СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные

Проектирование и расчет

Описание работы схемы и назначение ее элементов

Спецификация элементов

Список литературы

Устройства силовой электроники представляют собой очень широкую и быстро развивающуюся область техники. Одним из важнейших объектов изучения в данной области является полупроводниковый преобразователь электрической энергии.

Полупроводниковый преобразователь является основным элементом источников вторичного электропитания, используется в системах электропривода, автотранспорта, связи, в компьютерной и бытовой технике.

В общем виде преобразователем электрической энергии является устройство, которое связывает две (или более) электрические системы с отличающимися друг от друга параметрами и позволяет по заданному закону изменять эти параметры, обеспечивая обмен электрической энергией между связуемыми объектами.

Для преобразования электрической энергии совместно с полупроводниковым преобразователем могут использоваться другие виды преобразователей — трансформаторы, дроссели, конденсаторы.

Основными элементами полупроводникового преобразователя являются: выпрямитель, инвертор и силовой трансформатор.

Напряжение питания — U₁ = ± 5B± 10%(пост. тока)

Напряжение выходное — U_н = ± 15B± 1%(пост. тока)

Мощность нагрузки — P_н = 10Вт

Допустимая амплитуда пульсаций — к_п = 0,05

1. Разработать функциональную и принципиальную схему преобразователя.
2. Выбрать и рассчитать элементы схемы.
3. Определить параметры преобразователя.
4. Описать работу схемы и назначение ее элементов.
5. Составить спецификацию элементов.

Принципиальная электрическая схема.

На рис. 1 показана схема двухтактного преобразователя с самовозбуждением с выходом на постоянном токе.

Схема содержит работающие в ключевом режиме транзисторы VT1 и VT2, трансформатор TV, магнитопровод которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 2.), выпрямительный мост VD и конденсатор С, сглаживающий пульсации напряжение на нагрузке.

Трансформатор TV имеет три обмотки: первичную (коллекторную W1), вторичную W2 и базовую W_Б. Первичная и базовая обмотки выполнены из двух полуобмоток с выведенной средней точкой.

Одним из важнейших параметров полупроводникового преобразователя является частота преобразования инверторного звена. Частота выбирается с учетом множества факторов, таких как необходимые массогабаритные показатели, простота схем управления, схем коммутации и других схемных решений, надежность, устойчивость к перегрузкам и т. п.

Повышение частоты работы преобразователей с 50Гц до нескольких десятков килогерц позволило резко уменьшить массогабаритные показатели устройства за счет уменьшения массы и габаритов силового трансформатора, а также массы и габаритов конденсаторов и дросселей.

В тоже время излишнее повышение частоты преобразования приводит к целому ряду отрицательных последствий. Возрастают потери в ключевых элементах за счет увеличения доли динамических потерь, растут потери в стали магнитопровода трансформатора. На высокой частоте начинают проявляться такие негативные явления, как паразитные индуктивности и емкости соединительных проводов, возникает необходимость учитывать эффект вытеснения тока в обмотках трансформаторов и дросселей.

Таким образом, повышение частоты преобразования полупроводникового преобразователя является действенным способом понижения их массогабаритных показателей.

Исходя из вышеописанного, для расчета данной схемы (двухтактного преобразователя) целесообразно задаться частотой 20кГц.

Частота преобразования напряжения — f = 20 кГц.

Наиболее важными характеристиками материала магнитопровода высокочастотного трансформатора являются удельные потери мощности в материале магнитопровода и значение индукции насыщения B_s.

В качестве материала высокочастотных трансформаторов (до сотен кГц) в настоящее время могут быть использованы ферриты.

Ферриты обладают низкими значениями удельных потерь, приемлемыми значениями индукции насыщения (B_s < 0,4 Тл) и высокой магнитной проницаемостью.

Для данной частоты (20 кГц) рекомендуется выбрать сердечник типа К из феррита марки 2000НМ3.

Схема выпрямителя — однофазная мостовая (m = 2).

Определяем ориентировочные значения коэффициентов B и D для m = 2: