Изчисляване на захранвания, За начинаещи, Статии
Допълнителните, но необходими устройства включват превключвателя SA1, предпазителя FU1 и индикатора за включване - миниатюрна лампа с нажежаема жичка HL1, с номинално напрежение, малко по-високо напрежение на вторичната намотка на трансформатора (лампи, които горят с кратко време, издържат много по-дълго).
Регулатор на напрежението, ако има такъв, е свързан между изхода на токоизправителя и товара. Напрежението на изхода му, като правило, е по-малко от Uout и на стабилизатора се изразходва забележима мощност.
Нека започнем с изчисляването на мрежовия трансформатор. Неговите размери и тегло се определят изцяло от мощността, която трябва да даде захранването: Pout = Uout • Iout. Ако има няколко вторични намотки, тогава е необходимо да се сумират всички мощности, консумирани от всяка от намотките. Към изчислената мощност добавете мощността на светлинния индикатор Rind и загубите на мощност на токоизправителните диоди
където Unp е падането на напрежението в права посока върху един диод, за силициевите диоди е 0,6. 1 V, в зависимост от тока. Unp може да се определи от характеристиките на диодите, дадени в справочниците.
От мрежата трансформаторът ще консумира мощност, малко по-голяма от изчислената, което е свързано със загуби в самия трансформатор. Има "загуби в мед" - за нагряване на намотките при преминаване на ток през тях - това са обикновени загуби, причинени от активното съпротивление на намотките, и "загуби в желязо", причинени от работата на повторно намагнитване на сърцевината и вихрови токове в плочите й. Съотношението на консумираната мощност от мрежата към изходната мощност е равно на ефективността на трансформатора η. Ефективността на трансформаторите с ниска мощност е ниска и възлиза на 60,65%, като се увеличава до 90% или повече само за трансформатори с мощност от няколкостотин вата. Така,
Сега можете да определите площта на напречното сечение на централния прът на сърцевината(преминавайки през намотката), използвайки емпиричната формула:
Обозначенията на магнитните вериги вече съдържат данни за определяне на напречното сечение. Например W25x40 означава, че ширината на централната част на W-образната плоча е 25 мм, а дебелината на комплекта плочи е 40 мм. Като се има предвид хлабавото прилягане на плочите една към друга и изолационния слой върху плочите, напречното сечение на такова ядро може да се оцени на 8,9 cm 2, а мощността на трансформатора, навит върху него - на 65,80 W.
Площта на напречното сечение на централната сърцевина на трансформаторната магнитна верига S определя следващия важен параметър - броя на завоите на волт. Тя не трябва да бъде твърде малка, в противен случай магнитната индукция в магнитната верига се увеличава, материалът на сърцевината навлиза в насищане, докато токът на празен ход на първичната намотка се увеличава рязко и формата му става несинусоидална - големи пикове на тока се появяват в върховете на положителните и отрицателните полувълни. Полето на разсейване и вибрациите на плочите рязко се увеличават. Другата крайност - прекомерният брой навивки на волт - води до прекомерна консумация на мед и увеличаване на активното съпротивление на намотките. Необходимо е също така да се намали диаметърът на жицата, така че намотките да паснат в прозореца на магнитната верига. Тези въпроси са разгледани по-подробно в [1].
Броят на завъртанията на волт n за фабрични трансформатори, навити върху стандартна сърцевина с W-образна плоча, обикновено се изчислява от съотношението n \u003d (45,50) / S, където S се приема в cm 2. Като се определи n и се умножи по номиналното напрежение на намотката, се получава нейният брой навивки. За вторичните намотки напрежението трябва да се вземе с 10% повече от номиналното напрежение, за да се вземе предвид спадът на напрежението върху тяхното активно съпротивление.
Всички напрежения на намотките на трансформатора (UI и UII на фигурата) се вземат в ефективни стойности. Стойността на амплитудата на напрежението ще бъде 1,41 пъти по-висока.Ако вторичната намотка е натоварена на мостовия токоизправител, тогава напрежението на изхода на токоизправителя Uout при празен ход е почти равно на амплитудата на вторичната намотка. При натоварване изправеното напрежение намалява и става равно на:
Тук rtr е съпротивлението на трансформатора от страната на вторичната намотка. С достатъчна за практиката точност можем да зададем rtp = (0.03. 0.07) Uout / Iout, като за по-мощни трансформатори се вземат по-малки коефициенти.
