Расчет сечения проводов трансформатора

 

Уточним амплитудное значение импульса тока,      протекающего по вторичной обмотке.

 

I _2m = I _нг.ср+ Δ I_L /2 = 5+ 4,7/2 = 7,35 А.

Определим действующие значение тока вторичной      обмотки трансформатора I ₂ при γ_max = 0,5 и I _{нг N} =5 А.

Действующее значение тока вторичной обмотки с учетом пульсаций тока

I ₂=5•0,7071=3.54 А

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом пульсаций тока:

I ₁= I ₂/ k _тр=3,54/2,45=1,44 А.   

Амплитудное значение импульса тока, протекающего по первичной обмотке:

I _1m= I _2m/ k _тр=7, 35/2,45=3 А.   

Среднее значение тока,      протекающего по первичной обмотке трансформатора:

I _1ср= I _1mγ _max=3•0,5=1,5 А.  

Определим далее сечение проводов обмоток, выберем провода и определим коэффициент заполнения окна k _зап. Обязательным условием возможности выполнения трансформатора является выполнение условия k _зап<0,4. Требуемое сечение провода вторичной обмотки q ₂ = I ₂ / j = 3,54 /4,4 =0,805 мм².    

Требуемое сечение провода первичной обмотки

q ₁ = I ₁ / j =1,44 / 4,4 = 0,327 мм²,    

 

где j =4,4 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 105 ^оC (учебное пособие№1, табл. 39). 

Первичную обмотку выполняем из 1 проводов сечением 0,327 мм² впараллель, тогда результирующее сечение этого многожильного провода q ₁ будет равно: q ₁ = 1•0,327 = 0,327 мм².

Вторичную обмотку выполняем из 15 проводов тем же сечением

0,05726 мм², впараллель, тогда результирующее сечение этого многожильного провода q ₂ будет равно: q ₂ = 15•0,327=4,9 мм².

Проверяем коэффициент заполнения окна

k _зап = (q ₁ W ₁ + q ₂ W ₂)/ S _oк = (0,327•42+ 4,9•16,8) / 2,57= 0.373

 

Коэффициент заполнения окна менее 0,4, следовательно, трансформатор можно изготовить и уточнение расчета трансформатора не требуется.

Из табл. 38 учебного пособия №1 определим, что диаметр выбранного провода с изоляцией составляет 0,31 мм, а сечение провода с изоляцией составит 0,06574 мм². Таким образом, эквивалентное сечение многожильного витка первичной обмотки с учетом изоляции составит:

q _1экв.из=1•0,06574 =0,06574 мм², 

а эквивалентное сечение многожильного витка вторичной обмотки с учетом изоляции составит: q _{2экв. из}=15•0,06574 =0,9861 мм².

Эквивалентному сечению q _{1экв. из} соответствует эквивалентный диаметр провода одного эквивалентного витка с учетом изоляции d 1экв. из = 0.288 мм

Эквивалентному сечению q _{2экв. из} соответствует эквивалентный диаметр провода одного эквивалентного витка с учетом изоляции d 2экв. из = 1.12 мм

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.

 

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 I _1m =0,487 А. С учетом коэффициента запаса по току k _з.т=2 ток стока транзистора I _{ст N} должен быть не менее 1 А. 

I _ст max=(1,2; …; 1,5)(1,2; …; 1,4)•1,2• Р _вых K '/(η U _вх maxmin)=

(7; …; 10) P _вых/ U _вх max.

Значение γ = γ_min определим для режима работы преобразователя при максимальной величине входного напряжения U _{вх max}. U _вх = U _{вх max} = 198(1+0,1) = 217,8 В;

U _нг N = (1/ k _тр)(U _вх max - Δ U _кэ.нас)γmin – Δ U _в.пр - Δ U RL; γmin =(U нг N + Δ U в.пр + Δ U RL) k тр/(U вх max - Δ U кэ.нас)= = (36 + 0,75 + 0,72) 2,45 / (217,8 –5) = 0,431.

