812-Энергет_электроника_УМП

90

Учитывая, что для надежной работы должно выполнятся ус-

ловие Uкэ макс < Uкэ доп = 450 В, принимаем Uкэ макс = 400 В, а максимальное напряжение на нагрузке

Uн макс = Uн + ∆ Uн(~) = 1,05Uн

и определим коэффициент трансформации из вышеприведенного выражения

Ктр =	Uкэ макс. − Е	=	400 −85	= 0,6.
			50(1 + 0,05)
Uн(1 + 0,05)

4. Относительную длительность открытого состояния транзистора определим из условия равенства вольтсекунд напряжения положительной и отрицательной полуволн напряжения на первичной обмотке трансформатора (при условии непрерывности магнитного потока)

Е γ = Uн (1 − γ) Еγ = UнКтр(1 – γ), W1 W2

γ =	UнКтр	=	50 0,6	= 0,26.
	Е +UнКтр
			85 +50 0,6

5. Чтобы обеспечить заданный уровень пульсаций напряжения нагрузки, необходимо установить на выходе выпрямителя емкостной фильтр, емкость которого определяется выражением:

C	=	Iнγ		=		Uнγ		=
ф		Uн f				Rн0,05Uн f
			0,
=		50			26		= 5, 2		10−6 Ф.

1000,05 50 10 103

6.Определим индуктивность первичной обмотки трансфор-

матора

91

L ≥ L =			Еγ(1 − γ)Ктр				=
w1		кр		2 fIн
=	85 0, 26(1 −0, 26)0,6					= 0, 98 10−3		Гн.
		2 10 103		50
			100

Принимаем Lw1 = 1,5 10–3 Гн.

7. Находим размах пульсаций тока первичной обмотки по выражению:

I	1	=	Uн(1 − γ)Ктр	=	50(1 −0,26)0,6	=1,48 А.
			Lw1 f		1,5 10−3 104

8. Максимальный ток коллектора определяем из соотноше-

ния

			Iн					0,5
Iкэ макс.	=	1 − γ			+	I1	= 1 −0,26 +			1, 48	=1,86 А.
						2
			Ктр				0,6		2

Так как допустимый ток коллектора Iкэ доп = 4 А > Iкэ макс = = 1,86 А, то данный транзистор может быть использован в каче-

стве ключа в преобразовательной ячейке с обратным включением выпрямительного диода с параметрами, заданными в условиях задачи.

3.5.3. Относительная длительность открытого состояния транзисторов однотактной ячейки с прямым включением выпрямительного диода, работающей на активную нагрузку, в три раза больше, чем закрытого. Определить напряжение, прикладываемое к закрытым транзисторам, если возвратные диоды, обеспечивающие размагничивание сердечника трансформатора, подключены к первичной обмотке с «отпайками» по схеме, приведенной на рисунке 3.44, причем отношение числа витков «отпайки» и витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки равно 0,4. Среднее значение напряжения нагрузки 30 В.

92

1.Дано:

Uн = 30 В.

Wотп = W2 = 0,4 . W1 W1

tвкл = 3 tвыкл

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

Определить Uкэ макс

Допущения — так как в задаче не указаны условия работы преобразователя, примем потери в нем равными нулю, т.е. будем считать все элементы идеальными.

2. Относительная длительность включенного состояния транзистора

γ =	tвкл	=	tвкл	= 0,75,
			tвкл + tвыкл
	T

коэффициент трансформации определяется отношением

КТР =	W1	=	W1	=	1	= 2,5.
	W		W
				0, 4
2			отп

3. Амплитудное значение напряжения вторичной обмотки

U2макс = Uγн = 30 = 40В.

0,75

4. Напряжение источника питания найдем из равенства количества вольт на виток при включенных транзисторах

		Е		=	U2макс	, откуда
		W1+2Wотп
					W2
Е = U2макс	W1 +2Wотп		=U2макс(Ктр + 2) = 40 4,5 =180 В.
		W2

		93
	+
		VT1
	UУ	TV1
	VD1	VD3
	WОТП1
	W1	RН
Е		W2
	VD2
	WОТП2
		VT2
	UУ
	-

Рис. 3.44

5. При выключенных транзисторах ток намагничивания включает диоды и протекает по контуру: VD1; +Е; –Е; VD2. Напряжение источника питания Е приложено к обмотке W1, а к транзисторам приложено напряжение, равное сумме напряжений обмоток W1 и Wотп

Uкэ макс =	Е(W1+Wотп)	= Е(1+	1	) = 180(1+	1	) = 252 В.
					2,5
	W1		Ктр

6. При включенных транзисторах к диодам приложено обратное напряжение

Е(W1+Wотп)

Е(

W1

+ 1)

1, 4

U

VDмакс

=

=

Wотп

=

180

= 105В.

W +2W

W1

+ 2

2,4

1

отп

Wотп

94

3.5.4. В схеме, приведенной на рисунке 3.45, определить индуктивность дросселя в цепи источника подмагничивания, обеспечивающего размах пульсаций тока в контуре размагничивания 0,04 А при относительной длительности включенного состояния транзисторов γ = 0,5, если преобразователь, работающий на частоте 20 кГц, обеспечивает в нагрузке напряжение 40 В при соотношении числа витков W1: W2: Wр = 15: 5: 1. Потерями в преобразователе пренебречь, привести временные диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу схемы.

