ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ΔIL =[(1/kтр )(Uвх – ΔUкэ.нас)( 1- γmax) + ΔUв.пр+ ΔURL ]γmax/(2Lфfp).
ΔIL=[(1/0,34)(24-0,5)(1-0,5) + 0,75+0,0384] 0,5 /(2∙2,04∙10-6∙50000)= 86,635 А.
Поскольку энергия в нагрузку в этой схеме передается на интервале импульса, т.е. открытого состояния транзистора, целесообразно применить L-C сглаживающий фильтр, индуктивность которого обеспечивает накопление энергии и уменьшает амплитуду пульсации тока цепи нагрузки.
Выше был выбран дроссель фильтра, индуктивность которого равна 2,04 мкГн. Определен также размах отклонения тока обмотки дросселя, ΔIL=86,635 A. Действующее значение переменной составляющей тока, протекающего через обмотку дросселя и конденсатор:
Определим далее произведение индуктивности и емкости фильтра, LфCф по формуле:
LфCф=(1-γ)/(8kп2f2)=(1-0,5)/(8∙0,06∙500002)= 4,167∙10-10ГнФ.
Емкость фильтра CФ можно определить, разделив рассчитанное выше значение LфCф= 4,167∙10-10ГнФ, а на Lф = 2,04∙10-6 Гн:
CФ = 4,167∙10-10/ (2,04∙10-6) = 2,043∙10-4 Ф=204,3 мкФ.
Выбранный конденсатор должен удовлетворять одному важному требованию: действующее значение тока, который он способен пропустить, должно быть не менее рассчитанной выше величины ΔILд.з=
. С учетом этого требования емкость выбранного конденсатора может быть больше рассчитанного значения.По справочным данным выбираем конденсатор фирмы EPCOS для импульсных преобразователей постоянного тока серия B43580, параметры которого:
– номинальное значение емкости, CN=4700 мкФ;
– рабочее напряжение UcN=100 В;
– максимальное допустимое действующее значение переменной составляющей тока, Iпер.д.з=26 А;
– rC=35∙10-3Ом.
Следовательно, падение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора фильтра от амплитуды переменной составляющей тока составит:
ΔUC = IАС m∙rC =1,41∙25,1∙35∙10-3=1,24 В.
Определим амплитуду пульсаций напряжения на выбранном конденсаторе при протекании по нему переменного тока пульсаций:
IАС m =1,41∙25,1 A:
Определим коэффициент пульсаций напряжения нагрузки при выбранных параметрах фильтра:
kп2= Uп2/Uнг=
/36=6,66∙10-10<0,01,
что удовлетворяет требованию задания по ограничению пульсаций напряжения нагрузки.
Проверка параметров фильтров на резонанс.
Необходимо выполнение условия.
ωc.к < 0,5ωп
ωп= 6,28∙50000 = 314∙103
0,5ωп = 157∙103 с-1.
(10 210)<(157 000).
Параметры фильтра удовлетворяют требованиям отсутствия резонанса и обеспечивают заданную техническим заданием допустимую величину коэффициента пульсации напряжения нагрузки.
2.3 Расчет сечения проводов трансформатора
Уточним амплитудное значение импульса тока, протекающего по вторичной обмотке:
I2m = Iнг.ср + ΔIL / 2 = 8,0+86,635 / 2 = 51,31 А.
Определим действующие значение тока вторичной обмотки
трансформатора I2 при γmax = 0,5 и Iнг N =8 А.
Действующее значение тока вторичной обмотки с учетом пульсаций тока:
Действующее значение тока первичной обмотки с учетом пульсаций тока:
I1= I2/ kтр=
/0,34=16,62 А.Амплитудное значение импульса тока, протекающего по первичной обмотке:
I1m= I2m/ kтр=51,31 /0,34=150,91 А.
Среднее значение тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора:
I1ср= I1m∙ γ max=150, 91 ∙0,5=75,46 А.
Определим далее сечение проводов обмоток, выберем провода и определим коэффициент заполнения окна kзап. Обязательным условием возможности выполнения трансформатора является выполнение условия kзап<0,4.
