Главная  Расчет источников питания 

[ 0 ] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

РАСЧЕТ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

ГЛАВА 1 ВЫПРЯМИТЕЛИ

1.1. Общие сведения

Значительная часть элементов электронных устройств потребляет для своей работы электрическую энергию постоянного тока. Источниками постоянного тока иогут служить гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлектрогенераторы, влектромашнны постоянного тока п выпрямители.

Наиболее распространенным источником постоянного тока является выпрями-тель - устройство, преобразующее переменный ток в постоянный.

Выпрямитель в большинстве случаев состолт из таких элементов (рнс. 1.1)! силового трансформатора (или автотрансформатора служащего для повышения или понажен1гя напряжения сети до нужной величины; схемы выпрямления, состоящей из одного или нескольких вентилей, обладающих одвюсторонней проводимостью тока и выполняющих основную функцию выпрямителя - преобразование переменного тока в постоянный; сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсацию выпрямленного тока. В схему выпрямителя могут входить также различные вспомогательные устройства, предназначенные для регулировки выпрямленного напряжения, включения и выключения выпрямителя, защиты выпрямителя от повреждеинй прн нарушениях нормального режима работы и т. д.

В настоящее время используются разнообразные типы выпрямителей, которые классифицируются по числу фаз выпрямляемого переменного тока, типу вентилей, схше их включения и другим показателям.

В соответствии с действующими стандартами выпрямители по выходной мощности подразделяютна микромощные (до 1 Вт), малой мощности (I-Ш Вт), средней Мощности (10-100 Вт), повышенной мощности (100-1000 Вт) и большой мощности (свыше 1000 Вт). Выходное напряжение до 100 В называют низким, от 100 до 1000 В - средним и свыше 1000 В - высоким. Рекомендуемые номинальные значения напряжения а тока на выходе электропнгающих устройств даны ниже.

Диапазон вапряжецый, В

0.1...0,9 0.-35 - О.Ч - 0.6 -

1.0.,.9,0 - (,? 2.4 - 3.0 4.0 5,0 6.0 9,0

10.0. .ШЗ 10.0 13 0 J-,6 15 0 20 0 24,0 27,0 30,0 40.0 48,0 60,0 80.0

11Ю...900 100 - 125 150 200 250 300 400 500 Ш 809

1000,..9UOO 1000 - 1250 150Э 200D 2500 - ЗООО 4000 5000 6000 8000

0,0001...0,0009 0,0001 0.0002 0,0003 0.0004 O.0DO5 0,0006

0,001,..0,000 0,001 0.002 0.003 0.005 0,008 - - .

0,0!...0.09 0.01 D.0I2 0.015 0.02 0.025 0.03 0.04 0.05 0.06 0.08

0.1...0.9 0,1 0.12 0,15 0.2 0.25 0,3 0.4 0.5 О.в О.в

1...9 1 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6,0 8,0

10...90 10 12 15 20 25 30 40 50 60 80

* Автотрансформатор рекомендуется использовать в тек случаях, когда выпрямленное напряжение отличается от напряжения сети не более чем па 30-40%.



Выпрямитель рассчитывается в соответствии с техническим заданием. Основ-ими исходными данными для расчета являются величины выпрямленного напря* дашя Ug и выпрямленного тока /о- Кроме этих данных, Должны быть известны: шзначенне выпрямителя, номинальное напряжение и частота сети, допустимый ввффицнент пульсации напряжения на выходе выпрямителя, пределы регулировки шыпрямлепиого напряжения, конструктивные и эксплуатационные требования ш т.д. Иногда все эти данные указываются непосредственно в техническом задании. Од-

Сеть

СитШ трансформатор

Схема Вшрям/ения

Сгаажикащий фильтр

Нагрузка

Рис. 1,1. Структурная схема выпрямителя

иако на практике чаще всего известны лишь данные об устройстве, для питания неторого предназначен выпрямитель. В этом случае необходимо предварительно рассчитать значения (Jo н !„, а затем разработать и обосновать техническое задание.

В процессе расчета необходимо выбрать наиболее рациональную схему выпрямления, определить число и тип вентилей, подобрать схему и рассчитать элементы сглаживающего фильтра, найти электрические и конструктивные параметры силового т]нсформатора. Ниже приводятся основные расчетные соотношения и порядок расчета элементов выпрямительных устройств.

1.3. Расчет силовых трансформаторов \Х 3,13,16,181

1.2.1. Особенности конструкции. Силовые трансформаторы маломощных выпрямителей, используемых для питания электронной аппаратуры, представляют собой электромагнитные устройства, состоящие из ферромагнитного сердечника (магнито-проБода) и обмоток.

Сердечники трансформаторов изготавливают из высоколегированных электротехнических сталей. При частоте сети 50 Гц для сердечников используют стали марок

Э41, Э42.Э43. ЭЗШ, Э320, ЭЗЗО,


щ Э3100, Э3200 при толщине сталь-liitell ных листов или ленты 0,5 и 0,35 мм. При повышенных частотах (400 Гц и выше) используют стали марок Э44, Э45, Э46. Э47, 343, Э34Р W Э70с толщиной пластин или ленты 0,2; 0,15; 0,1; 0,08 и 0,05 мм. Магнитные свойства некоторых марок элентро-т;еяпической стали н величины их yJi:лыtыx потерь прнведены в табл. 1.1 11 1.2.

