3. Выбор и расчет трансформатора

3.1. Определение действующих значений I₁ и I₂ :

I₁= n₂₁*I_0MAX ;

I₁=0,16*8*=1,3 А ;

I₂= I_0MAX ;

I₂=8*=6,4 А .

3.2. Определяем поперечное сечение стержня на поперечное сечение окна S_CT*S_OK:

Задаёмся значениями:

Коэффициент заполнения медью окна магнитопровода К_ОК=0,35

Приращение магнитной индукции ∆В=0,1 Тл;

Коэффициент полезного действия η=0,6

Определяем габаритную мощность трансформатора:

Р_Г= I₂* U_2m* γ_МАХ(1+ η)/(2* η) ;

Р_Г=6,4*5,95*0,5*(1+0,6)/(2*0,6)=25,4 Вт;

Гц/Вт;

Выбираем плотность тока j=6*10⁶ А/м²

S_CT*S_OK = ;

S_CT*S_OK==0,016*10^-6 м⁴ = 1,6 см⁴

3.3. По значению S_CT*S_OK выбираем тип магнитопровода и уточняем его параметры:

Для данной схемы предпочтительней применять разрезной магнитопровод с броневым ферритовым сердечником.

Тип магнитопровода Ш10х10 ;

S_CT *S_OK=2,08 см⁴ ;

S_CT=1,0 см² ;

Размеры L=36мм, I₀=10 мм, I=26 мм, B=10мм, H=18 мм, h=13мм, L_CP=84мм;

Рис.4. Броневой ферритовый магнитопровод.

3.4. Определяем число витков W1 и W2:

W1= γ_МАХ* U_1m/( S_CT*∆B*fn) ;

W1=0.5*35,63/(1,0*10^-4*0,1*50000)=36 витков ;

W2=W1* n₂₁ ;

W2=36*0,16 =6 витков.

3.5. Определяем поперечное сечение жил провода q₁ и q₂:

q₁=I₁/j ;

q₁=1,3/6*10⁶=0,22*10^-6 м² = 0,22мм²;

q₂=I₂/j ;

q₂=5,2/6*10⁶=0,86 *10^-6 м² = 0,86 мм² ;

По рассчитанным значениям выбираем тип провода ПЭТВ (провод эмалированный термостойкий с лаковой изоляцией).

Для сечения жил провода q₁ выбираем провод ПЭТВ:

Диаметр по меди 0,49 мм;

Диаметр с изоляцией d1=0,55 мм;

Пороговое сопротивление Rп=0,0914 Ом*м.

Для сечения жил провода q₂ выбираем провод ПЭЛШО:

Диаметр по меди 0,93 мм;

Диаметр с изоляцией d2=1,08 мм;

Пороговое сопротивление Rп=0,0253 Ом*м.

Пересчитываем q₁ и q₂ с учетом изоляции:

q₁=;

q₁==0,24 мм² ;

q₂=;

q₂==0,91 мм² ;

Рассчитываем S_OK:

S_OK= S_CT*S_OK/ S_CT;

S_OK=2,08/1,0=2,08 см² = 2,08*10² мм².

3.6. Проверяем условие размещения обмотки в окне магнитопровода:

(q₁*W1+ q₂*W2)/ S_OK≤K_OK ;

(0,24*36+0,91*6)/2,08*10²≤0,35 ;

0,07≤0,35.

Так как условие соблюдается, то обмотка разместится в окне магнитопровода.

3.7. Расчет суммарной величины немагнитного зазора Iз:

∆Iз=W1²*µo* S_CT/L_W1 ;

∆Iз=36²*4*3,14*10^-7*1,0*10^-4/0,000386=4*10^-4 м.

µo=4*π*10^-7 Гн/м.

4. Порядок расчета элементов силовой части преобразователя

4.1. Исходя из значения U_{вых m} , определяем значение выходной емкости Сн:

Сн= γ_МАХ* I_0MAX/(2* U_{вых m}*fn);

Сн=0,5*8/(2*0,05*50000)=0,0008 Ф =800 мкФ.