Требуемое сечение провода вторичной обмотки
q2 = I2 / j = 5,652 /2,216 =2,55 мм2.
Требуемое сечение провода первичной обмотки
q1 = I1 / j =16,62 / 2,216 = 7,5 мм2,
где j=2,69 А/мм2 – плотность тока.
С целью устранить влияние поверхностного эффекта (или уменьшить его влияние) на увеличение активного сопротивления обмоток трансформатора выполняем их многожильным проводом марки ПЭЛР-1, предельная рабочая температура которого равна 105C.
Первичную обмотку выполняем из 78 проводов сечением 0,096221 мм2впараллель, тогда результирующее сечение этого многожильного провода q1 будет равно:
q1 = 78∙0,096221 = 7,5052 мм2.
Вторичную обмотку выполняем из 27 проводов тем же сечением 0,096221 мм2, впараллель, тогда результирующее сечение этого многожильного провода q2 будет равно:
q2 = 27∙0,096221=2,598 мм2.
Проверяем коэффициент заполнения окна:
kзап = (q1W1 + q2W2)/ Soк = (7,5052∙5+ 2,598∙15) / 515= 0,149.
Коэффициент заполнения окна менее 0,4, следовательно, трансформатор можно изготовить и уточнение расчета трансформатора не требуется.
Из табл.данных определим, что диаметр выбранного провода с изоляцией составляет 0,39 мм, а сечение провода с изоляцией составит 0,11939 мм2.
Таким образом, эквивалентное сечение многожильного витка первичной обмотки с учетом изоляции составит:
q 1экв.из=78∙0,1139=8,8842 мм2,
а эквивалентное сечение многожильного витка вторичной обмотки с учетом изоляции составит:
q 2экв. из=27∙0,1139=3,0753 мм2.
Эквивалентному сечению q 1экв. из соответствует эквивалентный диаметр провода одного эквивалентного витка с учетом изоляции:
Эквивалентному сечению q2экв. из соответствует эквивалентный диаметр провода одного эквивалентного витка с учетом изоляции:
При изготовлении трансформатора необходимо выполнить следующие требования электробезопасности, приведенные выше:
1. Межобмоточную изоляцию выполняем в виде 3 слоев лавсановой пленки толщиной 0,0254 мм. Со связующим веществом толщина диэлектрика составляет 0,16 мм.
2. Расстояние между выводами первичной и вторичной обмоток устанавливаем 0,7 см.
3. Между первичной и вторичной обмотками установлен электростатический экран (экран Фарадея) в виде слоя медной фольги толщиной 0,035 мм. Со связующим веществом толщина электростатического экрана составляет 0,076 мм.
2.4 Выбор транзистора
Транзистор выбираем по максимальному (амплитудному) значению тока стока (или коллектора) и максимальному напряжению сток-исток (или коллектор-эмиттер). Ранее без учета наличия всплеска импульса тока было определено максимальное значение тока первичной обмотки трансформатора I1m =150,91 А.
С учетом коэффициента запаса по току току kз.т=2 ток стока транзистора I стN должен быть не менее 302 А.
Воспользуемся рекомендациями по выбору транзистора по току с учетом всплеска импульса тока первичной обмотки:
Iст max=(1,2; …; 1,5)(1,2; …; 1,4)∙1,2∙РвыхK'/(ηUвх maxγmin)=(7; …; 10)Pвых/Uвх max
Значение γ = γmin определим для режима работы преобразователя при максимальной величине входного напряжения Uвх max.
Uвх = Uвх max = 24(1+0,1) = 26,4 В;
U нг N = (1/k тр) (U вх max – ΔU кэ.нас)γ min – ΔU в.пр – ΔU RL;
γ min =(U нг N + ΔU в.пр + ΔU RL) ∙k тр/ ( U вх max – ΔU кэ.нас) = (24 + 0,75 + 0,0384) 0,34 / (26,4 – 0,5);
γmin =0,325.
Определим номинальное значение тока стока транзистора с учетом наличия всплеска импульса тока, воспользовавшись для этих целей вышеприведенной формулой.
