Изчисяване на маломощни трансформатори

Изчисляване на трансформатори

1. Сечение на магнитопровода.
    а. за Ш-образни ламели от стомана Э41-Э46
        S_ж = 1,25 (P_tp)^1/2 , cm²
     б. за вити магнитопроводи от стомана Э310 - Э330
         S_ж = 0,8 (P_tp)^1/2 , cm²
2. Брой на навивките на волт.
    а. за Ш-образни ламели
        n₀ = 45/Sж
    б. за вити магнитопроводи
        n₀ = 35/S_ж
Брой на навивките на всяка намотка
        n = n₀U
където n е общия брой навивки за всяка намотка
U - напрежението на намотката, V
3. Броят на навивките за вторичните намотки се увеличава с 10% спрямо броя на навивките в првичната намотка:
        n₂ = 1,1 n₀U₂
4. Ток през намотките.
    а. ток през првичната намотка
        I₁ = 1,1(Ptp/U₁) ,A
където U₁ е напрежението, подадено на првичната намотка, V
    б. ток през вторичните намотки
        I = Ptp/U₁ ,A
5. Диаметър на проводника
При плътност на тока 2,5 A/mm² диаметър на проводника в намотките ще бъде:
        d = 0,7 I^1/2  _, mm6. Проверка за запълването
По таблица 1 се определя заеманата площ от всяка намотка. Отношението на общата площ S_н (в cm²), заемана от всички намотки, към площа на прозореца трябва да бъде:
        K_пр = S_н/S_пр < 0,5 - 0,8като точната стойност на този коефициент на запълването може да се определи по таблица 2 в зависимост от големината на трансформатора.
Таблица 1
Медни кргли емайлирани проводници ПЕТ, ПЕЛ, ПЕМ

номинален диаметър mm	максимален диаметър с изолацията mm	сечение mm2	съпротивление ом/m	приблизителна маса на 1000m kg	брой навивки в 1 cm2 n/cm2
0,05 0,06 0,07 0,08	0,062 0,047 0,086 0,098	0,00196 0,00283 0,00385 0,00503	8,94 6,21 4,56 3,49	0,0175 0,0271 0,0364 0,0478	19000 14000 10000 9000

Таблица 2

обща вторична мощност VA	максимална индукция В, Т при дебелина на ламелата или лентата  0,05 - 0,1 mm	максимална индукция В, Т при дебелина на ламелата или лентата  0,35 - 0,5 mm	коефициент на полезно дийствие	плътност на тока в намотките A/mm	коефициент на заплване на прозореца к

Компенсационен стабилизатор

Често използвани в практиката са компенсационните стабилизатори от последователен тип. Те осигуряват висок коефициент на стабилизация Кст=50÷100 и малко изходно съпротивление Rизх=0,001÷0,01ом. Този вид стабилизатори позволява да се получи изходно напрежение Uz, по-високо от напрежението на стабилизация на ценеровия диод. Схема на такъв стабилизатор е показан фиг.1.

Регулиращия транзистор е съставен от двойката транзистори Т1-Т2, която осигурява по-голям ток и по-малко изходно съпротивление. При изчислението на такъв стабилизатор първо се избира подходящ ценеров диод с напрежение на стабилизация отговарящо на условието:

Uz= (0,3 ÷ 0.8)U2

За да се получи получи зададеното стабилизирано напрежение U2, делителя на напрежение се изчислява  съответствие с изискванията на долната формула:


Ако е необходимо изходното напрежение да се регулира в средната точка на делителя се поставя потенциометър в зависимост от изискваниянията ни за обхвата на регулиране. Делителят на напрежение R7-R8 се избира възможно  по-нискоомен, като ограничението идва от загубата на мощност в делителя и допустимия базов ток на транзистора T3. При оразмеряването е необходимо да се спазва условието:

Ig<0,1It

където:  Ig е тока през делителя, [A]
Управляващия транзистор си изчислява по условията:

