Преобразователь постоянного напряжения

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. КОСЫГИНА А.Н.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА ПРОЕКТА – ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Выполнил: студент гр.14в-99

Иванова А.А.

Проверил: доцент кафедры АПЭ

Ермолаев Ю.А.

Москва 2002

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………… стр. 3

Исходные данные………………………………………………………. стр. 4

Проектирование и расчет……………………………………………… стр. 5

Описание работы схемы и назначение ее элементов………………… стр. 12

Спецификация элементов……………………………………………… стр. 13

Список литературы…………………………………………………….. стр. 14

Введение

Полупроводниковые преобразователи электрической энергии

Устройства 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 – U₁ = 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.



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

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_rU_н ^4 SfB_s/Р_н /I_нfB_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_нr/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:

U₂, I₂ – напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора; I₁, U₁ - напряжение и ток первичной обмотки трансформатора.

Е₂ = U₂ = BU_н = 1,25*15 = 18,75В

I₂ = 0,707DI_н = 0,707*1,9*0,66 = 0,89А

Е₁ = U₁ = 5В

I₁ = 0,707DI_нU₂/U₁ = 0,707*1,9*0,66*18,75/5= 3,32А

S₂ = 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_пr = 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:

•  = 0,85;

• B_s = 0,2 Тл;

• j = 12,5 А/мм²;

• 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_cS_o = S_рас10²/2к_фfBjk_ck_o = 2646,9/2*20*10³*0,2*12,5*0,13 = 0,2036 см⁴.

Ближайшее, большее к расчетному значение S_cS_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_удG_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:

w₁ = U₁(1-0,5U)10⁴/4k_фfB_sS_ck_c

w₂ = U₂(1+0,5U)10⁴/4k_фfB_sS_ck_c

w_б = U_б(1+0,5U)10⁴/4k_фfB_sS_ck_c

U - относительное изменение напряжения на выходе трансформатора (В)

U = 0,035 B.

w₁ = 5*(1-0,5*0,035)* 10⁴/4*20000*0,2*0,24 = 49125/3840 = 12,79  13

w₂ = 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 - I₀ (А):

I₀ =  I²_0p + I²_0a = 0,123А,

где I_0a - действующее значение активной составляющей тока холостого хода (А),

I_0a = Р_ст/ U₁*(1- 0,5*U) = 0,201/5*(1-0,5*0,035) = 0,201/4,9125 =0,041А

а I_0p - действующее значение реактивной составляющей тока холостого хода (А),

I_0p = 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 - I₁ (А); расчет транзисторов и резисторов:

I₁ = 0,5*(2*( I_б*w_б/w₁)²+(I₂*w₂/w₁)²+I₀²) = 0,5*(2*(0,969*11/13)² + (0,89*50/13)² + 0,0151) = 13,077 = 3,616А

Где I₂ - тока вторичной обмотки трансформатора (А),

I₂ = 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:

q₁ = 0,1886 мм²

q₂ = q_б = 0,06605 мм²

Диаметры проводов без изоляции:

d₁ = 0,49 мм

d₂ = 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:

j₁ = I₁/ q₁ = 3,616/0,1886 = 19,17 А/мм²

j₂ = 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 S₂ (Вт):

S₂ = 2 U₂ I₂ = 2*18,75*0,89 = 33,375 Вт

Расчетная мощность вторичной обмотки S₂ (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 k₀:

k₀ = (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:

r₁ = w₁* l_ср *k_t * k_j/ 57*q₁ = 13*0,024*1,24/57*0,1886 = 0,3869/10,7502 = 0,0359

r₂ = 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:

r₂’ = 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* w₁²/ U₁*(D+2*₂)*(₁ + _б +₂)/3* l_ср² /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_м1 = I₁² * r₁ = 13,075*0,0359 = 0,469

Р_мб = I_б² * r_б = 0,939*0,0869 = 0,0816

Р_м2 = I₂² * 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. Uкэ max = 160В; Iк max = 5А; Pк max = 15Вт
2	Магнитопровод трансформатора TV	К 20106	1	феррит марки 2000НМ3; средняя длина магнитной силовой линии lc = 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 мм2 и 0,06605 мм2 диаметры проводов с изоляцией: 0,53 мм и 0,33 мм
3	Резисторы Rб	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; Uобр max = 50В
5	Конденсатор Сн	К 50-20	1	номинальное напряжение 25В номинальной емкости 500мкФ.

Список используемой литературы

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. http://www.mcu.ru/ - Мир силовой электроники.

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

3. http://students.nizhny.ru/ - Схемотехника.