Расчет питающего трансформатора

3.2 Расчет питающего трансформатора

Схема генератора, чтобы обеспечивать заданные параметры, должна питаться постоянным напряжением 12±0,5В. Поэтому, учитывая, что напряжение в сети может изменяться на 5%, и зная падение напряжения на выпрямителе, будем использовать трансформатор с напряжением вторичной обмотки ~15В. Трансформатор должен иметь малые габариты и небольшую массу. Он должен быть рассчитан на ток в нагрузке 0,25 А. Но таких, которые удовлетворяли бы вышеуказанным условиям, наша промышленность не выпускает. Исходя из этого, произведем расчет трансформатора по методике изложенной в [18].

1.Определяем напряжение и ЭДС обмоток по формуле:

Е₁»0,95U₁,(3.1)

E₁»0.95*220=209 В,

U₂»(U₀+2)/1.1,(3.2)

U₂»(15+2)/1.1=15.5 B

где U₁ и U₂ – напряжение первичной и вторичной обмоток соответственно;

U₀ – выходное напряжение.

2. Находим ток обмоток:

I₂=1.8×I₀,(3.3)

I₂=1.8*0.25=0.45A,

I_1,2=1.8*I₀U₂/U₁, (3.4)

I_1,2=1.8*0.25*15.5/220=0.032 A

где I_1,2 и I₂ - токи первичной и вторичной обмоток;

I₀ – ток в нагрузке.

I₁»I₂×N,(3.5)

N=U₂/U₁,(3.6)

N=15.5/220=0.07,

I₁»0.45×0.07=0.03 A

где N – коэффициент трансформации.

3. Определяем габаритную мощность трансформатора:

P_габ=U₁×I₁=U₂×I₂,(3.7)

P_габ=15,5×0,45=6,98 Вт.

4.Выберем магнитопровод. Выбор магнитопровода производится с помощью выражения:

Q_сQ_o= P_габ×100/(2,22¦ВJhk_ck_мs),(3.8)

где Q_о - площадь окна магнитопровода, приходящаяся на обмотки стержня, см²;

h - коэффициент полезного действия трансформатора, h=0,82;

s – число стержней несущих обмотки;

k_м – коэффициент заполнения окна медью обмотки, k_м=0.23;

J – плотность тока в обмотках, А/мм²;

B – магнитная индукция в магнитопроводе, Тл;

¦ - частота питающей сети;

k_c – коэффициент заполнения магнитопровода сталью, k_с=0.93;

Q_с – полное сечение стержня магнитопровода, см².

Q_сQ_o= 6,98×100/(2,22×50×1,2×6,2×0,82×0,93×0,23) = 2,47 см².

По справочным таблицам выберем магнитопровод Ш10х10 имеющий Q_сQ_o=2,5см²; Q_c=1см²; Q_o=2,5см²; a=b=1см; h=2,5 см; c=1см; l_c=8.6см; l_м=7,1см; G=0.059 кг.

5.  Подсчитаем число витков обмоток:

n₁=E×10⁴/(4.44¦BQ_ck_c),(3.9)

n₁=209×10⁴/(4.44×50×1.2×1×0.93)=8436

n₂=E₂×n₁/E_1,(3.10)

n₂=8436*15.5/209=626

6.  Находим диаметр провода:

d=1.13,(3.11)

d₁=1.13=0.081,

d₂=1.13=0.3

7.  Определяем потери в стали:

P_c=p_уд×G, Вт(3.12)

где p_уд – удельные потери в стали, Вт/кг;

G – масса магнитопровода, G=0.059 кг

P_c=1.5×0.059=0.0885

8.  Найдем потери в меди. Для этого определяем сопротивление обмоток:

r=2.2×10^-4×l_м×n/d²,(3.13)

где l_м – средняя длина витков обмоток, см

r₁=2.2×10^-4×7.1×8436/0.06²=3660.3 Ом,

r₂=2.2×10^-4×7.1×626/0.25²=15.6 Ом,

тогда потери в меди P_м равны:

P_м=I₁²×r₁+I₂²×r₂,(3.14)

P_м=0.032²×3660.3+0.452×15.6=3.04 Вт

Охлаждающую поверхность броневого магнитопровода найдем по формуле:

S_c»2[ac+(a+c)(2a+2b+h)],(3.15)

S_c»2×[1×1+(1+1)(2×1+2×1+2.5)]=28 см²

Для оценки превышения температуры трансформатора определяют удельные охлаждающие поверхности стали s_c и меди s_м. Если полученные значения s_c и s_м не менее 20 см², то превышение температуры можно считать допустимым (40-60?С).

9.  Удельную поверхность охлаждения магнитопровода находим по формуле:

s_c=S_c/P_c,(3.16)

s_c=28/0.0885=316 см²/Вт >> 20 см²,

т.е. нагрев магнитопровода будет незначительным.

10.  Найдим охлаждающую поверхность катушки:

S_м»2[(2a+c)(2b+h)+2b(4b+3h)],(3.17)

S_м»2[(2×1+1)(2×1+2.5)+2×1(4×1+3×2.5)]=64 см²

Удельная поверхность охлаждения обмотки:

s_м=S_м/P_м,(3.18)

s_м=64/3.04=21 см² > 20 см²,

т.е. нагрев катушки будет ниже допустимого.

Таким образом, трансформатор будет иметь следующие габаритные размеры: 50x30x30 мм.