Примем η=0,9 и определим остальные параметры:
K'=Uвх max./ Uвх min=1,1/0,9=1,222;
γmin=0,325;
Рвых=36∙8=288 Вт;
Uвх max=1,1∙24=26,4 В;
I ст max =1,2∙288∙1,222/(0,9∙26,4∙0,325)=55 А.
Для выбора транзистора примем значение I ст max =302 А.
Номинальное напряжение транзистора сток-исток U с-и определим по формуле:
U с-и max = U вх max + U вх max ∙γ min/(1-γmin) = Uвх max /(1-γmin) =26,4/(1-0,325)=17,82 В.
С учетом рекомендаций, коэффициента запаса по напряжению, kз.н, принимаем равным 4, т.е. kз.н =4.
Таким образом, транзистор необходимо выбирать на напряжение не менее 72 В.
Окончательно принимаем решение по требуемым параметрам транзистора.
Номинальное значение тока стока должно быть не менее 302 А, а номинальное значение напряжения Uс-и N – не менее 72 В.
Учитывая, что рабочая частота fp принята равной 50 000 Гц, а также учитывая рекомендации, необходимо выбирать транзистор MOSFET. Таким требованиям удовлетворяет транзистор IRFP4368PbF, параметры которого:
Uc-и =75 B; Iст max = 350 А; R нас = 1,85∙10-3 Ом.
Суммарное время включения и выключения транзистора (tвкл + tвыкл) < 0,25 мкс.
Тепловое сопротивление переход-исток транзистора, Rп-и=0,24 ºС / Вт.
Таким образом, падение напряжения в открытом состоянии транзистора при токе I1m = I cт m = 150,91 А составит ΔUс-и= 150,91∙1,85∙10-3 = 0,2792 В.
Это падение напряжения меньше принятого ранее при расчете падения ΔUкэ.нас = ΔUс-и= 0,5 В. Уточнение расчета не требуется.
2.5 Выбор диодов VD1 и VD2
Выбор диода VD1 проводим по среднему значению импульса тока вторичной обмотки трансформатора I2ср = I2mγmax=8∙0,5=4 А с учетом коэффициента запаса по току kз.т=2, Iв.ср = kз.т∙4=2∙4=8 A и максимальному обратному напряжению.
Амплитудное значение обратного напряжения на диоде VD1 определяется напряжением, прикладываемым к нему на интервале паузы:
Uобр m = (Uнг N+ΔUв.пр+ΔURL)/γmin ;
U2m = (8+0,75+0,0384)/ 0,325 = 27,04 В.
С учетом коэффициента запаса по напряжению kз.н=2 необходимо выбирать диод VD1 на номинальное обратное напряжение не менее 55 В.
В качестве диода VD1 выбираем диод Шoттки 8TQ080/IR на ток Iв N =8 А; Uв.обр N =80 В; ΔUв.пр =0,72 В.
Выбор диода VD2 проводим по среднему значению тока, протекающего по обмотке дросселя на интервале паузы tп=T-tи. При γmax=0,5 этот ток равен току, протекающему по обмотке дросселя на интервале импульса tи:
IVD2 ср=Iнг N(1-γmax)=8∙0,5=4 А.
С учетом коэффициента запаса по току kз.т=2
Iв.ср = kз.т ∙4=2∙4=8 A.
Максимальное обратное напряжение на диоде VD2 появляется на интервале импульса и равно амплитуде напряжения вторичной обмотки на интервале импульса:
UVD2 обр=U2m=Uвх max/ kтр=(26,4-0,5)/0,34=76,2 В.
С учетом коэффициента запаса по напряжению kз.н=1,5 необходимо выбирать диод VD2 на номинальное обратное напряжение не менее 112 В.
В качестве диода VD2 выбираем диод Шoттки 10CTQ150 на ток Iв N =10 А; Uв.обр N =150 В; ΔUв.пр =0,73 В.
2.6 Расчет потерь мощности и коэффициента полезного действия ОПП
Определим электрические потери в обмотках трансформатора. Воспользовавшись справочными данными, приведем габаритные размеры выбранного сердечника магнитопровода (рис.2). Размеры указаны в сантиметрах.