Упрощенный расчет однофазных трансформаторов

 

Типовая мощность трансформатора определяется соотношением

(38)

где η_тр - КПД трансформатора, который определяется по номограмме

на Рис.9. Следует заметить, что при определении η трансформатора по номограмме типовая мощность трансформатора получится завышенной, что положительно скажется на его режиме работы (температурном режиме нагруженного трансформатора), но несколько увеличит вес, так как придется взять более мощный и тяжелый магнитопровод.

По табл. 3 выбирают типоразмер магнитопровода со значением S_Т не менее вычисленного по формуле.

Число витков каждой вторичной обмотки трансформатора определяют по

формуле:

(39)

где Δ U – относительное падение напряжения на обмотках;

Е (1) – число вольт на один виток обмотки трансформатора с магнитопроводом выбранного типоразмера.

Рис. 9

Зависимость КПД от мощности вторичных обмоток трансформатора

 

Параметры некоторых Ш-образных магнитопроводов

 

Таблица 3

Типоразмер магнитопровода	A, мм	H, мм	c, мм	h, мм	Sст, см^2	Sт, В∙А	E^(1),В	DU	Jср, А/мм^2	G, кг
УШ22x22					4.4		0.12	0.25	2.7	0.64
УШ22x33	6.6		0.17	0.19	2.5	0.96
УШ22x44	8.8		0.22	0.15	2.3	1.3
УШ26x26					6.0		0.18	0.13	2.5	1.1
УШ26x39	9.0		0.25	0.1	2.3	1.7
УШ26x52	12.0		0.32	0.08	2.1	2.2
УШ30x30					8.0		0.22	0.09	2.2	1.6
УШ30x45	12.0		0.35	0.06	2.0	2.4
УШ30x60	16.0		0.45	0.04	1.8	3.2
УШ35x35				61.5	11.0		0.29	0.07	1.9	2.6
УШ35x52	17.0		0.43	0.05	1.7	3.8
УШ35x70	22.0		0.59	0.03	1.5	5.1
УШ40x40					14.0		0.36	0.05	1.6	3.8
УШ40x60	22.0		0.55	0.04	1.4	5.6
УШ40x80	29.0		0.71	0.03	1.2	7.5

 

Число витков первичной обмотки

(40)

Максимальное расчетное значение тока первичной обмотки

(41)

По допустимому значению средней плотности тока Jср в обмотках

трансформатора с магнитопроводом выбранного типоразмера и по вычисленным значениям I ₁, I ₂ определяют диаметры проводов обмоток d 1, d 2

по номограмме, представленной на Рис. 10.

 

Рис. 10

Зависимость диаметра провода обмоток от тока I и средней

плотности тока J cp

 

Диаметр проводов обмоток можно также определить расчетным путем:

(42)

где J ср - плотность тока в обмотках трансформатора.

 

Расчет коэффициента полезного действия

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника питания η_ист называется отношение активной мощности, выделяющейся в нагрузке Рн к мощности, поступающей из питающей сети Р вх:

(43)

Активная мощность, поступающая из сети, теряется в трансформаторе

, в вентилях , в сглаживающем фильтре и в стабилизаторе .

Потери в трансформаторе определяются по формуле:

(44)

где η_тр - кпд трансформатора;

S_т - габаритная мощность трансформатора.

 

Потери в вентилях:

(45)

где I_VD - средний ток в вентиле;

U_пр - прямое падение напряжения на вентиле;

N - число последовательно включенных вентилей выпрямителя.

Потери в сглаживающем емкостном фильтре можно не

учитывать.

Потери в стабилизаторе:

(46)

где

U_вх - напряжение на входе стабилизатора;

I_вх - входной ток стабилизатора;

U_d - напряжение в нагрузке.

Таким образом, КПД источника питания:

 

(47)

 

Составление принципиальной электрической схемы

По результатам расчетов и выбора типа элементов составляется принципиальная электрическая схема источника питания. В ней должны быть предусмотрены дополнительные элементы, с помощью которых производится отключение сетевого напряжения (SA1), защита от перегрузки и короткого замыкания по входу (FU1), индикация включения на неоновой лампочке HL1 с ограничительным резистором R1 или на светодиоде HL2 c ограничительным резистором R2 и защитным диодом VD1. В расчетно-практической работе следует применить один из двух индикаторов включения. Пример выполнения принципиальной электрической схемы двухполярного источника питания представлен на Рис. 11. Схема должна быть выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.700- 79 ЕСКД. Условные графические обозначения элементов с необходимыми размерами приведены в приложении 2 и в [11].

 

ВОРПРОСЫ К ЗАЩИТЕ РГР

 

1. Структурная схема источника питания с трансформатором на входе. Назначение элементов схемы.

2. Нарисуйте схему однополупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. Чему равно выходное напряжение такого выпрямителя? Как изменится выходное напряжение выпрямителя при подключении параллельно нагрузке конденсатора?

3. Нарисуйте схему двухполупериодного однофазного выпрямителя с общим проводом с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. Чему равно выходное напряжение такого выпрямителя? Как изменится выходное напряжение выпрямителя при подключении параллельно нагрузке конденсатора?

4. Нарисуйте схему мостового однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы. Чему равно выходное напряжение

такого выпрямителя? Как изменится выходное напряжение выпрямителя при подключении параллельно нагрузке конденсатора?

5. Работа выпрямителя на емкостный фильтр. Временная диаграмма работы. Внешняя характеристика.

6. Нарисуйте схему выпрямителя с удвоением напряжения. Объясните работу схемы.

7. Для чего в источниках питания применяется стабилизатор напряжения? Приведите схему стабилизатора на стабилитроне и транзисторе.

8. Объясните порядок расчета стабилизатора на микросхеме.

9. Объясните порядок расчета стабилизатора на стабилитроне и транзисторе.

10. Для чего в источниках питания применяется сглаживающий фильтр? Что такое коэффициент сглаживания?

11. Упрощенный расчет однофазного трансформатора.

12. Как определить КПД источника питания?

13. Как выбрать тип диода для выпрямителя?

14. Как выбрать транзистор для стабилизатора?

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

2. Либерман Ф.Я. Электроника на железнодорожном транспорте: Учебное пособие для вузов ж.д.транспорта.- М.: Транспорт, 1987.- 288 с

3. Сидоров И.Н. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник.- М.: Радио и связь, 1985.- 276 с.

4. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Справочник.- М.: Радио и связь, 1994.- 320 с.

5. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич, А.А.Зайцев и др.; Под ред. Н.Н. Горюнова.- М.: Энергоиздат, 1982.- 744 с.

6. Диоды: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев.- М.: Радио и связь, 1990.- 656 с.

7. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/А.А.Зайцев, А.И.Миркин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова - М.: Радио и связь, 1989.- 640 с.

8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М.

Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.- 656 с.

9. Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142.-Радио, 1990, №8, с.89-90; №9, с.73-74.

10. Булычев А.Л. и др. Аналоговые интегральные схемы: Справочник / А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко.- 2-е изд.-Минск: Беларусь, 1993.- 382 с.

11. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. – М.: Радио и

связь, 1989. – 448 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1