Согласно значения Сн выбираем конденсатор К50-29 U_НОМ=16 В, Сн=1000мкФ, U_f50=20%. U_f50= 0,2* U_НОМ;

U_f50=0,2*16=3,2В

Определяем амплитуду переменной составляющей напряжения U_f :

U_f= U_f50*K;

U_f=3,2*0,014=0,04 B

U_f< U_выхm

0,04<0,05

где К=0,014 определяется из рис.5.

Рис.5. Зависимость коэффициента снижения амплитуды от частоты

4.2. Определяем максимальное значение тока коллектора I_KMAX транзистора VT1:

∆I_L=U₀(1- γ_МIN)/(fn* n₂₁²*L_W1);

∆I_L=5*(1-0,35)/(50000*0,16²*0,000386)=6,58 A;

I_K1MAX= n₂₁*(I_0MAX/(1- γ_МАХ)+∆I_L/2)/η ;

I_K1MAX =0,16*(8/(1-0,5)+6,58 /2)/0,6=5,14 А.

4.3. Определяем максимальное значение напряжения на закрытом транзисторе U_КЭМАХ:

U_КЭ1МАХ=U_ВХМАХ+U₀/ n₂₁;

U_КЭ1МАХ=57,1+5/0,16=88,35В.

По рассчитанным значениям I_K1MAX и U_КЭ1МАХ выбираем тип биполярных транзисторов:

Необходимо чтобы:

I_KMAX≥ I_K1MAX;

U_си ≥ 1,2*U_КЭ1МАХ(1,2*88,35=106).

Выбираем биполярный транзистор 2Т866А:

Таблица 3. Биполярные транзисторы

Тип транзистора	Тип проводимости	IK (IKMAX) А	UКЭ(UКЭНАС) В	РКМАХ, Вт	h21	ti, мкС
2Т866А	n-p-n	20(20)	160(1,5)	30	15..100	0,1С

Задаёмся следующими значениями:

Напряжение база-эммитер U_БЭНАС=0,8 В

Коэффициент насыщения К_НАС=1,2

t_CП=0,05/fn;

t_CП=0,05/50000=1*10^-6 c

t_ВЫКЛ=t_РАСП+t_CП;

t_ВЫКЛ=1*10^-6+1*10^-6=2*10^-6 c .

t_ВКЛ=1*10^-6 c

4.4. Определяем значение мощности транзистора Рк:

Рк=I_0МАХ*n₂₁*U_КЭНАС* γ_МАХ+0,5*fn* U_КЭ1MAX I_K1MAX (t_ВКЛ+ t_ВЫКЛ)+ γ_МАХ*K_НАС*U_БЭНАС*I_K1MAX/ h₂₁:

Рк=5,0*0,16*0,5*0,5+0,5*50000*88,35*5,14*(1+2)* 10^-6 +0,5*1,2*0,8*5,14/20=24,1Вт.

Проверяем условие Р_КМАХ>1,2* Р_К

30>29

Условие соблюдается значит выбранный транзистор можно использовать в данной схеме преобразования.

4.5. Определяем параметры диода VD1:

I_VD1MAX=I_0MAX/(1- γ_МАХ)+∆I_L/2;

I_VD1MAX=8/(1-0,5)+6,58 /2=19,3 A;

U_VD1MAX=U₀/ γ_МIN;

U_VD1MAX=5/0,35 =14,3В.

По рассчитанным параметрам выбираем диод VD1:

Таблица 4. Параметры диода VD1:

Тип диода	UОБР.МАХ, В	IПР.СР.МАХ, А	IПР.УД., А	fПРЕД., кГц
2Д2998А	15	30	600	200

Находим мощность диода:

Р_VD1=U_ПРVD*I_0MAX/(1- γ_МIN)+fn* U_VD1MAX* I_VD1MAX*0,01/ f_ПРЕД;

Р_VD1=0,7*8/(1-0,35)+50000*14,3*19,3*0,01/200000=9,3 Вт.

4.6. Определяем коэффициент передачи в контуре регулирования:

К_ОС=;

К_ОС =