812-Энергет_электроника_УМП

10

3.2Задачи по расчету непосредственных преобразователей постоянного напряжения (НПН)

Предполагается, что студенты понимают физику работы преобразователей. Количественные соотношения для расчета параметров элементов непосредственных преобразователей постоянного напряжения (НПН) понижающего, повышающего и по- лярно-инвертирующего типов приведены в Приложении 1.

3.2.1. Рассчитать электрические параметры элементов НПН понижающего типа по исходным данным: напряжение источника питания 25В, среднее напряжение на нагрузке 10В, ток нагрузки 1А при коэффициенте пульсаций напряжения на нагрузке 5 % и частоте переключения транзистора 1кГц.

Методика решения задачи.

1. Формализуем исходные данные, примем необходимые допущения и соответствующие обозначения величин, характеризующих параметры элементов силовой схемы преобразователя.

Схема НПН понижающего типа приведена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1

Дано:

1.1.Е = 25 В.

1.2.Uн = 10 В.

1.3.Iн = 1 А.

1.4.кп' = 5 %.

1.5.f = 1 кГц.

----------------------

Определить: γ, L1, ∆IL1, IL1, C, Uс, UVT, IVT макс, UVD обр,, IVD ср.

11

Нарисовать временные диаграммы токов и напряжений, характерные для схемы.

2. Основные допущения.

2.1. Будем считать все элементы идеальными:

–транзистор и диод безинерционны, т.е. переключаются мгновенно;

–падения напряжения на открытом транзисторе и диоде в прямом направлении равны нулю;

–сопротивление закрытого транзистора и диода в обратном направлении равны бесконечности;

–активное сопротивление дросселя равно нулю;

–ток утечки конденсатора равен нулю (саморазряд конденсатора отсутствует).

Воспользовавшись соотношениями, приведенными в таблице (Приложение 1), определим параметры элементов схемы.

3. Относительная длительность γ открытого состояния транзистора

γ= Uн =10 =0,4.

Е25

4.Граничное значение индуктивности дросселя, обеспечи-

вающее непрерывность тока в нем, определяется по выражению:

В нашем случае Uн и Iн постоянны. Выбираем L1 = 6 10–3 Гн > Lгр.

5. Определим пульсации тока в дросселе

12

6. Находим действующее значение тока дросселя

7. Определим величину емкости сглаживающего конденса-

тора

8. Напряжение на конденсаторе равно напряжению нагрузки

UC1 = Uн = 10 В.

9. Максимальное напряжение, прикладываемое к транзистору в закрытом состоянии

UVT макс = Е = 25 В.

10. Максимальное значение тока, протекающего через транзистор

IVT макс = Iн + IL =1+0,5 =1,5 А. 2

11. Среднее значение тока диода определяется по выраже-

нию

IVD ср = Iн(1 – γ) = 1(1 – 0,4) = 0,6 А.

12. Обратное напряжение, прикладываемое к диоду, равно напряжению источника питания

UVDобр макс = Е = 25 В.

1. Формализуем задачу.

Схема преобразователя приведена на рисунке 3.3.

16

5

Uн

E

= 0

4

= 0,01

3

= 0,025

2

= 0,05

= 0,1

1

Рис. 3.5

4. Определяем относительное сопротивление активных по-

терь:

5. По регулировочной характеристике НПН повышающего типа для соотношения

UЕн = 2 , при ρ = 0,05 находим: γ* = 0,65.

6. Относительную длительность открытого состояния транзистора следует увеличить на ∆γ

17

Δγ = γ*−γ = 0,65 −0,5 = 0,15.

3.2.3. Определить амплитуду переменной составляющей напряжения нагрузки в НПН полярно-инвертирующего типа при напряжении источника питания 40В ± 50 %, если напряжение нагрузки 40В, ток нагрузки 0,4А, емкость выходного конденсатора 50мкФ, а частота переключения транзистора 1кГц.

1. Формализуем задачу.

Нарисуем схему полярно-инвертирующего НПН, рис. 3.6.

2. Основные допущения:

Транзистор и диод идеальны, не имеют падений напряжения в открытом состоянии и переключаются мгновенно. В закрытом состоянии сопротивление транзистора и диода равно бесконечности, токи утечки соответственно равны нулю.

Сопротивление активных потерь дросселя равно нулю

rL = 0.

Среднее значение напряжения на нагрузке при изменении Е остается постоянным за счет изменения γ.

18

Для решения задачи воспользуемся соотношениями, приведенными в Приложении 1.

3. Величина емкости конденсатора, установленного на выходе НПН повышающего типа, определяется выражением

где Rн мин = Rн = Uн = 40 =100 Ом — величина постоянная,

Iн 0, 4

а γ — изменяется в пределах от γмин до γмакс при изменении напряжения питания от Емакс до Емин соответственно.

Емакс = Е(1 + 0,5) = 40 1,5 = 60 В;

Емин = Е(1 – 0,5) = 40 0,5 = 20 В.

4. Преобразуя выражение (3.1), найдем зависимость коэффициента пульсаций от γ.

5. Находим размах переменной составляющей напряжения нагрузки из выражения:

19

кп' = Uвых. , следовательно, 2Uн

∆Uвых. = Uн кп' = 2·40·0,072 = 1,68 В.

3.3 Задачи по расчету автономных инверторов

3.3.1. Рассчитать электрические параметры элементов схемы однотактного транзисторного инвертора с противотактными ключами и накопительным конденсатором по следующим исходным данным: напряжение нагрузки 100 В; сопротивление нагрузки 200 Ом; частота инвертирования 1 кГц. Привести временные диаграммы токов и напряжений, характерные для данной схемы.

Схема, соответствующая описанию, представлена на рис. 3.7.

1. Формализуем исходные данные, примем необходимые допущения.