3.5. Основные параметры, характеризующие работу двухтактного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора, дппн-I

На рис.19 приведена схема ДППН-I.

Рис.19. Схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме c выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора, ДППН-I

Расчет загрузки элементов схемы и их выбор

Для определения коэффициента трансформации трансформатора, k_тр, зададимся максимальным коэффициентом заполнения импульса D_max = 0,9.

Это значение D_max будет при минимальном входном напряжении, U_{вх min}:

U_{вх min} = U_{вх N} (1- ΔU_{вх %} /100 ) (213)

и номинальном токе нагрузки I_{нг N}.

Определим требуемую величину коэффициента трансформации трансформатора, k_тр=W₁/W₂:

k_тр = (U_{вх min} - 2ΔU_кэ.нас)D_max /[U_{нг N} + ΔU_RL + (ΔU_тр + ΔU_в.пр)D_max], (214)

где ΔU_тр – падение напряжения на обмотках трансформатора, приведенное к вторичной обмотке.

Можно рекомендовать задаваться величиной ΔU_тр =(0,01-0,02)U_{нг N.} [3].

ΔU_в.пр– падение напряжения на открытом диоде.

Примем ΔU_в.пр=1 В.

ΔU_RL –падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя сглаживающего фильтра. Можно рекомендовать задаваться величиной ΔU_RL =(0,01– 0,02)U_{нг N} [3].

ΔU_кэ.нас – падение напряжения на открытом транзисторе. Зададимся величиной ΔU_кэ.нас=1 В.

Определим амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора при номинальном значении входного напряжения, U_{вх N} :

U_{2m N} =(U_{вх N} - 2ΔU_кэ.нас) / k_тр . (215)

Номинальное значение коэффициента заполнения импульса, D_N, определим из соотношения

(U_{2m N} – ΔU_тр – ΔU_в.пр)D_N = U_{нг N} + ΔU_RL;

D_N = (U_{нг N} + ΔU_RL) /( U_{2m N} – ΔU_тр – ΔU_в.пр). (216)

Определим минимальный коэффициент заполнения импульса, D_min :

D_min =(U_{нг N} + ΔU_RL) /(U_{2m max}–ΔU_тр –ΔU_в.пр).

Максимальное значение амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора U_{2m max} определим по формуле (217):

U_{2m max} =(U_{вх max}–2ΔU_кэ.нас) /k_тр . (217)

Далее следует определить действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме

(218)

Действующее значение напряжения первичной обмотки трансформатора

U_1N = U_2N k_тр .

Это же напряжение может быть определено через входное напряжение

U_{вх N} и D_N :

(219)

Рассчитанные значения U_1N должны быть одинаковы.

Определим действующие значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора

I_2N = (I₂ / I_d) I_{нг N} (220)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

I_1N = (I₁ / I_d)I_нгN / k_тр (221)

Для однофазных обмоток с выводом нулевой (средней) точки обмотки

коэффициент, определяющий отношение действующего значения тока обмотки к среднему значению тока цепи постоянного тока, равен 0,78 (см. таблицу 1).

Расчет промежуточного высокочастотного трансформатора

С целью минимизации размеров стабилизатора напряжения целесообразно увеличивать рабочую частоту трансформатора. Рабочее значение частоты в первую очередь зависит от магнитных свойств феромагнитного материала, из которого выполнен сердечник трансформатора. При использовании сердечника из пермаллоя рабочая частота трансформатора может быть принята в пределах 5-10 кГц.

Расчетная мощность трансформатора, первичная и вторичная обмотки которого выполнены с выводом нулевой точки определяется по формуле (222):

S_тр =(2U_1N I_1N + 2U_2N I_2N) . (222)

Определим сечение сердечника трансформатора

(223)

Коэффициент С=0,5. Принимаем остальные параметры равными

α =2÷4; f=5000 Гц; В=0,5 Тл ; j=2,5 А/мм².

Далее следует выбрать стандартный сердечник.

Габаритные размеры сердечников высокочастотных трансформаторов, выполненных из сплава 79НМ, приведены в таблице 2 [3].

Определим число витков первичной обмотки

W₁ = U₁/(4BS_cf). (224)

Число витков вторичной обмотки

W₂ = W₁/k_тр.

Уточним величину коэффициента трансформации:

k_тр = W₁/W₂.

Сечение провода первичной обмотки

q₁ = I_1N/j.

Сечение провода вторичной обмотки

q₂ = I_2N/ j.

Провода для обмоток выбираем по справочным данным, приведенным в табл. 52.

Определим коэффициент заполнения окна трансформатора k_зап. Учтем при этом, что трансформатор содержит две первичные и две вторичные обмотки.

k_зап=(2q₁W₁+2q₂W₂)/S_ок. (225)

где S_ок – площадь окна выбранного ранее сердечника магнитопровода трансформатора.

Коэффициент заполнения окна трансформатора с тороидальным сердечником не должен превышать 0,2, т.е. k_зап≤0,2.

Определим в первом приближении активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке [3]:

(226)

Электрические потери в обмотках трансформатора:

ΔР_эл.тр = I²_dR_тр. (227)

Потери в магнитопроводе трансформатора:

ΔР_м = Р_удm. (228)

где: Р_уд – удельные потери пермаллоя, Вт/кг; m – масса сердечника магнитопровода, кг.

Суммарные потери в трансформаторе

Р_тр= Р_эл.тр+ Р_м. (229)