Расчет потерь мощности в дросселе фильтра

1. Вначале найдем число витков в обмотке дросселя из выражения для расчета индуктивности

где - индуктивность дросселя, мГн;

– средняя длина силовой магнитной линии магнитопровода дросселя, см;

- магнитная проницаемость материала сердечника дросселя (для дросселя Д13 магнитная проницаемость МО пермаллоя марки МП140 равна 140);

S_ст – площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода дросселя, см²

2. Изменение индукции (в теслах) в дросселе фильтра при воздействии переменной составляющей напряжения

3. Удельные потери (в ваттах на килограмм) в материале магнитопровода при заданном значении определяем по техническим условиям на сердечник.

4. Теперь можно найти потери мощности (в ваттах) в магнитопроводе сердечника дросселя:

,

где - мощность удельных потерь [Вт/кг];

m_др – масса сердечника дросселя фильтра [в г], ее значение в технических условиях на сердечник.

5. Потери мощности (в ваттах) в обмотке дросселя

,

где - активное сопротивление обмотки дросселя; в справочных данных на дроссели Д13 или рассчитывается аналогично расчету сопротивления постоянному току трансформатора;

- температура перегрева сердечника дросселя по сравнению с температурой 20⁰С;

;

для сердечников дросселя из МО пермаллоя и ферритов принимаем Т_пред=120⁰.

6. Суммарные потери мощности (в ваттах) в дросселе фильтра

Девятый этап расчета

Расчет КПД силовой части ИСН. и всего ИСН.

1. Суммарные потери мощности (в ваттах) в ИСН с учетом структуры силовой части

2. КПД (в процентах) силовой части ИСН

3. КПД в процентах ИСН

,

где - мощность потребляемая устройством управления ИСН.

На основании вышеизложенного в качестве примера расчета, рассчитаем высокочастотный трансформатор и силовую часть ИСН.

Для начала зададимся следующими данными для расчета однотактной силовой части ИСН с обмоткой размагничивания

Рис. 1.8. Принципиальная схема однотактной силовой схемы ИСН.

На рис.1.8. обмотка - обмотка размагничивания трансформатора TV1.

Зададимся данными:

1. U_вх.ном=24В;

2. k_вх1=0,8; k_вх.2=1,2;

3. U_н=48В;

4. I_н=2,1А; I_н.min=0,21А;

5. U_н~=0,02В;

6. f=20кГц;

7. Материал сердечника М2000НМ1-17;

8. Транзистор КТ841Б;

9. Силовые диоды 2D2997A;

10. Kонденсатор фильтра К50-29;

11. NN₁=3; NN₂=2.

Первый этап расчета

1. Р_н=48*2,1=101Вт;

2. U_вх.min=0,8*24=19,2В; U_1Mmin=19,2-0,7=18,5В;

3. U_2н.min=(48+0,2+0,7)/0,38=128,7В;

4. k_тр=128,7/18,5=7;

5. U_1Mmax=1,2*24-1,2=27,6В; U_2Mmax=7*27,6=193,2В;

6. ;

7. U_1эф=18*0,62=11,2В; U_2эф=128,7*0,62=79,3В;

8. I_2эф=2,1*0,62=1,3А; I_1эф=7*1,3=9,1А;

9. Р_габ11,2*9,1+79,3*1,3/2+0,02*100=104,5 Вт;

10. S_стS_o=104,5/(10*0,1*5*0,97*1*0,15*20)=7,2 см⁴

11. Ближайший сердечнк S_стS_o=8,1см⁴; К40х25х22; S_ст=1,65см²; l_ср=10,2см; S_o=4,91см²; m_c=92г; D_вт=40мм; D=25мм; Н=22мм.

11.1 Т=1/20*10³=50мкс; t_umax=50*0,38 мсек;

11.2 W₁=(19*18)/(0.1*1.65*100)=21вит; W₂=7*21=147 витков

11.3 D_1M=1,13

11.4 Ближайший диаметр по мели D_1M=0,9; D_2M=0,41мм; S_1M=0,6362мм²; S_2M=0,132мм². Диаметры с лаковой изоляцией, провод типа ПЭТВ-2 D_1M=0,99мм; D_2M=0,47мм. Площадь провода с изоляцией

11.5 =0,138*147*2=40,6 мм²

=(49,5+40,6)/100=0,91 мм²

11.6

11.7

l_2н=8,3*147/100 12,2 см

11.8

11.9 По таблице находим

R_1n=1,014*0,014 0,0142 Ом; R_2n=0,8 Ом

11.10

11.11

11.12

11.13

11.14

11.15

11.16

11.17 мм

11.18

 

Второй этап расчета

1. Р_1М=9,1^2*0,0142 1,17Вт

2.

3. Вт

4.

5.

6.

7. см²

8. при

Расчет тока холостого хода трансформатора и его паразитных параметров

1.

Тл; А/м

2.

