Решение

1. Емкость конденсатора на входе фильтра можно рассчитать по формуле

где I_н = 0,0094 А = 9,4 мА – ток нагрузки;

U_вх = 24 В – выпрямленное напряжение на входе фильтра (рассчитано в примере 6).

Выбирается электролитический конденсатор К50-6 номинальной емкостью С₁ = 20 мкФ.

Номинальное рабочее напряжение конденсатора U_c ≥ 1,2·U_вх , U_c ≥ 1,2·24 = =28,8 B. Выбирается конденсатор с номинальным рабочим напряжением 50 В (табл. 6.3.П) [2].

2. Определяется коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения мостовым выпрямителем на входе фильтра:

3. Необходимый коэффициент сглаживания пульсаций фильтром

Так как q < 25 и I_н < 20 мА, то выбирается однозвенный RC-фильтр, который обеспечит требуемый уровень пульсаций на выходе, и можно принять R₂ = 0.

Произведение (R₁ + R₂)·C₂ = 3·10³ · q = 3·10³ · 11,8 = 35,4·10³ Ом·мкФ. Сопротивление резистора R₁ = 470 Ом рассчитано и выбрано в примере 6. Тогда емкость конденсатора С₂ можно получить

По таблицам 2.7 и 6.3П [2] выбирается конденсатор электролитический К50-6-50-100 мкф±20 %.

2.2.19. Выпрямитель

В блоках питания систем управления преобразователями обычно применяются выпрямители мостовые или со средней точкой и однополупериодные выпрямители (рис. 2. 18). В мостовом выпрямителе к диодам прикладывается напряжение вдвое меньше (лучше используется трансформатор) чем в выпрямителе с нулевым выводом.

Исходными данными для расчета и выбора диодов выпрямителя, диодных модулей являются: среднее значение максимального выпрямленного напряжения на входе стабилизатора и на входе фильтра , среднее значение выпрямленного тока.

Максимальное мгновенное значение напряжения, которое прикладывается к диодам мостового выпрямителя в обратном направлении, можно рассчитать по формуле

При выборе диодов по напряжению необходимо выполнить условие

U_обр > U_m.

Среднее значение тока, протекающего через диоды мостового выпрямителя в прямом направлении, равно

При выборе диодов по току необходимо выполнить условие

I_п > I_пр.

Пример 8. Выполнить расчет мостового выпрямителя для источника питания генератора пилообразного напряжения со стабилизатором (расчет дан в примере 6) и с фильтром, рассчитанным в примере 7. Исходные данные: U_вх = 24 В, ΔU_вх = 0,16, I_н + I_ст = 0,0094 + 0,0396 = 0,049 А.

Решение

1. Максимальное мгновенное значение напряжения, которое прикладывается к диодам мостового выпрямителя в обратном направлении, равно

2. Среднее значение тока, протекающего через диоды мостового выпрямителя в прямом направлении, равно

3. Из таблицы 7П [2, 12] выбирается диод типа Д219А с U_обр = 70 В,

I_п = 100 мА и ΔU_пр = 1,1 В по условию 70 В > 41,8 В, 100 мА > 24,5 мА.

4. Рассчитывается активное сопротивление диода при прямом включении

2.2.20. Трансформатор

Трансформатор блока питания обычно является многообмоточным и служит в основном для согласования напряжения обмотки собственных нужд тягового трансформатора с напряжением питания блоков системы управления преобразователем, а также для синхронизации импульсов.

Определяется сопротивление трансформатора:

где U_вх – напряжение на входе стабилизатора, В (рассчитано в примере 6);

I_н, I_ст – соответственно ток нагрузки, ток пробоя стабилитрона в мА, которые рассчитаны в примере 7.

Рассчитывается действующее напряжение U₂ на вторичной обмотке трансформатора:

где R_пр – активное сопротивление диода выпрямителя при прямом включении.

Рассчитывается действующий ток I₂ во вторичной обмотке трансформатора:

Определяется полная мощность вторичной обмотки:

Подобные расчеты выполняются для всех источников питания, которые обеспечивают электрической энергией другие блоки системы управления преобразователем: и так далее.

Рассчитывается действующий ток первичной обмотки трансформатора:

Вычисляется габаритная мощность трансформатора, которая для двухтактных выпрямителей определяется по формуле

.

Находится произведение площади сечения сердечника трансформатора Q_c на площадь окна магнитопровода Q_o , которое в зависимости от марки провода обмотки равно:

– для провода марки ПЭЛ;

– для провода марки ПЭШО;

– для провода марки ПШД.

Из таблицы 11П [2] по значению Q_c·Q_o выбирается площадь окна магнитопровода Q_o, ширина стержня сердечника магнитопровода а и другие геометрические размеры.

Сечение сердечника магнитопровода можно определить

Необходимая толщина пакета пластин равна

Отношение С/а рекомендуется брать в пределах С/а = 1 – 2. Если отношение С/а выйдет за рекомендуемые пределы, то необходимо выбрать другие размеры магнитопровода.

Определяется число витков первичной обмотки и вторичных обмоток:

, .

Рассчитывается диаметр обмоточных проводов первичной и вторичных обмоток:

, , .

По расчетным значениям диаметра обмоточных проводов из таблицы 8П [2] выбираются ближайшие диаметры проводов, которые изготавливаются заводами.

Пример 9. Рассчитать трансформатор блока питания, который одновременно служит для синхронизации импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителя с напряжением сети. К вторичным обмоткам трансформатора соединены выпрямители: источника питания двух ГПН с U_вх2=24 В и I_н2 = 49 мА; источника питания двух НО с U_вх3 = 32 В и I_н3=65,37 мА; источника питания двух ГПИ с U_вх4 = 17,6 В и I_н4 = 77,35 мА; источника питания двух БВУ с U_вх5 = 20 В и I_н5 = 54 мА.