопровода надо учитывать импульсный режим работы трансформатора. При расчете двухтактного преобразователя (генератора) необходимо учесть отсутствие постоянного намагничивания сердечника трансформатора

Б. Расчет преобразователя

Расчет преобразователя может быть выполнен иа основании приведенных выше соотношений. Исходными данными расчета служат величины напряжений U и U, ток нагрузки Iq, допустимая величина пульсации напряжения на нагрузке /С . Расчет можно вести в следующем порядке.

1. Определяется сопротивление нагрузки преобразователя учетом падения напряжения на сглаживаюием фильтре:

R = li±, . (5-17)

О

а падение напряжения на фильтре выбирают равным = (0,1-0,15)f/o где Uq - постоянное напряжение на нагрузке; Uq -f- А(/ф = IJun- выходное напряжение преобразователя.

2. Производится расчет выпрямителя по выбранной схеме выпрямления с учетом емкостной реакции нагрузки (см. гл. 3), т.е. определяются расчетные коэффициенты и с их помощью вычисляют величины и^, /2, f/o5p, Я, Сф и другие необходимые параметры схемы выпрямления,

3. Определяются коэффициент трано обмоток трансформатора преобразователя:

Если на входе преобразователя включается сглаживающий фильтр и желательно учесть падение напряжения постоянного тока на первичной обмотке трансформатора, то соответственно должна



l

- Г'

Г

быть уменьшена величина t/- При этом можно ориентировочно

считать:

4. Выбирается рабочая частота и предполагаемый к. п. д. преобразователя. При этом, если мощ.ность преобразователя не превышает единиц ватт, то к. п. д. следует брать равным 0,6-0,65, а рабочую частоту - в зависимости от материала магнитопровода, например, при использовании магнитопровода из оксифера, = 2 ООО-2 500 гц. При других магнитопроводах выбираются другие значения рабочей частоты.

5. Определяется ток, потребляемый от источника низкого напряжения

/вх==г-%- (5-19)

6. Вычисляется максимальное значение тока во входной цепи преобразователя

/ш = 2/з..(Ц-),. (5-20)

7. По справочным материалам подбирается транзистор на пропускание тока

Ai, м;;кс Iml И t/к макс U

8. Определяется индуктивность первичной обмотки трансфор-

L, = M\ (5-21)

9. Определяются параметры магнитопровода трансформатора: магнитная индукция и импульсная магнитная проницаемость выбираются по кривой намагничивания 5 = ф (Я) для данного магнитного материала в пределах прямолинейной части характеристики, как показано на рис. 5-7, е. При этом

f = . (5-22)

где [Ли - магнитная импульсная проницаемость; - максимальная магнитная индукция.

Например, в применении к кривой намагничивания магнитопровода с рабочей точкой А (см. рис. 5-7, в) = 2 500 гс и = 1 ООО. Для другой рабочей точки намагничивания или другого магнитного материала эти расчетные величины будут другими. I Сечение магнитопровода определяется ориенти-

ровочно по формуле

S = Cl/ см\ (5-23)



где С = 0,4 -г- 0,5 - постоянный , .jui.,.= I U - входная мощность преобразователя; а = G/G = 2 ч- 5- отношение весов стали и меди обмоток; Д/ = 2,5 3 а/мм - плотность тока в обмотках трансформатора.

Полученное значение S служит лишь для ориентировочного подбора типового магнитопровода промышленного изготовления.

Ю. Определение чисел витков обмоток трансформатора с магнито-проводом без воздушного (немагнитного) зазора:

число витков первичной обмотки трансформатора

где - средняя длина магнитной силовой линии в магннтопроводе (определяется по справочнику или эскизу магнитопровода); число витков повышающей обмотки

f\rp

число витков обмотки обратной связи (возбуждения):

причем значения напряжения U и ток оОпределяются по характеристикам транзистора примерно так, как показано на рис. 5-7, г, д.

11. Проверяется допустимость режима работы транзистора в соответствии с рассчитанными данными. Проверка сводится к выполнению неравенства:

к.макс.доп, (5-25)

где Л.макс.доп - максимально допустимое напряжение на коллекторе выбранного транзистора (указывается в паспортных данных транзистора).

ГЛАВА ШЕСТАЯ

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

§ 6-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Выпрямленное напряжение многофазного выпрямителя с активной нагрузкой является пульсирующим и может быть описано упрощенным рядом:

И = (Уо -Н 2 fe cos (ofe, (6-1)



ИЛИ в виде:

и

w г I .л 2 т

t/ , sin--г fysin - со8(т(о^ + ф1)

sin - cos (2ma) + фа) Н

4/7(2 - 1 я m

Члены ряда (6-1) описывают постоянную и переменные составляющие выпрямленного напряжения, из которых переменное напряжение самой низкой частоты = mf имеет наибольшую амплитуду. Поэтому наибольший коэффициент пульсации напряжения по основной частоте пульсации определяется как

2 m .л

и„ т2-1 я m 2

-- с/т Sin -

Л т

(6-2)

или

При чисто активной нагрузке выпрямителя коэффициенты пульсации по напряжению и току численно равны:

При комплексном характере нагрузки коэффициенты пульсации по напряжению в току неодинаковы.

