2.5 Расчет мостового выпрямителя

Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее. При упрощенном качественном анализе работы схем выпрямителей диоды, трансформаторы и нагрузки считаются идеальными, т.е. сопротивление диода в прямом направлении - нулевое, а в обратном - бесконечно большое; сопротивление обмоток трансформатора принимается равным нулю, а нагрузка - активная.

Для преобразования напряжения переменного тока в пульсирующее в ИП в настоящее время применяются полупроводниковые диоды или диодные сборки.

Схема однофазной мостовой схемы удвоения состоит из двух однополупериодных выпрямителей, питающихся от одной и той же обмотки трансформатора и работающих на одну и ту же нагрузку.

Обратное напряжение на диодах равно сумме амплитудного напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на конденсаторе:

.

Поскольку ток через каждый диод проходит лишь половину периода, то

.

Этим параметрам соответствует диодный столб Д1008, с характеристиками [3, стр. 92]:

Максимальный прямой ток 0,05А,

напряжение U_обр =10кВ,

масса 90г.

Для выполнения соответствующих параметров необходимо выбрать по 2 таких диода соединенных последовательно.

Рисунок 9 - Выпрямительный столб Д1008

2.6 Расчет силового трансформатора

Силовой трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, имеющее не менее двух индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции напряжения электрической сети в напряжения, необходимые для питания излучателя и информационной части источника электропитания. Трансформатор состоит из магнитопровода и двух или нескольких обмоток, выполненных из изолированного медного или алюминиевого провода.

Конструктивно магнитопроводы трансформаторов подразделяются на броневые, стрежневые и тороидальные (кольцевые). Соответственно трансформаторы в зависимости от конструкции применяемого магнитопровода подразделяются на броневые, стрежневые и тороидальные. Магнитопровод броневого трансформатора выполняется Ш – образной формы, все обмотки располагаются на среднем стрежне, т.е. обмотки частично охватываются (бронируются) магнитопроводом. В условное обозначение такого трансформатора входит буква «Ш». В броневых трансформаторах магнитный поток разветвляется на правую и левую части, в результате чего в крайних стержнях его величина в 2 раза меньше, чем в среднем. Поэтому сечения крайних стержней вдвое меньше сечения среднего.

Броневые трансформаторы характеризуются следующими достоинствами: наличием только одной катушки с обмотками, более высоким заполнением окна магнитопровода обмоточным проводом, частичной защитой от механических повреждений катушки ярмом магнитопровода. Поскольку номенклатура серийно выпускаемых магнитопроводов обеспечивает весь диапазон мощностей проектируемых в курсовой работе источников питания, то этот тип магнитопровода и рекомендуется выбрать.

В диапазоне частот переменного напряжения электросети от десятков герц до единиц килогерц в качестве материала магнитопровода используется электротехническая сталь в виде пла­стин или лент.

Порядок расчета силового трансформатора:

Определяем вторичную мощность трансформатора . Она будет равна мощности, потребляемой излучателем и цепями его питания Р_2из и мощности, потребляемой информационной частью Р_2ин:

_{Вторичная мощность трансформатора, потребляемая силовой частью ИП:}

Вторичная мощность трансформатора, потребляемая информационной частью, рассчитывается аналогично. Информационная часть состоит из лампы накаливания : Н10-035015:

Напряжение 3,5В

Мощность 0,53 Вт

Цоколь резьбовой.

Тогда вторичная мощность из параметров равна:

Определяем первичную мощность трансформатора,

где - КПД трансформатора

Определяем поперечное сечение сердечника трансформатора броневого типа:

Выбираем из унифицированного ряда магнитопроводов типа ШЛ ближайший по площадке поперечного сечения сердечника , пользуясь неравенством:

Этому неравенству соответствует магнитопровод ШЛМ40х64 с параметрами ([4] стр.66):

Активная площадь сечения магнитопровлда S_ст=25,6 см²

Площадь окна магнитопровода S_ок=17,28см²,

Площадь сечения стали, умноженная на площадь окна S_ст·S_ок=442,368см⁴,

Средняя длина проводника l_ср=25,% м,

Активный объем магнитопровода V_ст=652,8см³,

Ориентировочная масса 4500г

Рис. 10. Магнитопровод ШЛМ 40х64.

Размеры магнитопровода:

а=40мм; h=72мм; b=64мм; c=24мм; A=128мм; h₁=20мм; Н=112мм.

Определяем число витков первичной обмотки:

(11)

где B – индукция насыщения магнитопровода, которую принимаем равной 1 Тл.

Формула для расчёта - инженерная, поэтому при подстановке значений входящих в неё переменных необходимо использовать следующие единицы измерения:

.

Для компенсации потерь напряжения в проводах обмоток и на диодах выпрямителя увеличивают полученные значения на 10%:

.

Определяем число витков 2-й обмотки:

;

;

Определяем число витков 3-й обмотки:

;

Определяем ток первичной обмотки:

.

Находим сечение и диаметр медной жилы провода первичной обмотки, приняв плотность тока :

Для изготовления обмоток трансформаторов применяются обмоточные провода круглого или прямоугольного сечения, как правило, из меди с изоляционным покрытием. Иногда применяется медная или алюминиевая фольга.

Из [4, стр. 15] выбираем обмоточный провод с ПЭВ-1. Его характеристики:

Номинальный диаметр провода по меди 0,95мм

Сечение провода по меди 0,712мм2

Диаметр провода с изоляцией 1,01 мм

Сопротивление 1 м провода при 20ºС 0,0248 Ом

Для 2-й обмотки:

Из [4, стр. 14] выбираем обмоточный провод ПЭВ-1. Его характеристики:

Номинальный диаметр провода по меди 0,09 мм

Сечение провода по меди 0,00636 мм²

Диаметр провода с изоляцией 0,105 мм

Сопротивление 1 м провода при 20ºС 2,86 Ом

Для 3-й обмотки:

Из [4, стр. 14] выбираем обмоточный провод ПЭВ-1. Его характеристики:

Номинальный диаметр провода по меди 0,28 мм

Сечение провода по меди 0,0615 мм²

Диаметр провода с изоляцией 0,315 мм

Сопротивление 1 м провода при 20ºС 0,285 Ом

Рассчитываем суммарное сечение обмоток:

проверяем, чтобы коэффициент заполнения окна магнитопровода трансформатора К_ок удовлетворял неравенству:

(12)

Выполнение неравенства К_ок < 0,3 является предпосылкой успешного размещения обмотки в окне магнитопровода.

Тогда коэффициент заполнения окна магнитопровода:

Находим габариты и массу трансформатора. При оценке габаритов сечение обмотки вне сердечника принимается равной сечению окна, а масса определяется суммой масс сердечника и медной обмотки, которую можно оценить по плотности меди и габаритному объему обмотки, умноженному на коэффициент заполнения.

Рис. 11. Сечения трансформатора для определения его массы и габаритов

а=40мм; h=72мм; b=64мм; c=24мм;

При оценке массы трансформатора принять, что она складывается из массы сердечника и провода обмоток.

(13)

(14)

(15)