Расчет магнитно-транзисторного преобразователя

Содержание

Введение.......................................................................................................... 4

1. Описание магнитно - транзисторного преобразователя (МТП).........5
2. Расчет транзисторного переключателя ................................................7
3. Расчет трансформатора...........................................................................9
4. Расчет выпрямителя...............................................................................12
5. Расчет фильтра........................................................................................13

Заключение......................................................................................................14

Список используемой литературы................................................................ 15

Приложение………………………………………………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В устройствах автоматики, информационно-измерительной и вычислительной технике широко применяются функциональные преобразователи с частотно-импульсным выходом. Большие перспективы имеют магнитно-транзисторные преобразователи (МТП) постоянного тока в частоту, которые представляют собой сочетание магнитного усилителя с магнитным мультивибратором (магнитно-усилительные инверторы). Эти преобразователи очень просты, надежны, и имеют высокий коэффициент полезного действия и помехоустойчивость, а также хорошие метрологические характеристики. Они позволяют получить все функциональные зависимости, реализуемые в магнитных усилителях, в импульсно-частотной форме: в виде зависимости частоты выходного сигнала от тока (напряжения) входного сигнала. Можно также получить одновременно два выходных сигнала: дискретный и аналоговый.

Быстродействие МТП определяется схемой базового магнитного усилителя  и может составлять один-два полупериода  колебаний выходного сигнала.

С помощью релейных МТП  осуществляется режим работы инвертора, при котором зависимость частоты  выходного сигнала от тока управления приобретает релейный характер с  перепадом частот 10. Амплитуда выходного  напряжения при этом не изменяется. Такие МТП находят широкое применение в системах телеуправления и телесигнализации с частотным уплотнением каналов и малым отношением сигнал-помеха. Преобразователи с частотной самомодуляцией, позволяют легко осуществить любой закон изменения частоты во времени, перспективны в качестве измерительных генераторов качающейся частоты, особенно в низкочастотном диапазоне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Описание магнитно - транзисторного преобразователя (МТП)

Наиболее широко используемые МТП средней мощности целесообразно  выполнять по двухтактовой схеме  с трансформаторной обратно связью.

Рис.1   Функциональная схема МТП

Рис.2    Принципиальная схема двухтактного преобразователя с самовозбуждением

Делителем R1, R2 в схеме задается исходный разбаланс напряжений смещения на базах  VT1, VТ2. Это приводит к тому, что один из транзисторов (например, VТ1) приоткрывается и по секции W_к1 первичной обмотки преобразователя начинает протекать ток определенного напряжения. Наведенное в обмотке W_б1 напряжение U_б1 суммируется с открывающим напряжением смещения на базе транзистора VТ1, а напряжение U_б2 вычитается из напряжения смещения на базе транзистора VТ2.  Далее процесс регенерации (действия положительной обратной связи) переводит транзистор VТ1 в режим насыщения, а транзистор VТ2 закрывается. Коллекторный ток I_к1 транзистора VТ1 увеличивается, поток Фс в сердечнике трансформатора изменяется по линейному закону до положительного насыщения в момент времени t1. В момент насыщения сердечника напряжение  на обмотках W_б1, W_б2 становится равным нулю, ток базы транзистора VТ1 резко уменьшается. Теперь в процессе регенерации транзистор VТ2 переводится в открытое состояние, а транзистор VТ1 закрывается.

     Когда же  сердечник достигает своего отрицательного  насыщения, в момент времени  t2, транзистор VТ2 выключается, а транзистор VТ1 включается. Новый цикл начинается каждый раз при достижении одним из этих двух транзисторов режима насыщения.

В приложении 1 представлены временные диаграммы изменения тока iк коллектора (обмоток Wк1, Wк2)транзисторов VT1, VT2, потока Ф в сердечнике трансформатора Тр, напряжение в выходной обмотке Wб.

 

 

 

 

рис.4 Петля гистерезиса                             рис.5 Конструкция сердечника

сердечника

 

2. Расчет транзисторного переключателя.

 

Дано:

PН, Вт	IН, А	UП, В	tMAX, оС	tMIN, оС	F, Гц
30	0,2	24	55	-50	1400

P_Н – мощность преобразователя;

I_Н – ток нагрузки;

U_n - напряжение питания;

t_MAX, t_MIN – максимальная и минимальная температура окружающей среды;

F – частота преобразователя;

 

Максимальное значение коллекторного  тока каждого транзистора VT1, VT2:

 

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

 

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером  каждого из транзисторов VT1, VT2:

 

Напряжение на нагрузке :

 

- к.п.д. преобразователя.

=1,5 – коэффициент насыщения транзисторов.