1. Формализуем задачу. Дано:

1.1.Uн = 40 В.

1.2.f = 20 кГц.

1.3.∆Iр = 0,04 А.

1.4.W1: W2: Wр = 15: 5: 1.

1.5.γ = 0,5.

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

Определить Lр; привести диаграммы токов и напряжений.

При помощи дополнительного источника, являющегося за счет дросселя Lр источником тока, устанавливается начальное подмагничивание Н0 и рабочая точка перемещается по петле от –

В0 до В1, вместо Вr – В1. В этом случае размах индукции

		∆В = В1 + В0 > В1 – Вr,
что очевидно из рисунка 3.46.
+
	VD1	VT1
	UУ	TV1	VD3	Lф
			W2	VD4	Cф	RН
Е	W1
	VD2		Wр
			Lр
	UУ	VT2	+	-
				ЕПОД
-
		Рис. 3.45

95

B

B1

Br

H0

H

-B0

Рис. 3.46

2. Так как по условиям задачи потерями можно пренебречь, то напряжение источника питания найдем из соотношения

Е	=	U2макс	=	Uн	Е =	UнW1	=	40 15	= 60 В,
W		W		γW		γW
								5 0,5
1	2		2		2

причем γ — относительная длительность открытого состояния транзисторов в схемах однотактных преобразовательных ячеек, выполненных на двух транзисторах, не может быть более 0,5 (при условии мгновенной коммутации транзисторов).

3. Дроссель служит для подавления переменной составляющей тока в цепи размагничивания. В обмотке WР действует переменное прямоугольное напряжение, аналогичное UW1. Размах пульсаций тока в контуре размагничивания определяется величиной напряжения на обмотке размагничивания WP, причем

Lр Iр =UWP γT ,

а

= ЕWр

UWр W1 ,

откуда

				96
L	=	ЕW	=	60 1		= 2,5 10−3	Гн.
		р		0, 04 2 20	103
р		W1 Iр2 f	15
4. Временные диаграммы токов и напряжений приведены на
рисунке 3.47.
UУ
							t
		Е
UW1
							t
			Е
			IР
iР
					IРСР.
							t
				Рис. 3.47

3.5.5. Определить максимально допустимое напряжение транзистора, работающего в квазидвухтактном преобразователе, выполненном по схеме, приведенной на рисунке 3.48, если напряжение источника питания изменяется в пределах от 40 В до 60 В, а напряжение на нагрузке 25 В, причем число витков вторичной обмотки трансформатора в два раза больше числа витков обмотки размагничивания. Коэффициент загрузки транзистора по напряжению 0,7. Привести характерные для преобразователя временные диаграммы токов и напряжений.

		97
1. Формализуем задачу и примем необходимые допущения.
Дано:
1.1. Емин = 40 В.
1.2. Емакс = 60 В.
1.3. Uн = 25 В.
1.4. W2	= 2.
Wр
1.5. Кз = 0,7.
--------------------------------
Определить Uкэ макс.доп
			LФ
		VD1		RН
			CФ
	VD2	VD3
+
	TV1			TV2
	W2		W'2
	W1			W'1
Е	Wр		W'р	VT2
		VD4	VD5
	VT1
UУ				U'У
-
		Рис. 3.48
Принятые допущения:

–напряжение нагрузки идеально сглажено;

–потерь в преобразователе нет;

–транзисторы и диоды переключаются мгновенно.

2. Временные диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу преобразователя, выполненного по квазидвухтактной схеме, приведены на рисунке 3.49.

98

UУ
U'У	t

Uн
	t
UW2	W2
Емакс.
	W1
UН	t

U'W2

t

Uн W1WР

U кэ макс

Е

UКЭ

t

Рис. 3.49

3. В общем случае напряжение источника питания и напряжение нагрузки в схемах квазидвухтактных преобразователей связаны выражением:

Uн = ЕW2 2γ.

W1

В этом выражении две независимые переменные величины:

99

– γ — относительная длительность открытого состояния транзистора (в идеальном варианте изменяется от 0 до 0,5), при-

мем γмакс = 0,5;

– Ктр = W1 — коэффициент трансформации, связывающий

W2

напряжения первичной и вторичной обмоток.

Находим коэффициент трансформации, приняв γмакс = 0,5 при Емин

КТР =	W1	=	ЕМИН. 2γМАКС.		=	40 2 0,5	= 1,6.
W			U	Н	25
2

4. Амплитуда отрицательной полуволны напряжения первичной обмотки трансформатора находится из выражения:

U (–)W1МАКС =UнW1 = Uн2W1 = 25 2 1,6 = 80 В.

WР W2

5. Максимально допустимое напряжение транзистора определим по выражению:

Uкэ макс.доп =	Емакс +U(−)W1макс	=	60 + 80	= 200 В.
	Кз
		0,7

Рассмотренная схема интересна тем, что при размагничивании трансформаторов энергия отдается в нагрузку, а не отдается

впитающую сеть, что улучшает кпд.

3.5.6.Рассчитать коэффициент трансформации вольтодобавочного трансформатора регулирующего органа с эквивалентным внутренним сопротивлением 4 Ом стабилизатора переменного напряжения 220 В ± 1% с промежуточным звеном повышенной частоты, работающего на нагрузку мощностью до одного киловатта, если напряжение питающей промышленной сети изменяется в пределах от 187 В до 242 В. Стабилизатор выполнен по схеме, приведенной на рисунке 3.50.