сации напряжения на емкости Cq и сопротивлении нагрузки. Зная коэффициент сглаживания Г-образного звена, можно определить произведение LCj.

В П-образном фильтре наибольший коэффициент сглаживания достигается при Cq = Cj. Индуктивность дросселя L определяем по ранее приведенной формуле.

резистивно-емкостных фильтров

в выпрямителях малой мощности в некоторых случаях применяются фильтры, состоящие из резистора и конденсатора (рис. 9.6). В таком фильтре теряется относительно большое напряжение и соответственно имеют место значительные потери энергии в резисторе Кф, но габаритные размеры и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

Коэффициент сглаживания Г-образного RC фильтра (рис. 9.6)

q = тшС; -

Выражая R в омах, С в микрофарадах, получаем для = 50 Гц

КфСМК + Кф) * 3200q/m.

Сопротивление резистора Кф определяется с учетом КПД фильтра.

Оптимальный КПД имеет порядок 0,6...0,8. При КПД, равном 0,8, Кф = 0,25R .

Емкости определяются по формуле

Ci = 16Ioq/(mUo),

где Iq-tok нагрузки, мА.

При Rф = 0,25 R напряжение на входе фильтра Uo = 1,25 и„.

Расчет П-образного резистивно-емкостного фильтра (рис. 9.6) проводится, как и в случае П-образного LC фильтра, разделением этого фильтра на емкостной Со и Г-образный LCj фильтр.

и. mi

Рис. 9.6

-о

--о

9.4. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Маломощные силовые трансформаторы при их массовом производстве проектируют и изготовляют на стандартных сердечниках, составляющих унифицированные ряды.

Для питания аппаратуры от сети 50 Гц широко применяются трансформаторы броневого и стержневого типов. По технико-экономическим показателям предпочтительны трансформаторы стержневого типа, выполненные на стандартных магнитопроводах оптимальной формы. Броневая конструкция практически равноценна стержневой по массе, но уступает по объему и стоимости. Несмотря на эти недостатки для малых мощностей (до 100...200 В А) при напряжениях менее 1000 В, отдают предпочтение броневым трансформаторам, как более простым по конструкции. При мощности в несколько сотен вольт-ампер наиболее перспективными являются стержневые трансформаторы с двумя катушками на ленточных магнитопроводах оптимальной формы.

Заданными величинами при расчете трансформатора (рис. 9.7) являются напряжение питающей сети Uj (В); напряжения вторичных обмоток Uj, из...(В); токи вторичных обмоток Ij, 1з,...(А); частота тока сети питания (Гц).

Расчет трансформатора проводится в следующем порядке:

1. Определяем ток первичной обмотки трансформатора

1 ~ ll(2) + ll(3) + Il(n)-

Составляющие тока первичной обмотки, вызванные токами вторичных обмоток, нагруженных на выпрямители, определяются по формулам, приведенным в табл. 9.3 и 9.4.

Составляющие, вызванные токами вторичных обмоток, при резистивной нагрузке равны

Ii( , = I U /Ui,

где п > 2-порядковый номер обмотки.

2. Определяем габаритную мощность трансформатора

= (U ,1, + U2I2 + U3I3 + ... + и„1 )/2т1.

Здесь Т1 - КПД, значение которого для маломощных трансформаторов находится в пределах 0,75...0,95.

3. По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод на данную мощность.

Стандартный магнитопровод можно выбрать также по произведению S S см*, где S и S ,-площадь поперечного сечения стержня магнитопровода и площадь окна (S = ba; S ,ch):

S S = S,-10/(2,22f,Bjk M).

Для броневых и стержневых трансформаторов, выполненных на пластинчатых магнитопроводах из горячекатаной стали, индукцию в стержне сердечника можно принять в пределах В = 1,2...1,3 Т. В трансформаторах, вьшолненных на ленточных сердечниках из холоднокатаной стали, В = 1,5...1,65 Т.

Плотность тока j в проводах обмоток транс-

форматора может составлять 3,5...4,5 А/мм для трансформаторов мощностью до 100 В - А и 2,5...3,5 А/мм для трансформаторов мощностью от 100 до 500 В А.

Значения коэффищ1ентов заполнения медью окна сердечника к„ при Г„ = 50 Гц:

Sr, ВА к„

15 ...50 0,22... 0,28

50 ... 150 0,28 ... 0,34

150... 300 0,34...0,36

300 ... 1000 0,36 ... 0,38

Значения коэффициентов заполнения сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода:

Толщина ли- для пла- к„ для леп-

ета (ленты) стинчатых точных маг-магнитопро- нитопрово-водов дов

0,95 ... 0,97 0,93 ... 0,95

0,35 ... 0,5 0,89 ... 0,93

0,2 ... 0,35 0,82 ... 0,89 КПД определяем из рис. 9.8.

Определив S S выбираем стандартный магнитопровод, у которого данное произведение больще или равно расчетному.

Выбрав из таблиц магнитопровод, находим его основные размеры.