По иоиструктпвиому выпол-иергню сердечники трансформаторов подразделяются на три основных типа; стергкневыс, броневые и тороидальные. Соответственно в зависимости от конструкции сердечника и траис-форматор1>1 подразделяются на три указаивы-х вьнле типа. Конструктивные особенности маломощных силовых трансформаторов иллюстрирует рис. 1.2. Мэгиитопроводы маломощных стержневых и броневых трансформаторов выполняются соответственно из Побразиых и Ш-образных пластин трансформатор нон стали (рис. 1.2, о и б), а также из ленточных сердечников подковообразной формы (рис 1.2, « и г).

Рнс. 1.2. Конструкция трансформаторов: а. б ~ плйстничэтые стер.-жневоб и броневой: в. г - ленточные стержневой и броневой, д - тороидальный

.---------Таблица 7.7. Основные свойства некоторых

марон стали при частоте 50 Гц

яах трансформатора, противопо ложны н взаимно уничтожаются).

Стержневые сердеч н и ни применяются для трансформаторов различной MOHjHocTH.

Броневые ардечннкн рассчитаны на магые мощности. Их достоинства: i аличие только одной катушки с обмотками (вместо двух у стержневого сердеч-вниа); более высокий коэ«{фи-циент заполнения окна сердеч-пика обмоточным проводом; защита обмотки ярком сердечника от механических повреждений.

Тороидальные сердечники (рис. 1.2, д) используют для трансформаторов малой мощности, работающих на повышенных частотах-от 400 Гц и выше. Достоинствами таких трансформаторов являются: относительно малое магнитное сопротивление; почти полное отсутствие внешнего потока рассеяния; нечувствительность к внешним магнитным полям.

Обмотки и другие тонове-дущне части трансформаторов взвлируют с помощью специальных электроизоляционных материалов. Оснонные данные некоторых из них приведены в табл. 1.3.

По способу размещения на мэгнитопроЕОде обмотки трансформатора могут быть концентрическими н дисковыми (чередующимися). Концентрические обмотки выполия- , ... л . ются в виде цилиндров, раэ-

Таблица }.2. Основные свойства ие«оторых вещаемых на магнитопроводе,

марок стали мри частоте 400 Гц Внутренняя обмотка, располо-

женная ближе к сердечнику, рассчитана на более низкое напряжение (НН). Снаружи располагается обмотка более высокого напряжения (рис. 1.3, я). Для уменьшения магнитною рассеяния применяют двойные или тройные концентрические обмотки (рис. 1.3,61. в дисковых чередующихся обмотках катушки низшего и высшего напряжений, изготовленные в виде отдельных Дисков, подразделяются на группы и размещаются на магчитопрсводе в чередующемся порядке (рис. J, 3, в). Наиболее широкое распрострэ-ненпс в маломощных силовых трансформаторах получили концентрические обмотки.

Обмотки маломощных трансформаторов изготавливаются из медных проводов с эМг1лево1"1, волокнистей..,и комбинированной изоляцией. 11оминальные длнные медных обмоточных лроводон круглого сечения приведе)1Ы в табл. 1.4.

Магн

1твая «ндум-

Удельные по-

Тол-

(не менее).

тери (не болееь

Марка

щина стали.

Тл. при напряженности магиит-

Вт/«г. пр, магнитно!!

ОЛЯ.

л/см

дукц

и. Тя

0,50

1.30

1.46

1.57

1.55

0,35

1,30

1.46

1.57

1.35

3,00

0,50

1,29

1.45

1,56

1.40

3,10

0,35

1,29

1.45

1.56

1.20

2,80

0,50

1,29

1.44

1.55

1.25

2.90

0,35

1,29

1.44

1,.S5

1.05

2,50

Э43А

0,50

1,29

1,44

1.55

1,15

2.70

Э43А

0,35

1,29

1.44

1,55

0.9(1

2,20

0,50

1,60

1.75

1,83

1.25

2.46

0.35

1.60

1.75

1,83

0.80

1.75

Э320

0,60

1,65

1.80

1,87

0.95

2.10

Э320 •

0,35

1,65

1.80

1.87

0.70

1.60

ЭЗЗО

0,50

1.70

1.85

1,90

0.80

1.75

ЭЗЗО

0,35

1,70

1.85

1.90

0.60

1,30

ЭЗЗОА

0,35

1,70

1.35

1.90

0.50

ЭЗЮО

0,50

3,7 3,4

Э3200

0,50

1.48

1.58

Марка стали

Тол-М1ина стали, мм

Магнитная индук. ция (не менее). Тл, при напряженности магнитного ноля Л/см

Удельные потери (не более).

