Главная >  Преобразователи обратной связи 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Режимы при коротких замыканиях в транзисторах в схемах рис. 2-3 и 2-4 практически аналогичны таким режимам в преобразователе по схеме рис. 1-4,а, поэтому возрастание токов в транзисторах может рассчитываться по (2-5), (2-7), (2-8).

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

РАСЧЕТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ

К. п. д.

3-1. Общие положения

Низковольтные преобразователи напряжения часто применяются совместно с первичными источниками энергии, обладающими высокой стоимостью (см. предисловие). В связи с этим основным параметром преобразователя, оговариваемым техническим заданием, является требуемый к. п. д. Кроме того, обычно задаются напряжения на входе и выходе, т. е. коэффициент преобразования, мощность и график нагрузок. В ряде случаев оговариваются максимально допустимые габариты; в противном случае габариты преобразователя выбираются исходя из условия получения минимума массы или стоимости системы в целом: первичный источник и преобразователь.

Естественно, что, помимо этих основных параметров, в техническом задании указываются и остальные необходимые для проектирования данные: температура, влажность, условия эксплуатации, транспортировки и хранения, срок службы и требуемая надежность.

Параллельно входным и выходным выводам преобразователя включаются, как правило, накопители энергии: на входе это может быть конденсатор, а на выходе - аккумулятор или конденсатор. Конденсаторные накопители энергии обычно вводятся в конструкцию преобразователя, а аккумуляторный блок выполняется отдельно. Емкость батареи аккумуляторов должна соответствовать графику нагрузок, а емкость конденсаторов - требуемому уровню пульсаций напряжения.

В ходе проектирования и расчета преобразователя необходимо:

1) провести энергетическое сравнение различных схем преобразователей и выбрать схему с наибольшим к. п. д. при заданных условиях;



2) определить оптимальную частоту преобразователя;

3) выбрать материал магнитопровода и рассчитать трансформатор;

4) выбрать тип и рассчитать число параллельно соединенных транзисторов и диодов.

Заканчивается расчет обычно расчетом надежности преобразователя и внесением в схему и конструкцию преобразователя необходимых мер, обеспечивающих надежность. После этого проводится окончательный расчет к. п. д. преобразователя.

3-2. Расчет трансформатора на максимальный к. п. д.

В известной литературе по расчету маломощных трансформаторов [Л. 5-7, 10] не ставилась задача расчета трансформатора на максимальный к. и. д., когда его габариты могут быть достаточно большими.

Максимальный к. п. д., получаемый при расчете трансформатора малой мощности при заданном превышении температуры [Л. 5, 6]j, недостаточно высок. В [Л. 6] указывается, что для увеличения к. п. д. необходимо снижать-электромагнитные нагрузки (плотность тока), однако степень снижения нагрузок не указывается. В большинстве случаев критериями оптимальности выступают масса, габариты или стоимость при достаточно высоком к. и. д.

Рассмотрим здесь задачу расчета трансформатора на максимальный к. п. д. при учете возможных ограничений по стоимости, массе, габаритам и при следующих условиях: магиитопровод трансформатора имеет базовый размер а (для тороида это ширина сердечника), через который определяются остальные размеры магнитопровода и обмотки с помощью безразмерных коэффициентов геометрии фг; эти коэффициенты, как и коэффициент заполнения обмоточного окна медью, полагаются известными [Л. 5, 6];. Нагрузка трансформатора активная, форма напряжения и тока прямоугольная, индуктивное сопротивление рассеяния обмоток пренебрежимо мало, потерями в меди первичной обмотки от намагничивающего тока можно пренебречь. Будем пренебрегать также потерями в изоляции трансформатора и током через распределенную емкость обмоток, что допустимо при низких частотах и напряжениях.



Температура обмоток и магнитопровода трансформатора известна и равна температуре окружающей среды, что справедливо, как будет показано ниже, для маломощных трансформаторов, рассчитанных на максимальный к. п. д. При этом условии нет необходимости принимать во внимание коэффициент теплопроводности катушки, внутренние перепады температуры и др.

Наличие нескольких первичных и вторичных обмоток трансформатора с однополупериодным током в них учитывается, как обычно [Л. 5], коэффициентом, связывающим мощность нагрузки с типовой мощностью трансформатора. Плотности тока в обмотках трансформатора одинаковые. Мощность нагрузки Ра постоянна и известна.

При этих условиях рассмотрим задачу минимизации суммарных потерь в стали Рст и в меди Рм трансформатора.

Потери в стали магнитопровода при частоте / и максимальной индукции В [Л. 5, 7]

Р = Ж,б/ а. (3-1)

и.=Ат-стс; (3-2)

Ро - удельные потери в стали при базовых значениях максимальной индукции Вб и частоты /б; у - плотность материала магнитопровода; а и р - коэффициенты, зависящие от материала и толщины пластин или ленты магнитопровода [Л. 5, 7]; кст - коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью; Vc - объем магнитопровода; (fc=Vc/u - коэффициент геометрии объема стали.

Потери в меди трансформатора

Р=М2Аа, (3-3)

М2=рйофк; (3-4)

здесь р - удельное сопротивление провода при температуре окружающей среды; Д - плотность тока; ко - коэффициент заполнения окна обмоткой; Ук - объем обмоток (катушек) трансформатора; (рк=Ук/а - коэффициент геометрии объема меди.

4-561 49



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31