След като се определи броят на завоите, трябва да се намерят токовете в намотките. Ток на вторичната намотка III = Iind + Pout / UII. Активен ток на първичната намотка (поради тока на натоварване) IIA \u003d Ptr / UI. Освен това в първичната намотка протича и реактивен, "магнетизиращ" ток, който създава магнитен поток в сърцевината, почти равен на тока на празен ход на трансформатора. Стойността му се определя от индуктивността L на първичната намотка: IIp = UI / 2pfL.
На практика токът на празен ход се определя експериментално - за правилно проектиран трансформатор със средна и голяма мощност той е (0,1. 0,3) IIA. Реактивният ток зависи от броя на навивките на волт, като намалява с увеличаване на n. За трансформатори с ниска мощност се допуска llp = (0,5. 0,7) lIA. Активните и реактивните токове на първичната намотка се добавят в квадратура, така че общият ток на първичната намотка II 2 \u003d IIA 2 + IIR 2.
След като определите токовете на намотката, трябва да намерите диаметъра на проводника въз основа на допустимата плътност на тока за трансформатори 2. 3 A / mm 2. Изчислението се улеснява от графиката, показана на фиг. [2].
В заключение представяме опростено изчисление на токоизправителя (фиг.). Допустимият постоянен среден ток на диодите в мостовата верига трябва да бъде най-малко 0,5 Iout, на практика се избират диоди с голям ток напред (за надеждност). Допустимото обратно напрежение не трябва да бъде по-малко от 0.71UII + 0.5Uout, но тъй като при празен ход Uout достига 1.41UII, препоръчително е да изберете обратното напрежение на диодите не по-малко от тази стойност, т.е. стойността на амплитудата на напрежението на вторичната намотка. Също така е полезно да се вземат предвид възможните колебания в мрежовото напрежение.
Амплитудата на пулсациите на изправеното напрежение във волтове може да се оцени по опростена формула: Upulse = 5Iout/C. Изходният ток се замества в ампери, капацитетът на кондензатора C1 е в микрофаради.
При токове на натоварване от няколко десетки милиампера или по-малко е допустимо да се ограничим до най-простото устройство с ценеров диод (виж раздел 4 "Нелинейни вериги" в Радио, 2002 г., № 12, стр. 45, фиг. 19).
Както можете да видите, тук към най-простия стабилизатор на елементите R1, VD1 се добавя емитер последовател, монтиран на транзистор VT1. Ако в най-простия стабилизатор токът на натоварване не може да бъде по-голям от тока на ценеровия диод, тогава той може да надвишава тока на ценеровия диод с h21E пъти, където h21E е статичният коефициент на пренос на ток на базата на транзистора във верига с общ емитер. За да го увеличите, вместо VT1 често се използва композитен транзистор. Изходното напрежение на стабилизатора е с 0,6 V по-малко от стабилизиращото напрежение VD1 (1,2 V за композитен транзистор).
Изчисляване на стабилизирания блокзахранването се препоръчва да започнете със стабилизатора. Въз основа на необходимото напрежение и ток на натоварване се избират транзисторът VT1 и ценеровият диод VD1. Базовият ток на транзистора ще бъде:
Това ще бъде изходният ток на най-простия стабилизатор на елементите R1 и VD1. След това оценете минималното напрежение на изхода на токоизправителя Uout-Upulse - то трябва да бъде с 2,3 V повече от необходимото напрежение при натоварване дори при минимално допустимо мрежово напрежение. Освен това изчислението се извършва по описания начин. По-усъвършенствани схеми и изчисление на стабилизатори са дадени в [3].
ЛИТЕРАТУРА 1. Поляков В. Намаляване на разсеяното поле на трансформатора. – Радио, 1983, бр.7, с. 28, 29. 2. Малинин Р. М. Захранване на радиооборудване от мрежата. — М.: Енергия, 1970. 3. Москвин А. Транзисторни стабилизатори на напрежение със защита от претоварване. – Радио, 2003, бр.2, с. 26-28. V. Поляков, Москва. Радио 05-2003