3.7. Основные параметры, характеризующие работу двухтактного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по полномостовой схеме, дппн-II

Рис.20. Полномостовая схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения, ДППН-II

Расчет загрузки элементов схемы и их выбор

Для определения коэффициента трансформации трансформатора, k_тр, зададимся максимальным 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 ).

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], (237)

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=1-1,5 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=1-1,5 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.

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). (238)

Определим минимальный коэффициент заполнения импульса, D_min :

D_min =(U_{нг N} + ΔU_RL) /(U_{2m max}–ΔU_тр –ΔU_в.пр). (239)

U_{2m max} =(U_{вх max}–2ΔU_кэ.нас) /k_тр. (240)

Далее определим действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме

(241)

Действующее значение напряжения первичной обмотки трансформатора

U_1N = U_2N k_тр. (242)

Это же напряжение может быть определено через входное напряжение

U_{вх N} и D_N :

Равенство рассчитанных значений U_1N свидетельствует о точности выполненных расчетов.

Определим действующие значения токов первичной и вторичных обмоток трансформатора.

Действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора

I_2N = (I₂ / I_d) I_{нг N} . (243)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

I_1N = (I₁ / I_d)I_нгN / k_тр. (244)

Значения коэффициентов (I₂ / I_d) и (I₁ / I_d) приведены в таблице 1. При выборе этих коэффициентов необходимо обращать внимание на схему выполнения обмоток.

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.

Определим расчетную мощность трансформатора

S_тр =(U_1N I_1N + 2U_2N I_2N) /2 . (245)

Определим сечение сердечника трансформатора. Сердечник выполнен из пермаллоя 79 НМ.

(246)

Коэффициент С=0,5. Принимаем остальные параметры равными

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

Определим число витков первичной обмотки

W₁ = U₁/(4BS_cf).

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 таблице 52.

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

k_зап=(q₁W₁+2q₂W₂)/S_ок.

Коэффициент заполнения окна трансформатора с торроидальным 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]:

(247)

Электрические потери в обмотках трансформатора:

ΔР_эл.тр = I²_dR_тр .

Потери в магнитопроводе трансформатора:

ΔР_м = Р_удm .

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

Суммарные потери в трансформаторе

Р_тр= Р_эл.тр+ Р_м.