При питании выпрямителя от сети током частотой выпрямленное напряжение определяется рядом (6-1) и пульсация имеет строго периодический характер как по частоте, так и по величине. Возможна пульсация напряжения постоянного тока и у других источников электропитания, в том числе у электромашинных генераторов и преобразователей тока.

Например, в машинных генераторах тока приходится считаться с пульсацией напряжения, обусловленной:

1) эксцентричностью якоря относительно магнитных патюсов и проявляющейся в периодическом изменении напряженности магнитного поля, которое пересекает обмотка якоря. Эта пульсация

оценивается коэффициентом Кцэ^(0 5-0,8)% причастоте =

(практически / .9= 100-150 гц), где р - число пар полюсов генератора; п - чисю оборотов якоря в минуту;

2) коммутационными процессами на коллекторе и зависящей от числа коллекторных пластин и качества контакта между ними и щетками. Частота коллекторной пульсации

г ту п



где К - число коллекторных nj> частота пуль-

сации 1500-2500 гц при коэ(рфиииенте пульсации К^,

(1,5-2,5)%;

3) неодинаковостью напряженности магнитного поля при пересечении магнитного поля зубцами якоря. Частота зубиовой пульсации /пз = г/, где г - число зубцов (или пазов) на якоре

Практически Д, з= 1500-2500 гц при Кп.з = (0,5-5)%.

Для нормальной работы различных радиоустройств и других потребителей энергии постоянного тока допустимы лишь вполне определенные максимальные значения величин пульсации напряжения (табл. 6-1),

Таблица 6-1

Вид нагрузки источника тока

Допустимые коэффициенты пульсации К^, %

анодные цепи

сеточные цепи

Выходные каскады:

радиотелеграфных передатчиков...... , .

радиотелефонных передатчиков........

радиовещательных передатчиков.......

Промежуточные каскады;

радиотелеграфных передатчиков........

радиотелефонных передатчиков........

радиовещательных передатчиков.......

Задающий генератор радиопередатчика......

Усилители sfjyKOBofi частоты:

выходные двухтактные каскады .......

выходные однотактные каскады........

Приемники (усилители высокой частоты):

радиотелефонные............. .

радиовещательные...............

Микрофонные цепи.................

Коллекторные и эмиттерные цепи трансформаторов Цепи ускоряющих электродов электроннолучевых

приборов......[..............

Цепи накала ламп на постоянном токе:

прямого накала . . . .............

косвенного накала.........,.....

Цепи телеграфных станций.............

Цепи телефонных станций (АТС).........

0,5-

-1,0

0,05-

-0,1

0,05-

-0,1

0,01-

-0,05

0.02

0,05

0,01-

-0,02

0,2-

0,02

-0,05

0,02-

-0,05

0,01

-0,02

0,01-

-0,03

0,005-0,01

0,001

- 0,003

0,1-

-0,3 -

0,01-0,03

0,05-0,1

0,005-

-0,008

0,02-

-0,1

0,01

0,05

0,01-

-0,05

0,005-

0,008

До 0,00001

0,01

0,01

0,1-0,5 0,5-1,0 Менее 1,0 Менее 0,01

Указанные значения Кп в табл. 6-1 имеют значения лишь для ориентировочного представления о допустимой пульсации. Более точно значения допустимых значений /( обусловливаются в заданиях на проектирование электропитающих установок. Часто, например, для цепей телефонных станций указывается значение псофометрического коэффициента пульсации.



Основное назначение сглаживающего фильтра заключается в уменьшении пульсации напряжения или тока в нагрузке. Его способность уменьшать пульсацию оценивается коэффициентом сглаживания

К

сгл

(6-3)

коэффициенты пульсации до и после сглаживающего

где Кп и /( п - фильтра.

Кроме основного требования

сглаживания пульсации

к

фильтру предъявляются следующие требования:

потери в фильтре должны быть минимальными, т. е. они должны обладать высокой эффективностью при минимальных габаритах^ весе и стоимости;

С







Рис 64. Основные схемы сглаживающих фильтров: а - индуктивный, б - емкостный, в - однозвенные Г-образные LC- и ?С-филь-гры, г - однозвенные П-образные, д - двухзвенный Г-образный, е - двухзвенные П-образные, ж - комбинированный фильтр.

фильтр не должен нарушать нормальной работы источника питания и не вносить искажения в работу питаемого радиоустройства, не обладая длительными переходными процессами;

собственная частота фильтра должна отличаться от частот переменных составляющих сглаживаемого напряжения во избежание возникновения резонансных явлений, отрицательно действующих на работу фильтра и питаемого через него устройства.

Соответствие различных фильтров указанным требованиям зависит от параметров и схемы фильтра. В ряде случаев приходится функции фильтров делить между несколькими фильтрующими цепями: например создавать раздельно низкочастотные и высокочастотные фил ьтры.

Современные сглаживающие фапьтры подразделяются на п р о-с т ы е, в том числе индуктивные и емкостные; сложные филь-

6 в, Ю. Рогинский



тры типа LC и /?С, в том числе о... . . звенные. резо-

нансные, компенсированные и др.; электронные фильтры, в том числе ламповые и транзисторные.