Ic max > 3 It max
Uc max > 1,2 (U2+Uce)
Pc max = 1,2 Uce It max

За средно мощни транзистори  U ce = 2÷4V, а за мощни U ce = 3÷10V

Входното напрежение U1 трябва да бъде:

U1 = Uz + Uce

Съпротивлението R4 се пресмята като се има предвид стойностите на токa на стабилизация на ценеровия диод Iz и входното напрежение U1:

R4 = (U1 max - U ceT3) / Iz max

Съпротивлението R5 определя работната точка на регулиращата транзисторна двойка Т1-Т2:

R5 = (U1 max - U ceT2) / IceT2 max

R6 определя работната точка на ценеровия диод. Съпротивлението се определя така че, работната точка да бъде в средата на лавинния преход на диода:

R6 = U2 / Iz cp

Транзисторите Т2 и Т3 се избират по условията за максимален колекторен ток Icmax,допустими напрежения Uce max и Ube max, максимално допустим базов ток Ibmax и мощността на елемента.
Защитата срещу претоварване чрез ограничаване на товарния ток в изхода е най-често прилагана и най-проста за реализация схема показана на фиг.2.



Изчисляването на защитния резистор става по формулата:

Rзащ = 0,65 / It max

Където It max е максимално допустимия товарен ток, при който трябва да започне ограничаването.

Транзисторен симетричен мутивибратор

При предположение, че двата транзистора са еднакви, параметрите на импулсите на този мултивибратор се изчисляват по формулите:

               
               
                                                                                                                                 
                                                                                      
                                                                                      
                                                                           
Електрическата схема на мултивибратора е показана по долу:




Време диаграми на работата на схемата



Приблизителната дължина на импулса:

t1= 0,7.C1.Rb1
t2= 0,7.C2.Rb2

Ако Rb1=Rb2=Rb и C1=C2=C то тогава:

t1=t2=0,7CRb
T=1/f=1,4CRb

При проектирането се трябва да се вземат предвид и условията за достигане на пълната амплитуда на импулсите:

C2Rc1<0,23C1Rb1
C1Rc2<0,23C2Rb2

Както и условията за насищане на транзисторите:

(ßmin.Ec)/Rb1 > (Ec/Rc1) + (2Ec/Rb2)
(ßmin.Ec)/Rb2 > (Ec/Rc2) + (2Ec/Rb1)

Тези условия налагат следните приблизителни ограничения върху коефициентите на запълване:

Q1 = t1/T>S2/(S2+0,3ß)
Q2 = t2/T>S1/(S1+0,3ß)

където: S1 и S2 са съответно коефициентите на насищане на транзисторите Т1 и Т2.
Препоръчва се S1 и S2 да се избират между 1,3 и 3, за да се избегне самовъзбуждане, към което е склонен този мултивибратор. Това се постига с осигуряване на сигурно насищане на транзисторите ( по-големи стойности на кондензаторите, по-малки работни токове на транзисторите и високи стойности на коефициента на усилване по ток).
Максимално възможната честота на генерация е:

Fmax=1,5fa/(ß-2)

а минимално възможния капацитет на времезадаващите кондензатори е:

Cmin = 1/2faRc

Освен необходимите стойности на ß и fa транзисторите трябва да имат пробивни напрежения:

Ucbo>2Ec
Uebo>Ec

Съпротивленията Rc1 и Rc2 трябва да се изберат така, че да не се превиши максимално допустимия колекторен ток на транзисторите:

Rc1>Ec/Icmax
Rc2>Ec/Icmax

Предимствата на транзисторния симетричен мултивибратор са неговата простота и добра стабилност при вариации на захранващото напрежение и наличието на два противофазни изхода.
Като недостатъци могат да се изтъкнат сравнително големите продължителности на предните фронтове на импулсите, склонността към твърдо самовъзбуждане, повишената температурна нестабилност при ниски честоти и ниски захранващи напрежения, както и невъзможността за получаване на малки коефициенти на запълване.