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 '= U вх max./ U вх min=1,1/0,9=1,222; γ_min = 0,388; 

Р _вых=36•5=180 Вт; 

U _{вх max}=1,1•198=217,8 В; 

I _{ст max} =2.4•1,2•180•1,222/(0,9•217,8 •0,388)=4,21 А.

Рассчитанный стока I _{ст max}  транзистора практически совпадает с рассчитанным выше значением тока стока транзистора (1 А). Для выбора транзистора примем значение 

I ст max =4 А.

Номинальное напряжение транзистора сток-исток U _с-и определим по формуле

U с-и max = U вх max + U вх max min/(1-min) = U вх max /(1-min) = =217,8/(1-0,388)=356 В.

Коэффициента запаса по напряжению принимаем равным k _з.н =2,7. Таким образом, транзистор необходимо выбирать на напряжение не менее 1000 В.

Окончательно принимаем     решение по требуемым параметрам транзистора.

Номинальное значение тока стока должно быть не менее 1,2 А, а номинальное значение напряжения не менее 1000 В.

Учитывая, что рабочая частота f _p принята равной 50 000 Гц, а также учитывая рекомендации, приведенные в подраздел 2.4,учебного пособия №1 необходимо выбирать транзистор MOSFET. Таким требованиям удовлетворяет транзистор (учебное пособие №1, табл. 22) STP80NF10/STM, параметры которого:

U _c-и =1000 B; I _{ст max} = 5 А; ∆ U _с-и = 3-5 В; P _max =135 Вт.

Это падение напряжения меньше принятого ранее при расчете падения Δ U _кэ.нас = Δ U _с-и= 5 В. Уточнение расчета не требуется.

 

 

2.7. Выбор диодов VD 1 и VD 2

 

Выбор диода VD 1 проводим по среднему значению импульса тока вторичной обмотки трансформатора I _2ср = I _2m_max=7,35•0,5=3,675 А с учетом коэффициента запаса по току k _з.т=2, I _в.ср = k _з.т • I _2ср =2•3,675=7,35 Aи максимальному обратному напряжению.

Амплитудное значение обратного напряжения на диоде VD 1 определяется напряжением, прикладываемым к нему на интервале паузы:

U обр m = (U нт N +Δ U в.пр+Δ U RL)/γmin;

U _обр.m =(36+0,75+0,0775)/ 0,388 = 94,91 В. 

С учетом коэффициента запаса по напряжению k _з.н=2 необходимо выбирать диод VD 1 на номинальное обратное напряжение не менее 190 В.

 

В качестве диода VD 1 выбираем диод Шoтки NRWM/ Taw (учебное

пособие№1, табл. 20) на ток I _{в N} =7,5 А; U _{в.обр N} =200 В; Δ U в.пр =0,57 В;. I у.тm = 0,1 А.

Выбор диода VD 2 проводим по среднему значению тока, протекающего по обмотке дросселя на интервале паузы t _п= T - t _и. При _max=0,5 этот ток равен току, протекающему по обмотке дросселя на интервале импульса t _и:

I VD 2 ср= I нг N (1-max)=5•0,5=2,5 А. 

С учетом коэффициента запаса по току k _з.т=2 I _в.ср = k _з.т •2,5=2•2,5=5 A.

Максимальное обратное напряжение на диоде VD 2 появляется на интервале импульса и равно амплитуде напряжения вторичной обмотки на интервале импульса:

U VD 2 обр= U 2m= U вх max/ k тр=217,8/2,45=88,9 В.

С учетом коэффициента запаса по напряжению k _з.н=1,5 необходимо выбирать диод VD 2 на номинальное обратное напряжение не менее 100 В.

В качестве диода VD 2 выбираем диод Шoтки MBR735/ Taw 

I в N =7,5 А; U в.обр N =200 В;

Δ U в.пр =0,57 В;. I у.тm = 0,1 А.