3.1

3.2 Первичная обмотка умещается в одном слое С₁₂=0

3.3

3.4

3.5

3.6 С_о=0+5,7+360+1676=2042пф

4.1

4.2

4.3

4.4

 

Третий этап расчета

 

1.

2.

3.

4.

5.

6.

 

Четвертый этап расчета

1.

2. А

3.

 

Пятый этап расчета

1. ;

2. ;

3. ;

4. ;

5. ;

6. ;

7. ;

8. U_н~

0,019<0,02

 

 

Шестой этап расчета

Для выбранного транзистора

1.

3.

4.

5.

 

Седьмой этап расчета

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

 

Восьмой этап расчета

1.

Сердечник К36х25х15 МО пермаллой МП140

2.

4.

5.

6.

 

Девятый этап расчета

В результате расчета коэффициент полезного действия ИСН с данной силовой частью получили равным 81%. В силовой части необходимо включение двух силовых транзисторов КТ841Б, потому что при заданном напряжении питания. Максимальный импульсный ток коллектора КТ841Г равен 15А, что является работой транзистора на границе допусков. При наличии двух параллельно включенных транзисторов, на каждый приходится по 7,5А.

Следовательно, схема силовой части примет вид (рис.1.9.):

Рис. 1.9. Принципиальная схема силовой части ИСН.

Используя данные из предыдущего расчета, рассчитаем высокочастотный трансформатор для двухтактной параллельной схемы силовой части ИСН (рис.1.10.).

Выбор параллельной схемы обусловлен относительно низким входным напряжением.

Рис. 1.10 Принципиальная электрическая двухтактная параллельная схема силовой части ИСН.

ПЕРВЫй этап расчета

1. ;

2. ; ;

3. ;

4. ;

5. ;

6. ;

7. ;

8.

9.

10.

11. Выбираем сердечник К32х16х24

11.1. Т=1/20*10³=50мкс; t_umax=50*0,45=22,5мкс

11.2. Для двухтактных схем с двухполупериодными выпрямителями рассчитываем витки полуобмоток

11.3. Для двухтактного каскада примем: NN₁=2; NN₂=2. Для каждой полуобмотки ; ;

11.4. Из справочных данных ближайший диаметр по меди D_1M=0,44; S_1M=0,1521мм²; D_1Mиз=ПЭТВ-0,5мм; S_1из=0,1963мм²; D_2M=0,38мм; S_2M=0,1134мм²; D_2Mиз=ПЭТВ-0,44мм; S_2из=0,152мм².

11.5.

11.6.

11.7

11.8 ; это сопротивление полуобмоток

11.9 Для данных диаметров

11.10

11.11 , а в 2-х полуобмотках витк.

11.12 N₁=22/11=2сл.

11.13 Н₁=2(0,5+0,08)»1,2 мм

11.14 W_2сл=(0,7*17)/0,44*2=13; в 2-х полуобмотках W=33*2=66; N₂=66/13=5сл

11.15 Н₂=5(0,44+0,03)=2,35мм

11.16

11.17

 

Второй эта расчет

1. ; Р_2М=I_2эф*R₂*2=0,28 Вт

2. Р_М=(0,54+0,28)[1+0,04(100-15]=1,1Вт

3.

4.

5.

6.

7.

8.

 

Третий этап расчета

1.

2.

3.

4.

5.

6.

 

Четвертый этап расчета

1. Для одного из диодов выпрямителя

2.

3.

 

Пятый этап расчета

1.

2.

3.

4.

5.

6. тип К50-29

7.

8. _~

0,018<0,02

 

Шестой этап расчета

1. Для выбранного транзистора

;

3.

для двух транзисторовов

4.

для двух транзистор Р_ст=15,6Вт

5. Вт

 

Седьмой этап расчета

1.

для двух диодов 0,33*2=0,66 Вт

Р_дин=0,33*2=0,66Вт

2. Р_ст=0,82*2,1*0,45=0,78 Вт, для двух диодов Р_ст=0,78*2=1,55 Вт

6.

 

Восьмой этап расчета

1.

2.

4.

5. Р_дрМ=2,1²*0,01(1+0,004*100)=0,1Вт

6.

Девятый этап расчета

1.

2.

3.

 

 

Литература.

 

1. Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Р. Г. Варламова. М., «Советское радио», 1973г, 856с. с ил.

2. Ирвинг М. Готлиб. Источники питания. Инверторы. Конверторы. Линейные и импульсные стабилизаторы. М., Постмаркет, 2002г, 544с.

3. К. Ф. Ибрагим. Основы электронной техники. Элементы. Схемы. Системы. М., Мир.,2001г, 398с, с ил.

4. Справочник по микросхемам. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. С. В Якубовский., Л. И. Нисельсон, В. И. Кулешова и др.. М., «Радио и связь», 1989г, 496с.

5. Справочник. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. А. А. Зайцев, А. И. Миркин и др., М., «Радио и связь», 1989г. 640с.

6. Справочник. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны и тиристоры. Под ред. Голомедова А. В., М., Связь.,1988г, 527с.