Основные схемы LC- и /?С-сглаживающих фильтров приведены на рис. 6-1.

§ 6-2. СГЛАЖИВАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ФИЛЬТРОВ

Индуктивный фильтр Ф обычно представляет собой дроссель низкой частоты др, включенный между источником питания ИП и сопротивлением нагрузки i?, как это показано на блок-схеме рис. 6-2, а. Если пренебречь внутренним сопротивлением


г




Рис. 6-2. Эквивалентные схемы индуктивного и емкостного простейших фильтров.

источника питания ИП ввиду его малости относительно сопротивления нагрузки (R R) и представить пульсирующее напряжение источника питания в виде суммы двух составляющих: постоянной и переменной U, то для расчета фильтра можно воспользоваться эквивалентной схемой рис, 6-2, б.

При отсутствии фильтра составляющие напряжения и тока в цепи нагрузки будут:

В этом случае коэффициент пульсации напряжения и тока

П

О

При включении индуктивного фильтра составляющие напря-

жения и тока окажутся равными:

и



н

В этом случае коэффициент пульсации по напряжению

и

и

где /?др - активное сопротивление обмотки дросселя.

Сопоставляя падученные значения коэффициентов пульсаций получим коэффициент сглаживания индуктивного фильтра в виде;

(6-4)

fn> fn - частота пульсации; т - число фаз

где то>е = выпрямления.

При заданной схеме выпрямления величина Кп известна, а значение Кип определяется как допустимая величина для данного вид* нагрузки (см, табл. 6-1). Следовательно, практически приходится определять индуктивность Lдp по заданному значению коэффициента сгл аживан ия Ка.

Из уравнения (6-4) следует:

VlKcr. (и + Ядр)Р -{Rn + Rjip)

(6-5)

Если учесть, что обычно:

сгл^н

(6-6)

с

если /(сгл> 1-

Очевидно, что для получения заданного коэффициента сглаживания при минимальной индуктивности Lp такие фильтры целесообразно применять Б многофазных схемах выпрямления с небольшим сопротивлением нагрузки Например, индуктивные фильтры применяются успешно в качестве катодного дросселя в мощных выпрямителях с ионными вентилями при больших токах нагрузки, В этом случае оказываются соблюденными условия относительно малого внутреннего сопротивления источника питания и сопротивления нагрузки ТРц, Но индуктивный фильтр имеет и существенные недостатки.

При обрызе цепи нагрузки или при резком изменении тока нагрузки на дросселе фильтра возникает большая э. д, с. самоиндукции, что вынуждает усложнять схему, например за счет подключения к дросселю разрядника, который должен замыкать обмотку дросселя при резком увеличении падения напряжения на нем. Сглаживающее действие индуктивного фильтра меняется с изменением тока нагрузки, так как при этом меняется индуктив-

16а



ность Lдp, Как правило, нндуктивь,1:и1 .ниль*! включают в цепи питания накала мощных электронных ламп, в которых ток накала в процессе работы ламп меняется мало.

Емкостный фильтр Ф в простейшем виде состоит из конденсатора С, включенного параллельно сопротивлению нагрузки как показано на рис. 6-2, в. Действие такого фильтра сводится к тому, что при повышении напряжения источника питания ИП происходит зарядка конденсатора, а при снижении напряжения - разрядка на нагрузку. Этим самым конденсатор способствует поддержанию среднего значения напряжения на нагрузке почти неизменной величины. От источника ток потребляется лишьво время зарядки конденсатора фильтра, причем, как правило, этот ток намного больше тока нагрузки.

В применении к многофазному выпрямителю в качестве источника питания можно считать, что конденсатор фильтра заряжается импульсами тока, каждый из которых длится меньше Tim, Для упрощения расчета можно также предположить, что ток разрядки конденсатора в течение всего времени разрядки неизменен и равен среднему значению тока нагрузки /(,.

Исходя из равенства колич'сств электричества, запасаемого конденсатором при зарядке и расходуемого при разрядке в эквивалент-

НОЙ схеме рис, 6-2, г, а также используя соотношение/с = . можно

вычислить изменение напряжения на конденсаторе при его разрядке:

с = --л Icdt

I о

о

(6-7)

т

частота тока питающей сети; С

емкость конденса-

тора фильтра; т - число фаз выпрямления; /о - ток нагрузки, принятый равным току разрядки конденсатора.

Изменение напряжения на конденсаторе Да при зарядке и разрядке конденсатора представляет удвоенную амплитуду переменной составляющей выпрямленного напряжения, как это показано на оис. 6-2. д. Отсюда следует, что:

и

о

о

260 Umffi 2m/cCH

(6-8)

Если задано значение /Сил то необходимая величина емкости конденсаторного фильтра будет;

С

(6-9)

Полученные расчетные соотношения не отражают влияния величины внутреннего сопротивления источника питания (выпрямителя) и содержат неточности, обусловленные сделанными выше предположениями, в частности тем, что средний ток разрядки кон-



1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 32
Яндекс.Метрика