Исходные данные:

U_вх = 96 В

К_вх1 = 0,95 %

К_вх2 = 1,05 %

U_н = 127 В

I_н = 10 А

I_нmin = 9,5А

U_н = 50 мВ

f = 6,5 кГц

Рис.1. Принципиальная схема однотактной силовой схемы ИСН.

Первый этап расчета

1. Мощность нагрузки ИСН (в Вт):

Р_н = U_{н *} I_н

Р_н =127 10 = 1270 Вт

где U_н – напряжения на нагрузке, В; I_н – ток в нагрузке, А.

2. Минимальное амплитудное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора

U_{1M min} = U_вхmin – U_к.э.н.

где U_вхmin = U_вх.1 U_вх.ном = 96 0,95 = 91,2 В

U_к.э.н - напряжение коллектор – эмиттер силового транзистора в режиме насыщения, на этом этапе принимаем его равным 0,7.

U_{1M min} = 91,2 – 0,7 = 90,5 В

3. Минимальное амплитудное значение напряжения на вторичное обмотке трансформатора где падение напряжения на дросселе; сопротивление обмотки дросселя.

где U_др = R_др I_н = 0,2 - падение напряжения на дросселе

R_др - сопротивление обмотки дросселя

4. Коэффициент трансформации

К_тр = U_{2M min} / U_{1M min} =133,94 / 90,5 = 1,48

5. Максимальное амплитудное напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U_{2M mах} = U_{1M mах} К_тр = 95,06 1,48 = 140,7 В

где U_{1M mах} = К_вх2 U_вхmin – U_к.э.н

U_{1M mах} = 1,05 91,2 – 0,7 = 95,06 В

6. Минимальное значение коэффициента заполнения импульсов напряжения на трансформаторе

ɣ_min = = = 0,36

7. Эффективные значения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора

U_1эф = U_{1м min max} = 90,5 0,6 = 57,03 В

U_2эф = U_{2м min max} = 133,94 0,6 = 84,42 В

8. Эффективные значения токов во вторичное и первичной обмотках трансформатора

I_2эф = I_{н max}

I_2эф = I_{2 max} = 10 0,6 = 6 А

где I₂ = I_н - амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I_1эф = I_2эф К_тр = 6 1,48 = 8,88 А

9. Теперь можно найти габаритную мощность трансформатора (в ваттах )

Р_габ =

где К_у- коэффициент потерь на питание схемы (УУ) с учетом ее потребления

Примем К = 0,02, тогда можно определить добавочную мощность трансформатора

Р _{потр. у.у.} = Р_нК_у = 0,02 1270 = 25,4 Вт

10. Рассчитаем параметр характеризующий электромагнитную мощность

трансформатора – S ( в см²). Это произведение активного поперечного сечения магнитопровода трансформатора S (в см²) на площадь окна сердечника S (в см²), заполняемого обмотками трансформатора:

S_ст S_ок ≥ cм⁴

где _ΔВ – диапазон изменения магнитной индукции в сердечнике трансформатора за время рабочего импульса t и t₁ [Тл]; f – частота работы ИСН [кГц]

11. Расчет электрических параметров высокочастотного трансформатора.

    1. Максимальная длительность импульса напряжения (в мкс) на обмотках трансформатора

t_{u max} = T ɣ_max = 0,000154 0,38 = 0,00005544 сек

где Т = 1/ f = 1/6500 = 0,000154 сек

2. Число витков первичной W₁ и вторичной W₂ обмоток силового трансформатора:

W₁ =

W₂ = W₁ К_тр = 31 1,48 = 46

3. Диаметры меди проводов (в мм);

Для первичной обмотки:

D_1м =

Для вторичной обмотки

D_2м = мм

4. Ближайший диаметр по меди D_1ном = 1.2мм, D_2ном= 1,45 мм

Диаметры с лаковой изоляцией D_1из =1,131мм, D_2из=1,65 мм

Площадь провода с изоляцией S_1из= 1,65мм², S_2из=1,13 мм²

5. Суммарная площадь поперечного сечения (в см²), занимаемая в окне сердечника первичной и вторичной обмотками:

S_Σ = (S_1Σ + S_2Σ)/100 = (153,45 + 156)/100 = 6,09 см²

S_1Σ = S_1изW₁NN₁ = 153,45 см²

S_2Σ = S_2изW₂NN₂ = 156 см²

6. На основе предыдущих данных определим коэффициент заполнения окна сердечника обмотками:

K_o =S_Σ/S_o = 6.09/32,2 = 0,191

7. Длина провода (в мм), необходимого для намотки первичной и вторичной обмоток:

L_1н = L_ср.в1 W₁ /100 = 19,68 31 /100 = 6,1 мм

L_2н = L_ср.в2 W₂ /100 = 22,96 46 /100 = 10,56 мм

где L_ср.в – средняя длина витка при намотке (в см), определяется по выражениям:

L_ср.в1 = 0,12(D_вн - D + 2H) = 0,12(100 – 64 + 128) = 19,68 мм

L_ср.в2 = 0,14(D_вн - D + 2H) = 0,14(100 – 64 + 128) = 22,96 мм

8. Активное сопротивление постоянному току (Ом) первичной и вторичной обмоток

R₁ =

R₂ =

9. Рассчитаем полное сопротивление обмоток с учетом коэффициента данного сечения

R_n1 = K_f R₁ = 1.014 0.0016 = 0.001622 Ом

R_n2 = K_f R₂ = 1.014 0.0028 = 0.002839 Ом

где R_n – полное сопротивление проводника с учетом поверхностного эффекта

K_f - коэффициент поправки на влияние высокой частоты

10. Найдем среднюю длину намоточного слоя (в мм)

где D – внутренний диаметр сердечника

_Δh – толщина изоляционного каркаса сердечника, 0,1 мм

11. Число витков в одном слое первичной обмотки

где К_укл – коэффициент укладки обмотки; 0,62

D_1из и D_2из – диаметр провода с изоляцией

12. Число слоев первичной обмотки N₁ с округлением до целого числа в большую сторону:

N₁ = W₁ / W_1сл

N₁ = 31 / 12,46 = 3 слоя

13. Толщина первичной обмотки трансформатора ( в мм)

Н₁ = N₁ (D_1из + Δ₁) = 3 (1,53 + 0,03) = 5 мм

где Δ₁ – толщина межслойной изоляции, ее значение примем 0,03

14. Число витков в одном слое вторичной обмотки трансформаторa

N₂ = W₂ / W_2сл = 46 / 15 = 3

15. Толщина вторичной обмотки ( в мм)

Н₂ = N₂ (D_2из + Δ₂) = 3 (1,28 + 0,03) = 4 мм

Δ₂ = 0,03 мм

16. Рассчитаем внутреннюю толщину (в мм) всех обмоток:

Н_обм = Н₁ + Н₂ + Δ_с.в. = 5 + 4 + 0,156 = 9,156 мм

Δ_с.в. = (D_вн /D) h = (100/64)0,1 = 0,156 мм – толщина изоляции сердечника по внутренней стороне трансформатора, мм

17. Внешний диаметр трансформатора ( в мм)

+ 2Δ_из

+ 2 0,05 = 114,3 мм

18. Действительный диаметр окна катушки трансформатора (проверочный параметр)