Сопротивление резистора  R1, делителя напряжения:

 

U₁=1 В – величина падения напряжения.

Сопротивление резистора  R2, делителя напряжения:

 

 – величина  емкости блокировочного конденсатора.

Необходимый тип транзистора  выбираем исходя из условий:

;

;

 

 

 Приведенным выше условиям соответствует биполярный транзистор 2SA962A:

, В	60
, А	1,5
, Вт	1
βст	70
	90/300
Uкбо, В	60
F, МГц	100

 

 

- максимальное  напряжение между коллектором  и эмиттером;

 – максимальный коллекторный ток;

 – максимальная мощность рассеиваемая на коллекторе;

β_ст – статический коэффициент;

- коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером;

U_кбо – обратное напряжение коллектор – база;

F – рабочая частота транзистора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет трансформатора.

Дано:

,
3	0.8	0.2	1	0.8	1.5

 

Габаритная мощность трансформатора:

 

Сечение стержня и окна сердечника:

 

Толщина намотки ленты:

 

Внутренний диаметр сердечника:

 

Ширина ленты:

 

Сечение стержня:

 

Действующее значение коллекторного  тока:

 

Действующее значение базового тока:

 

Диаметр провода коллекторной обмотки:

 

 

 

 

Диаметр провода базовой обмотки:

 

Диаметр провода выходной обмотки:

 

Стандартные значения диаметра провода с учетом изоляции:

Ток делителя:

 

Полный ток потребляемый от источника питания:

 

К.п.д. преобразователя:

 

Мощность рассеиваемая на резисторах R1, R2:

 

 

Проверка пригодности  выбранного транзистора, с учетом влияния заданного значения изменения температуры окружающей среды.

- максимально  допустимая температура коллекторного  перехода.

- активная температура;

- температура  из справочника;

 

 – взятое из справочника прямое падения напряжения на открытом транзисторе

С учетом выбранного типа и  принятой конструкции магнитопровода имеем:

 

 

 

Время жизни не основных носителей заряда в базовой области  транзистора:

 

 

Рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора в активном режиме:

 

Рассеиваемая на коллекторе мощность насыщения транзистора:

 

Средняя рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

 

Сравнивая полученные значения мощностей, видим  
, т.е. транзисторы выбраны верно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет выпрямителя.

Для преобразователей мощностью до 1кВт с частотой преобразования 400…2 кГц наиболее часто используется мостовая схема выпрямителя, нагруженного на конденсатор С2. Обычно задаемся требуемым коэффициентом пульсаций на выходе фильтра Qn=0,01. Для данного коэффициента пульсаций на определяется скважность Q:

                    

где α – угол, соответствующий половине интервала времени между импульсами. Его величина обычно лежит в пределах 4…2 эл. градуса.

Т.к. преобразователь имеет мощность Pн=10 Вт и частоту преобразования  f=600 Гц, то используем схему выпрямления, нагруженного на конденсатор С2.

Коэффициент пульсации примем равным Qn=0.01.

Принимая для данного  транзистора , имеем:

 

Среднее значение тока через  диод для мостовой схемы выпрямителя:

 

Амплитуда обратного напряжения на диоде определяется из соотношения:

 

Максимальное значение тока через диод равно:

 

По справочнику, с учетом значений , выбираем диод.

 

5. Расчет фильтра

Величина емкости конденсатора фильтра из соотношения:

 

 – выпрямленный  ток;

- выпрямленное  напряжение;

Выбираем по каталогу стандартный  конденсатор, имеющий рабочее напряжение, равно примерно (1,5…1,7).

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

В ходе проделанной работы ознакомился с принципами работы магнитно - транзисторного преобразователя. Рассчитал  параметры транзисторного переключателя, трансформатора, выпрямителя  и фильтра. Выявил, что выбранный тип транзистора – выбран верно и соответствует заданной схеме.

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы.

1. Курс лекций Малина А.К.
2. Курс лекций Галикян Г.С.
3. Справочник по транзисторам
4. В.И. Лачин, Н.С. Савелов «Электроника»  издание 7-е, Ростов н/Д: Феникс, 2009.

 

 

Приложение 1.

Временная диаграмма изменения  параметров.

 

Спецификация схемы двухтактного преобразователя с самовозбуждением.

Транзистор: 2SA962A p-n-p

Сопротивления R1,R2:

Резистор С1-4 – 133 Ом ± 1,0% - 1,0 - Б ОЖ0.467.130 ТУ

Резистор С2-33R -  3,3 кОм ± 1,0% - 1,0 - Б ОЖ0.467.130 ТУ

Конденсатор сглаживающего  фильтра С_ф: К10-72 до 500В, до 0.04 мкФ