Блокинг генератор

Блокинг генераторите са генератори на правоъгълни импулси с трансформаторна обратна връзка. Понеже трансформатора позволява обръщане на фазата, в усилвателя обхванат от обратна връзка, може да се използва само един транзистор. Положителната обратна връзка се осъществява от подходящо свързване на намотките на трансформатора. На схемата е показан блокинг генератор с общ емитер. Трансформатора трябва да има най-малко две намотки - колекторна Wc и базоа Wb. Третата намотка Wt е спомагателна. Тя служи за съгласуване на товара Rt. Връзката между колектора на транзистора и товара може да бъде и капацитивна.




След включването на захранващото напрежение кондензаторът С се  стреми да се зареди през резистора R до напрежение Uc=E. Но първото малко нарастване на Uc довежда до отпушване на транзистора и до нарастване на неговия колекторен ток ic. Нарастването на ic създава  трансформатора електродвижещо напрежение, което се трансформира в базата на транзистора и предизвиква увеличаването на неговия базов ток ib. Нарастването на ib предизвиква ново нарастване на ic и т.н. Развива се лавинообразен процес, който се прекратява, когато транзисторът се насити.
Условието за настъпване на лавинообразен процес е:

ß>n, където n=Wb/Wc

Лавинообразния процес протича за много кратко време и нарастването на напрежението Uc си остава почти равно на нула. Обаче по време на този процес колекторното напрежение на транзистора Uce спада от Е почти до нула (транзистора преминава от запушено в наситено състояние). Този скок се трансформира в базовата намотка като обратен скок с големина nE, поради което базата става силно положителна(Ub=nE) и транзистора дълбоко се насища. Кондензатора от една страна, се стреми да се зарежда през R до Е, а от друга, под влияние на напрежението върху базисната намотка - да се зареди в обратна посока през съпротивлението rbb на наситения транзистор до напрежение Uc=-nE. Понеже rbb е много по-малко от R , може да се счита , че протича само втория процес. Тока на зареждане на кондензатора  протича през базата на транзистора и го държи наситен. С течение на времето този ток намалява и в даден момент tи транзистора излиза от насищане, като Ub=Ub sat. В този момент кондензатора се е заредил до напрежение Uc=-nE+Ub sat. Сега се задейства веригата на положителната обратна връзка, в резултат на което транзисторът лавинообразно се запушва (ic и ib се анулират). Напрежението Uce скокообразно нараства. Ако товара в колектора беше активен, нарастването на Uce щеше да бъде равно на Е. Обаче по времето, когато транзисторът е бил наситен, в импулсния трансформатор се е натрупала енергия която трябва да се разсее. След запушването на транзистора кондензаторът се стреми да се разреди и да се презареди до напрежение Uc=Е през съпротивлението R. След време той се разрежда напълно, напрежението в базата на транзистора се анулира и транзисторът се отпушва. По нататък описаните процеси се повтарят.


Продължителността на импулса и паузата се определя по следните формули:

tи=rbb.C.ln(nE/Ub sat)
tп=R.C.ln(1+n)

Предимства на тази схема са малката консумирана мощност от захранващия източник.  Импулсите са със стръмни фронтове. Чрез поставяне на допълнителни вторични намотки могат да се реализират различни полярности и амплитуди на изходния сигнал. Блокинг генераторите се използват предимно когато е необходим кратък импулс с висока мощност с по-маломощни транзистори при висок коефициент на полезно действие.
Недостатък на схемата е използването на импулсен трансформатор, който е сравнително скъп и обемист елемент.

Асинхроннен тригер с колекторно базови връзки

Този тригер е съставен от два транзисторни ключа с общ емитер, изходът на всеки от които е свързан с входа на другия. Резисторите Rb са поставени, за да осигурят по-пълно запушване на съответния транзистор, когато другия е наситен.