3.3 Расчет задающего генератора и таймера

Расчет задающего генератора проводится в следующей последовательности:

1.  Находим частоту модуляции счетчика К561ИЕ16:

f_o=1/Т,(3.19)

где Т-период качания частоты, сек.

f_o=1/3=0,33 Гц

2.  Частота задающего генератора определяется по формуле:

f_г=f_o×2ⁿ,(3.20)

где n – разряд счетчика.

f_г=0,33×2¹⁴=5,4 кГц

Эта частота является начальной для работы счетчика.

3. Затем находим сопротивление R1 для верхней рабочей частоты задающего генератора, при R2 равному нулю и зададимся С1 равному 540 пФ:

R1=(3.21)

R1=100 кОм

4. Определяем из формулы для f_г R2 для нижней рабочей частоты задающего генератора:

f_г=(3.22)

R2=4,8 кОм

Расчет электронного таймера проводится по следующей методике:

5.  Время работы таймера:

t=R×C(3.23)

Зададимся С4, равное 220 мкФ, при нижней границе срабатывания t=1мин (R6=0).

R5= t/C4= 5,1 кОм

6.  Находим R6, при верхней границе срабатывания таймера t=30 мин:

R6=(3.24)

R6= 100 кОм

3.4 Расчет ГУНа

Расчет ГУНа заключается в определении по специальным номограммам [19], приведенным на рисунке 3.3, частотные характеристики ГУНа: а) зависимость центральной частоты ГУНа f₀ от R9 и C8; для частоты сдвига f_сдв; зависимость пределов частот от отношения R11/R9.

Рисунок 3.3 – Частотные характеристики ГУНа

Исходными данными являются: R9=R11= 100 кОм, С8=6800 пФ. Определяем по номограммам центральную частоту f₀=40 кГц. Выбранную частоту следует сместить (сдвинуть) на величину Df_сдв=22 кГц, если вывод 12 микросхемы CD4046B и нулевой провод соединить через резистор R11.

При соотношении номиналов R11/R9=1 находим по номограмме (рисунок 3.3, в) отношение f_max/ f_min=3,3.

3.5 Расчет усилителя мощности

Порядок расчета усилителя мощности, собранного по двухтактной схеме с параллельным включением транзисторов, следующий [ ]:

1.  Выбираем тип транзистора исходя из заданной мощности по условию:

P_kmax ³ P₁(3.25)

25 Вт ³ 15 Вт

Наиболее подходящий, в нашем случае, транзистор КТ815Г.

2.  Выбираем напряжение питания из условия:

Е=(0,5¸0,8) U_кдоп,(3.26)

Е= 12 В.

3.  Рассчитываем эквивалентное сопротивление нагрузки:

R¢э=,(3.27)

где r_вн – сопротивление пьезоэлектрического преобразователя, равное 4,7 кОм.

R¢э==21.4 кОм

4.  Определяем амплитуду тока в цепи первичной обмотки трансформатора:

I₁=(3.28)

I₁=

5.  Рассчитываем мощность, потребляемую каскадом:

P₀=(3.29)

P₀=18,3 Вт

6.  Подсчитываем постоянную составляющую тока питания:

I₀=(3.30)

I₀=1.5

7.  Определяем КПД:

h=(3.31)

h= 0.82

8.  По заданной нагрузке рассчитываем входное сопротивление системы:

R¢э=(3.32)

где С_эл – электрическая емкость преобразователя, равная 5 нФ;

w₀ – резонансная частота, равная 251200 рад/сек.

R¢э=13,37 кОм

9.  Определяем коэффициент трансформации выходного трансформатора:

n=(3.33)

n=0.83

Таким образом, были произведены расчеты основных параметров: трансформатора, который будет иметь следующие габаритные размеры 50x30x30 мм и коэффициент трансформации N=0,07; задающего генератора (частоту модуляции счетчика) и таймера; и электрические параметры усилительного выходного каскада. По номограммам были определены центральная частота ГУНа f₀=40 кГц и f_max/ f_min=3,3.

Похожие работы

Лазеры и их применение в медицине

Скачать

84833

1

2

... объему активной среды и максимальной мощности (энергии) источника внешнего возбуждения (накачки). Основными особенностями лазерного излучения, делающими его перспективным для применения в различных областях медицины, являются высокие направленность, монохроматичность и энергоемкость. Высокая направленность лазерного излучения характеризуется тем, что угловое расхождение его пучка в свободном ...

История отечественного приборостроения

76024

0

0

... и теплоизмерительных приборах и регуляторах в основном удовлетворялась, то в металлургии, химической, пищевой и других отраслях дело обстояло несколько хуже. Отставание развития отечественного приборостроения от быстро растущей потребности народного хозяйства в приборах и средствах автоматизации вызвало необходимость создания и развития отраслевого приборостроения. В химической промышленности ...

Ультразвук и инфразвук

Скачать

31383

1

0

... . Это очень высокая слуховая чувствительность. С другой стороны, самые громкие звуки интенсивнее порога слышимости в 100 триллионов раз! В природе существуют звуки с частотой менее 16 Гц (инфразвуки) и более 20 Гц (ультразвуки). Человеческий голос - главное, на что ориентировано ухо,- имеет частоты в диапазоне 500-3000 Гц, и, следовательно, наш слух обеспечивает восприятие речи с большим запасом. ...

Организационная основа использования физической культуры на детском курорте и общем курорте

Скачать

145056

0

0

... поэтому тренировки могут проводиться 5-6 раз в неделю. Однако, например, ежедневный бег с использованием малых нагрузок менее эффективен, поскольку вызывает значительно меньшие функциональные сдвиги в организме. Характеристика основных форм оздоровительной физической культуры на общем и детском курорте По степени влияния на организм все виды оздоровительной физической культуры (в зависимости ...