Вт/нг, при магнитной нн-дунцнн. Тл

1 1»

0.75

Э44 Э44 Э,340

0.20 0.10 0,20

1.21 1.19 1.50

1,29 1,28 1,60

1,42 1,40 1,70

7,2 6,0 7,0

12,5 10,5 12,0



при выборе сердечника трансформатора необходимо руководствоваться рядои 1фятериев: прн минимальных массе, габаритах и стоимости трансформаторы должны бить простыми по конструкции и технологии изготовления.

В табл. 1.5-1.8 - приведены основные данные стандартных сердечников О указанием унифицированных рядов их типовых размеров, а в табл. 1.9 - оптималь*

BfTHH]


Рис. 1.3. Расположение обмоток на мзгиитоп,

1 - простая концентри

- дисковые чередующиеся обмотки

нцентрическая об-

>-=- ле* i нн ма J ни

ие соотношения размеров сердечников трансформаторов разных типов при минимальной массе, объеме и стоимостц

Для частоты 50 Гц по всем технико-экономическим показателям (масса, объий, стоимость) предпочтительны трансформаторы стержневого типа, выполненные на иагнитопроводах оптимальной формы. Однако наиболее простыми по конструкции и наиболее технолог1(чныл}н считаютСг: броневые сердечники. Поэтому для малых мощностей (до (100...200) В • А) и при напряжениях на обмотках менее 1000 В целесообразно использовать броневые трансформаторы с пластинчатым или ленточным маг-нитопроводом, а прн мощностях до (100... 200) В . А и частоте 400 Гц и выше трансформаторы с тороидальными ленточными сердечниками.

1.2.2. Исходные данные для расчета. Задачи расчета. Для расчета силового трансформатора необходимы слсдуюцие исходные данные: напряжение сети U•, частота тока питающей сети /с: напряжение вторич-яых обмоток Са, Уз и т. д.; мощности S, и т.д. вторичных обмоток или токи /j. /j и т. д. в них.

В результате расчета требуется определить: оптимальные геометрические размеры магнитолровода; данные обмоток (число витков, марки и диаметры проводов); параметры трансформатора (ток холостого хода; напряжение короткого замыкания, ндаенение вторичного напряжения; потери и КПД; температуру перегрева и рабочую температуру обмоток). Кроме того, на основе расчета необходимо составить электрическую схему трансформатора (или автотрансформатора) с указанием всех обмо-гок (см., например, рнс. 1.4).

1,2.3. Порядок расчета маломощного силового трансформатора [»6, с. 19-26].

1. Определяем суммарную мощность вторичных обмоток для трансформатора

Рис. 1.4, Примерные электрические схемы трансформаторов:

в - однофазного двухобмоточпого; 6 -* однофазного трехобмоточного; в - аатогрансформаторя

дяя автотрансформатора

5тр = 5, + 5з + . .. t

(1.1) (1.2)

Таблица 1.3. Электроизоляционные материалы

Бумага

Тканевые материалы

Твердая изоляция

Лакоткань

Стеклолакоткань

Стекломнкаленга Электрокартон

Гетинакс

Пленив Стеклотекстолит

иленнн Фторопласт

ЛШ2 ЛСШ ЛСШ1 ЛСШ2 ЛСК! ЛСК2 ЛС2ФК ЭВ

Б, В. Г

0.08; 0J2; 0,17; 0,05 U,U5

0.005; 0,01; 0,012; 0,015; 0,01; 0,15

0,08; 0,10; 0,12; 0,15 O.O-l; 0,05; 0,06 0,12 0,12

0,12. 0,15 0,20

0.13; 0,15; 0,17; 0 22

0,1; 0,15; 0,20; 0,30;

0,40; 0,50; 1,0; 1,25 1 5-

.75; 2,0; 2,5; 3,0 от 0,2 и выше от 0,5 и выше 0,01-0,1

Класс иагрем-


Л Л А А А

В Н А

Таблица 1.4. Ню

Номинальный диаметр провода по меди

0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10

Расчетное ееченне.

0,000706

0,00126

0,00196

0,00283

0.00385

0,00503

0,00636

0,00785

Масса I ] медного провода.

данные обмоточных проводов круглого сеченн»

0,0115

0,0144 0,0175 0,0251 0,0342 0,0447 0,0565 0,0698

Медные проаода i

0,04 0,05 0,065 0,075 0,085 0,095 0,105 0,12

0,085 0,095 0,106 0,115 0,125

0,09 0,10 0,11 0,12 0,13

0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,18

; эмалевой

класса В) ПЭВ.( н лэчалеаои изоляцией пс ,„,„„..„„,„„

нрытмем соответстве„ноТ..1-ГевоЖпД."ГЛ? " Двойным .«а.вым

0,09

0,10 0,11 0,12

0,13

=Го?=„%1,™7с~Г

тТг.Т,: «омбанаро.ааиойо

!фОвод cmjoctoSkM lSZ,01:T,°tJ праменяютс: ПЭЛБО

о1\ пряжи (нагрево-ieji и одним сло*м

«..«"/.гйди-г;-sri™ ........

I провода мм! и более.

«арк.сь, „е6.„ьшЛ paCept "«огТроГГрГт-..аГ "

отке отслоение



[ 0 ] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

0.0012