Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 19
Текст из файла (страница 19)
107 — 1221. упрощенная методика расчета высокочастотных импульсных трансформаторов для двухтактных преобразователей напряжения и формулы для вычислений даны в статье !136). Полный расчет, учитывающий геометрию и параметры магнитопровода, потери на поверхностные эффекты и пр. рационально выполнить в авторской специализированной программе "13ез!8п юо!з ри1зе тгапзГоппегз 4.0.0.0".
Размер ее дистрибутива — 834 Кбайт. Программа распространяется по лицензии "с)опаг!оптмаге" и предназначена для работы в операционных системах М!сгозот! 'тЧ!пдотмз~ 98 Зесопс) Ей!!оп, М!1!епп!шп, 2000, ХР и Ч!з!а. Загрузить новую версию программы и справку по программе можно со страницы !тгср: 7!атоэхасос.лагос!. го/Оез19л гоо1э рс1эе 1гапэйогвегз.!тГат1. Запишем формулы упрощенного расчета высокочастотного импульсного трансформатора для преобразователя двухтактного полумостового импульсного источника питания по представленной далее методике, разработанной автором книги. Пусть магнитопровод будет ферритовым тороидальным, а трансформатор — двухобмоточным, работающим на активную нагрузку.
Параметры: ° Асоге — внешний диаметр магнитопровода, мм ° Всоге — внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, мм ° Ссоге — высота магнитопровода, мм ° 1)п.ном — фиксированное постоянное напряжение, питающее преобразователь, В ° 13нас — напряжение насыщения каждого ключевого транзистора, В ° Вэфф — эффективная индукция магнитопровода с запасом, учитывающим старение, Тл ° рэфф — эффективная магнитная проницаемость магнитопровода с учетом запаса ° Руд — удельная мощность полных потерь в магнитопроводе для выбранного значения эффективной индукции и частоты следования импульсов, Вт/кг ° Р— частота преобразования, кГц ° с, — минимальная скважность импульсов 66 Компоненты источников питания ° Хперв — число жил в литцендрате первичной обмотки ° автор — число жил в литцендрате вторичной обмотки ° ()н.ампл — амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В ° 1н.ампл — амплитуда тока, протекающего через нагрузку, А ° 3 — плотность тока в обмотках, А/мм 2 ° Тн — температура нагрева обмоток и магнитопровода, 'С Условно предполагаем, что обе обмотки имеют одинаковую температуру нагрева.
Запишем расчетные соотношения. Находим площадь сечения магнитопровода бс в квадратных сантиметрах: Бс = (((Асоге — Всоге) Ссоге) / 2) 0,01. Вычислим площадь окна магнитопровода Бо в квадратных сантиметрах: Бо = ((л Всоге ) /4) . 0,01, где я — число Пи.
Рассчитаем длину средней линии магнитопровода !.ср.л в сантиметрах: 1,ср.л = (я (Асоге+ Всоге) /2) 0,1. Находим коэффициент заполнения импульсов 7 через минимальную скважность ~: Вычисляем период повторения импульсов, мкс: Т= 1000/Р, где Р— частота, кГц. Находим длительность т каждого импульса двухтактной последовательности [128, с. 40, 57], [205, с. 105, 157], мкс: 2=Т/(2 «).
Вычислим коэффициент формы импульсов Кф: Гг 1Т 1сф =— 2 з'т Рассчитаем минимальную глубину проникновения тока Ь в толщу металла проводника [128, с. 40, 57, 73, 81], [235, с. 6]. Предположим, что температура нагрева проводов обмоток составляет 100'С. При такой температуре удельное сопротивление меди р = 0,0235 1О ~ (Ом м). Итак, теперь можно найти минимальную глубину проникновения тока, выраженную в миллиметрах: 2тр где ро — магнитная постоянная вакуума.
Находим амплитуду мощности, которую потребляет нагрузка, в вольт-амперах: Рн.ампл = 1н.ампл 1)н.ампл. Вычислим эффективную напряженность магнитного поля Нэфф в магнитопроводе трансформатора [173, с. 118],[245, с. 119], А/м: Нэфф = Вэфф /(ро рэфф). 24. трансформаторы 67 Номинальная амплитуда напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора двухтактного полумостового преобразователя 1)перв.ном.ампл [136], В: 1)перв.ном.ампл = [!)п.ном / 2) — \)нас, где !)нас — падение напряжения на ключевом транзисторе в состоянии насыщения.
Определим эффективное номинальное напряжение в вольтах на первичной обмотке импульсного трансформатора [245, с. 108]: 1)перв.ном.эфф = 1)перв.ном.ампл т17. Определим эффективное выходное напряжение вторичной обмотки, В: 1)н.эфф = 1)н.ампл т!Т. Находим эффективную величину импульсов тока, протекающего через нагрузку, А: ! н.эфф = 1н.ампл т!Т.
Рассчитаем эффективную номинальную мощность нагрузки в вольт-амперах по следующей формуле: Рн.эфф = !н эфф Ун.эфф. Вычислим число витков первичной обмотки трансформатора и округляем его в большую сторону до целой части в соответствии с материалами [!22, с. 36] и [136]. Поскольку магнитопровод ферритовый, коэффициент заполнения сечения магнитопровода материалом кс = 1. Если бы магнитопровод был из пластин или ленты, то коэффициент заполнения сечения магиитопровода материалом был бы меньше 1.