Схемата може да се разглежда също така и като един двустъпален постояннотоков усилвател, обхвата от дълбока положителна обратна връзка (всяко стъпало с общ емитер обръща фазата). След включването на захранващото напрежение тригерът непременно преминава в едно от устойчивите състояние, при което единият транзистор е запушен, а другия - наситен. Това се постига чрез подходящо избиране на елементите от схемата. В следствие от производствените толеранси на транзисторите, някой от колекторните токове (например ic1) нараства незначително. Полученото в резултат на това спадане на потенциала в колектора на Т1 се предава посредством делителя R-Rb в базата на Т2 и предизвиква намаляване на тока ic2 и нарастване на потенциала в колектора на Т2. Последното от своя страна посредством делителя R-Rb се предава в базата на Т1 и предизвика ново нарастване на ic1 При условие, че коефициента на усилване във веригата на положителната обратна връзка е по.голям от единица, всяко ново изменение на ic1 е по.голямо от предизвикалото го предишно изменение. Развива се лавинообразен процес, който завършва с запушване на Т2 и насищане на Т1.
Това състояние е устойчиво от него може да се излезе само под въздействието на външен сигнал. По принцип външен сигнал се подава на базата на един от транзисторите. В случая ще приема, че сигнала се подава на базата на наситения транзистор Т1. Той трябва да бъде такъв, че да изведе Т1 от режим на насищане в активен режим при което спадането на колекторния ток ic1 да предизвика нарастването на колекторния потенциал на Т1 и на базовия потенциал на Т2 до отпушването на Т2. При това коефициента на усилване във веригата на положителната обратна връзка отново става по-голям от единица и тригера преминава със скок в друго устойчиво състояние, когато Т2 е наситен, а Т1 - запушен. Връщането в първоначално устойчиво състояние може да стане само с нов пускащ сигнал.





Характеристиката на предаване от базата до колектора на който и да е транзистор, която пояснява написаното, е показана по-долу. С Uвх е означен входния (пускащ) сигнал, с Э1 - прагът на задействане на тригера (стойността на Uвх) при нарастване на Uвх, а с Э2 - прагът на задействане на тригера (стойността на Uвх) при спадане Uвх. В случая за отпушване на съответния транзистор е необходим положителен входен сигнал, а за запушването му отрицателен, затова Э1 има положителна, а Э2 - отрицателна стойност. Тъй като характеристиката на предаване има два клона със стрелки е означено кой клон е валиден при нарастване и кой  - при спадане на Uвх. Разликата Э1-Э2 се нарича хистерезис .

Динамично спиране на постояннотоов двигате с поседоватено възбуждане

Динамичното спиране на постоянно токовите двигатели с последователно възбуждане се осъществява по два начина.
При първия възбудителната намотка се включва към мрежата за постоянен ток посредством  контакта КМ21 и допълнителния резистор Rдс ограничаващ възбудителния ток до Ibc=Ibn. Котвата се изключва от мрежата чрез контакта КМ1 и с помощта на КМ22 се включва към резистора Rдс. Схемата е показана на фиг. 1. Графиката на спирачната характеристика е показана на фиг. 2.





При втория случай котвата на и последователно свързаната към нея възбудителна намотка се включват към резистора за динамично спиране, както е показано на фиг. 3. Получава се динамично спиране със самовъзбуждане. Двигателния режим в точка Ic, Wc на характеристиката от фиг. 4 се осъществява при затворени контакти КМ1 и отворени КМ2. При динамично спиране със самовъзбуждане не трябва да се допуска изменение на посоката на възбудителния ток, тъй като машината ще се размагнити и самовъзбуждането става невъзможно. Схемата изпълнява това изискване.

фиг. 4

Двигателят заработва по кривата на спирачната характеристика от Wc  до Wkp.