Расчет источника электропитания с бестрансформаторным входом

Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РПиРПУ

Расчетно-графическое задание

по курсу «Электропреобразовательные устройства РЭС»

Вариант 02

Факультет:  РЭФ

Группа:  РТ5-44

Выполнил:  Кунц Н.А.

Преподаватель:  Сажнев А.М.

Дата выполнения:   16.04.08

Новосибирск, 2008

Содержание

1. Исходные данные. 3

2. Выбор схемы преобразователя. 3

3. Выбор и расчет трансформатора. 6

4. Расчет элементов силовой части преобразователя. 8

5. Расчет сетевого выпрямителя. 9

Список литературы.. 11

1. Исходные данные.

Таблица 1. Исходные данные

Начальные параметры	Численные значения
Напряжение фазы питающей сети Uф, В	220
Частота тока питающей цепи fс, Гц	50
Число фаз сети m	3
Пульсность сетевого выпрямителя p	3
Относительное изменение напряжения питающей цепи: - в сторону увеличения  amах - в сторону уменьшения amin	0,2 0,2
Частота преобразования fp, кГц	20
Диапазон рабочих температур, ºС	-10…+50
Uo, В	24,0
Iomax, A	6,0
Iomin, A	3,0
Нестабильность выходного напряжения при изменении питающей сети δ, %	2
Амплитуда пульсации выходного напряжения Uвыхm, В	0,2

2. Выбор схемы преобразователя

         Для улучшения массо-объемных показателей стабилизирующих источников вторичного электропитания (ИВЭП) применяются импульсные способы регулирования и исключаются крупногабаритные и массивные элементы, такие как низкочастотные трансформаторы, из состава источников. Структурная схема разрабатываемого ИВЭП с бестрансформаторным входом показана на рис.1.

Рис.1. Структурная схема ИВЭП

         Входной элемент – сетевой выпрямитель напряжения В₁, преобразующий электрическую энергию переменного тока в электрическую энергию постоянного тока. За ним идет сглаживающий ФНЧ Ф₁. Важным элементом схемы является преобразователь напряжения постоянного тока (U_вх) в напряжение постоянного тока другого уровня (U₀) Пр. Схема управления СУ контролирует работу преобразователя.

         В первую очередь необходимо выбрать схему преобразователя, т.к. это основной и самый сложный элемент ИВЭП. Выбирать схему будем по алгоритму, приведенному в [1].

         2.1. Максимальная выходная мощность преобразователя

         2.2. Номинальное, максимальное и минимальное значения входного напряжения преобразователя

         Зададимся значением абсолютного коэффициента пульсаций на выходе сетевого выпрямителя: . Для  напряжение  .

Тогда номинальное, максимальное и минимальное значения входного напряжения преобразователя будут соответственно равны:

         2.3. Выбор схемы преобразователя

         Схема преобразователя выбирается по известным значениям  и . На рис.2, показано, что точка, соответствующая этим значениям, попадает в область применения схем однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода и однотактного обратноходового преобразователя с пониженным напряжением на транзисторах (рис. 4,5 в [1]).

Рис.2. График областей предпочтительного применения различных типов преобразователей.

Выберем схему однотактного преобразователя (схема рис.3) с обратным включением выпрямительного диода из-за ее простоты по сравнению со второй схемой.

Рис.3. Схема однотактного преобразователя

с обратным включением выпрямительного диода

2.4. Максимальное значение

По рекомендации [1] зададимся .

2.5. Амплитудные значения ЭДС обмоток трансформатора

Зададим следующие величины, необходимые для дальнейшего расчета:

- напряжение коллектор-эмиттер регулирующих транзисторов в режиме насыщения ;

- падение напряжения на диоде в открытом состоянии ;

- падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора ;

- падение напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора ;

Амплитудное значение ЭДС первичной обмотки трансформатора:

Амплитудное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора:

2.6. Коэффициент трансформации трансформатора

2.7. Минимальное значение

Полученное значение , значит, устройство физически реализуемо. Можно продолжать расчет для выбранной схемы.

2.8. Критическая индуктивность

Для выбранной схемы необходимо рассчитать критическую индуктивность первичной обмотки трансформатора:

Примем: .

2.9. Значение

Сведем результаты расчетов преобразователя в таблицу 2.

                                                                                                                                       Таблица 2

3. Выбор и расчет трансформатора

         Трансформатор – один из основных узлов преобразователя, во многом определяющий его энергетические и массо-объемные показатели. Магнитопровод трансформатора, используемого в выбранной схеме, в силу ее особенностей, должен иметь немагнитный зазор или выполняться из материала, не насыщающегося при относительно больших значениях напряженности магнитного поля. Однако ввиду ограниченного выбора магнитодиэлектриков, выпускаемых промышленностью, целесообразно выполнять трансформатор с разрезным магнитопроводом.

На заданной частоте преобразования используется ферритовый сердечник.

3.1. Действующие значения токов обмоток трансформатора

Ток первичной обмотки:

Ток вторичной обмотки:

3.2. Произведение поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна

Предварительно зададимся следующими величинами:

- коэффициент заполнения медью окна магнитопровода ;

- приращение магнитной индукции на частоте преобразования  (с использованием табл.5 [1]);

- КПД преобразователя ;

Для определения плотности тока в обмотках трансформатора, необходимо найти габаритную мощность  и отношение . Плотность тока определим по (табл.6 [1]).

Для вычисленного отношения  плотность тока .