4. Определяем число витков обмоток трансформатора

Ui(l-AUi/100)-10*

W2.3 =

4,44fBS 0(1 --AU2/100)10*

4,44f BS

Падение напряжения находим на рис. 9.9.

О, 0,8

Рис. 9.8

Рис. 9.9

5. Определяем диаметр проводов обмоток трансформатора (без учета толщины изоляции)

2. 3..

,= l,13Vli,2,3,... /j.

Выбираем марку провода и определяем диаметры проводов обмоток трансформатора с учетом толщины изоляции di , .....d .

Обмотки маломощных низковольтных трансформаторов выполняются в основном из проводов с эмалевой изоляцией (ПЭ, ПЭВ-1, ПЭВ-2).

6. Определяем толщину обмоток трансформатора и проверяем, умещаются ли они в окне выбранного сердечника.

9.5. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Классификация и основные параметры

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие постоянство напряжения на стороне потребителя с заданной степенью точности. Они подразделяются в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы переменного и постоянного напряжения. По принципу действия стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные.

Основными параметрами стабилизаторов постоянного напряжения, характеризующими качество стабилизации, являются:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению-отнощение относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора:

~AU U

где AU , Аи. -приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном токе нагрузки; U , и, -номинальные входное и выходное напряжения стабилизатора.

2. Внутреннее сопротивление стабилизатора Г[, равное отнощению приращения выходного напряжения AU к приращению тока нагрузки Alg при неизменном входном напряжении:

г<=-Аи..,/А1н-

Зная внутренее сопротивление, можно определить изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки. В стабилизаторах напряжения внутреннее сопротивление может достигать тысячных долей ома.

3. Коэффициент сглаживания пульсаций

1 и„

где и„ 1, U,j i-соответственно амплитуды пульсации входного и выходного напряжений стабилизатора.

Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения

Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов часто применяются кремниевые стабилитроны и стабисторы.

Для увеличения стабилизируемого напряжения стабилитроны могут быть включены последовательно. Параллельное включение стабилитронов недопустимо, так как небольшая разница в рабочих напряжениях, которая всегда имеет место, приводит к неравномерному распределению протекающих через них токов.

На рис. 9.10, а представлена схема однокас-кадного параметрического стабилизатора на кремниевых стабилитронах.

При увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на гасящем резисторе Rj. Приращение напряжения на гасящем резисторе примерно равно приращению напряжения на входе стабилизатора, так что напряжение на выходе стабилизатора при этом изменяется незначительно. Для термокомпенсации включены диоды VD,.

Если необходимо получить большую точность стабилизации, применяют двухкаскадный стабилизатор (рис. 9.10,6). Коэффициент стабилизации в этом случае равен произведению коэффициентов стабилизации первого и второго каскадов.

На рис. 9.10, в дана схема параметрического стабилизатора, в котором вместо гасящего резистора включен стабилизатор тока. Включение стабилизатора тока эквивалентно включению гасящего резистора с очень большим сопротивлением и позволяет повысить КПД вследствие уменьшения входного напряжения при достаточно большом коэффициенте стабилизации.

Расчет параметрических стабилизаторов

Исходные данные: номинальное значение выходного напряжения и, . В; максимальный и минимальный токи нагрузки 1н„ , 1нга!п>

А; коэффициент стабилизации К„; внутреннее сопротивление г Ом; амплитуда переменной составляющей выходного напряжения и. 1, В; относительные отклонения напряжения сети в сторону повышения и понижения а„ , а„, .

Расчет однокаскадного стабилизатора

1. Зная и, по напряжению стабилизации выбираем тип стабилитрона VD1 или тип и число последовательно включенных стабилитронов; определяем дифференциальное сопротивление г„, предельные токи стабилизации 1 , напряжение стабилизации U (при последовательном включении нескольких стабилитро-

п п

нов и„ = Хи , г„ = Х'стп, где п-число стабилитронов).

2. Уточняем выходное напряжение стабилизатора

3. Задаемся коэффициентом пульсации на входе стабилизатора

k . = U i/U = a. = 0,02...0,05.

4. Определяем максимальный коэффициент стабилизации

и.ы,(1 - а^п - а~)

(н max ст min) ст

Убеждаемся, что заданная величина К„ < К„,.

Если К„ > К необходимо применить

варианты рис. 9.10, о, в.

5. Определяем номинальное, минимальное и максимальное значения входного напряжения стабилизатора:

1 - а„. - а. / К,

1 - К.,

и„ , = и„(1 -а„, ); и„ = и„(1 --а„, ).

6. Определяем сопртивление резистора R,.; Rn < [U (l - a i - a.) - U ]/(I +

IcToiin)

Определяем мощность, рассеиваемую в резисторе Rr,:

PRri = (u .,-u, )VR.i.

По ГОСТу выбираем резистор с ближайшим меньшим номиналом на соответствующую мощность.

7. Находим максимальный ток стабилитрона

[(Ua. ..-U. )/R,J-I. i .

Ю VT