%перв= 10- !)перв.ном.ампл/[4 Вэфф Г. 8с. Р. 1сс), где Вэфф — эффективное значение индукции материала магнитопровода, Тл; Яс — площадь сечения магнитопровода, см; Р— частота следования импульсов, кГц. Если бы преобразователь работал не при фиксированном постоянном напряжении питания, а в диапазоне питающих напряжений, то вместо амплитуды номинального напряжения, приложенного к первичной обмотке, следовало бы внести в формулу максимальную амплитуду напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора. Максимальная индуктивность первичной обмотки [! 36], [205, с. 268], мГн: !перв = 10 %перв рэфф ро Яс / 1.ср.л. Вычислим число витков вторичной обмотки трансформатора и округлим его до большего целого [245, с. 110]: %втор = %перв !)н.ампл / 1)перв.ном.ампл. Находим индуктивность вторичной обмотки точно так же, как и для первичной обмотки [136], мГн: Евтор = 1О %втор рэфф ° ро Зс/1.ср.л.
Определим эмпирически КПД трансформатора по формуле, выведенной для данной книги Анатолием Алексеевичем Одородько: 2,02+ 35,5 1,1 5 ехр(0,1 5 1о8(г+ 0,28)) ехр(0,975 1о8(Р+ 8,45)) ехр(3,1 1о8(Рн. ампл+ 2,95)) 68 Каипсненты источников питания Находим амплитуду используемой мощности трансформатора Риси, учитывающую его КПД, Вт: Рисп = Рн.ампл / т!. Используемая мощность отражает мощность, потребляемую от преобразователя на питание нагрузки и на нагрев трансформатора из-за потерь в нем.
Определим амплитудные значения прямоугольной и треугольной составляющих тока первичной обмотки, а также их сумму. Найдем амплитудное значение прямоугольной составляющей тока, протекающего через первичную обмотку импульсного трансформатора !перв.пр.ампл, А: !перв.пр.ампл = Рисп / 1)перв.ном.ампл. Амплитудное значение треугольного тока первичной обмотки !перв,тр.ампл, А: !перв.тр.ампл = 1)перв.ном.ампл /(4 Г 1.перв). Треугольная составляющая тока — это ток холостого хода импульсного трансформатора. Максимальный ток первичной обмотки в данном случае является алгебраической суммой прямоугольной и треугольной составляющих тока, поскольку трансформатор работает при одном фиксированном переменном напряжении, а не в диапазоне питающих напряжений.
Вычислим полный максимальный ток первичной обмотки !перв.макс.ампл импульсного трансформатора, А: !перв.макс.ампл = !перв.прампл+!перв.тр.ампл. Находим эффективное максимальное значение тока первичной обмотки ! перв. макс.эфф, А: 1перв.макс.эфф = !перв.макс.ампл . Чу. Определим диаметры жил в проводах обмоток, зная плотность тока, которую мы приняли одинаковой и для первичной обмотки, и для вторичной.
Вычислим диаметр каждой жилы в проводе первичной обмотки с!1, мм: Найдем диаметр каждой жилы в проводе вторичной обмотки д2, мм: 4 1н.эфф и ).автор Вычислим эквивалентный диаметр многожильного провода в первичной обмотке Опр.перв, мм: Рпр.перв = с11,/~ перв Рассчитаем эквивалентный диаметр литцендрата вторичной обмотки Опр.втор, Рпр.втор=42 /Йвтор Найдем длину провода и коэффициент близости первичной обмотки трансформатора.
Задаем толщину межобмоточной изоляции пмо в 0,3 мм, а между магнитопроводом и первичной обмоткой проложим слой изоляции пг толщиной 0,5 мм. 2.5. Трансформаторы 69 Учитывая наличие изоляции, найдем внутренний диаметр кольца, пригодный для размещения обмотки, мм: Ьост = Всоге — 2 Ьг, где Ьг — толщина изоляции "гильзы". Суммарная толщина меди и изоляции первого слоя обмотки равна сумме эквивалентного диаметра литцендрата и толщины изоляции между обмоткой и магнитопроводом, мм: Ьвсех = Рпр.перв + 1тг.
Найдем длину одного витка в слое первичной обмотки, мм: 1.п.сл.перв = Асоге — Всоге+ (2 Ссоге) + и (Ьвсех+ 0,5 Рпр.перв). Вычислим длину средней линии последнего слоя первичной обмотки, мм: 1 ср.л.перв = п (Ьост — Рпр.перв). Определим общую длину провода в первичной обмотке, мм: (.вит.перв = 1,п.сл.перв %перв. Вычислим не занятую обмоткой часть окна магнитопровода, мм: Ьост = Ьост — 2 Рпр.перв. Найдем коэффициент заполнения медью обмотки в осевом направлении, учитывая предположение, что первый же слой первичной обмотки оказался единственным: кз.ос = (Рпр.нерв %перв) l ).ср.л.перв.
Рассчитаем относительную ширину провода первичной обмотки в осевом направлении, мм: д1. Лз.ос Определим параметры ф и у для формулы Доуэлла: з(пЬ(2. у)+ з(н(2. у) ср=Х' созЬ(2.)() -соз(2 )() \ з1пЬ)(- з1п)( у = 2.)( созЬ)(+ сову Рассчитаем коэффициент добавочных потерь в первичной обмотке по формуле Доуэлла для провода круглого сечения: =<р+0,2 (Сел — 1) у Только что мы сделали упрощение, в результате которого не стали учитывать размагничивающее действие вихревых токов. Формула Доуэлла предназначена для вычисления добавочных потерь при условии протекания гармонического тока по проводу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
