電源の計算。スキーム、説明

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電源の計算。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アマチュア無線設計の大部分は、電源を介して主電源から電力を供給されます。通常、ネットワーク変圧器 T1 (図 45)、ダイオード整流器 VD1 ～ VD4、および大容量酸化物平滑コンデンサ C1 が含まれています。補助的だが必要なデバイスには、SA1 スイッチ、FU1 ヒューズ、およびオンインジケーター - 定格電圧、変圧器の二次巻線の電圧がわずかに高い小型白熱灯 HL1 (短時間で点灯するランプは長持ちします) が含まれます。より長いです）。

電圧レギュレータがある場合は、整流器の出力と負荷の間に接続されます。出力の電圧は通常、Uout よりも低く、スタビライザーにかなりの電力が費やされます。

ネットワークトランスの計算から始めましょう。その寸法と重量は、電源が供給する電力によって完全に決まります: Рout = Uout ·Iout。二次巻線が複数ある場合は、各巻線で消費される電力をすべて合計する必要があります。計算された電力に、インジケーターライト Rind の電力と整流ダイオードの電力損失を加算します。

Rvyp = 2Upr Iout

ここで、Unp は 0,6 つのダイオードの順方向電圧降下で、シリコンダイオードの場合、電流に応じて 1 ... XNUMX V です。 Unp は参考書に載っているダイオードの特性から求めることができます。

ネットワークからの変圧器は、計算値よりも若干大きな電力を消費しますが、これは変圧器自体の損失に関連します。電流が流れるときに巻線を加熱するための「銅の損失」があり、これらは巻線の能動抵抗によって引き起こされる通常の損失であり、コアの再磁化の仕事と渦電流によって引き起こされる「鉄の損失」です。そのプレート。ネットワークから消費される電力と出力電力の比率は、変圧器効率 η に等しくなります。低電力変圧器の効率は低く 60 ～ 65% ですが、数百ワットの電力を持つ変圧器の場合のみ 90% 以上に増加します。それで、

Рtr \uXNUMXd (Pout + Rind + Rvyp) / η

これで、経験式を使用してコアの中心ロッド（コイルを通過する）の断面積を決定することができます。

S2=ポイント。

磁気回路の名称には、断面積を決定するためのデータがすでに含まれています。例えば、W25×40ということは、W型プレートの中央部分の幅が25mm、プレートのセットの厚みが40mmであることを意味します。プレート同士の緩い嵌合とプレート上の絶縁層を考慮すると、そのようなコアの断面積は8 ... 9 cm2、それに巻かれた変圧器の電力は65 ...と推定できます。 .80W。

変圧器の磁気回路Sの中心コアの断面積は、次の重要なパラメータである1ボルトあたりの巻数を決定します。小さすぎないように注意してください。小さすぎると、磁気回路内の磁気誘導が増加し、コア材料が飽和状態に入り、一次巻線のアイドリング電流が急激に増加し、その形状が非正弦波になり、巻線の上部に大きな電流ピークが現れます。正と負の半波。漂遊磁界とプレートの振動が急激に増加します。もう一方の極端な場合、XNUMX ボルトあたりの巻き数が過剰になると、銅が過剰に消費され、巻線のアクティブ抵抗が増加します。巻線が磁気回路の窓に収まるように、ワイヤの直径を小さくすることも必要です。これらの問題については、[XNUMX] で詳しく検討されています。

W型プレートの標準コアに巻かれた工場変圧器のボルトnあたりの巻数は、通常、比率n \u45d (50 ... 2) / Sから計算されます。ここで、Sはcm10で取られます。 nを決めて巻線の定格電圧を掛けると巻数が求められます。二次巻線の場合、アクティブ抵抗での電圧降下を考慮するために、電圧は公称電圧より XNUMX% 高くする必要があります。

変圧器巻線のすべての電圧 (図 45 の UI および UII) は実効値として取得されます。

電源の計算

応力の振幅値は 1,41 倍になります。二次巻線がブリッジ整流器に負荷がかかっている場合、アイドル時の整流器出力 Uout の電圧は二次巻線の振幅とほぼ等しくなります。負荷がかかると、整流された電圧は減少し、次のようになります。

Uout = 1,41UII-2Unp-Ioutp.tp.

ここで、rtp はトランスの二次巻線側からの抵抗です。練習に十分な精度があれば、rtp = (0,03 ... 0,07) Uout / Iout と設定でき、より強力なトランスには小さい係数が使用されます。

巻き数を決定したら、巻線に流れる電流を見つける必要があります。二次巻線電流 Iii = Iind + Pout/UII。一次巻線の有効電流 (負荷電流による) Iia = Ptr / UI。さらに、無効な「磁化」電流も一次巻線に流れ、トランスの無負荷電流とほぼ等しい磁束がコア内に生成されます。その値は一次巻線のインダクタンス L によって決まります: Iip = Ui/2πfL

実際には、無負荷電流は実験的に決定されます。適切に設計された中出力および高出力の変圧器の場合、無負荷電流は (0,1 ... 0,3) IiA です。無効電流は 0,5 ボルトあたりの巻数に依存し、n が増加するにつれて減少します。低電力変圧器の場合、Iip = (0,7 ... 2) IiA が許可されます。一次巻線の有効電流と無効電流は直角位相で加算されるため、一次巻線の合計電流 Ii2 = Iiai2 + IipiXNUMX となります。

巻線電流を決定したら、2 ... 3 A / mm2の変圧器の許容電流密度に基づいて線径を見つける必要があります。計算は図に示すグラフによって容易になります。 46[2]。

電源の計算

窓内に巻線を配置できるかどうかは、窓の高さ (コイルの幅) を測定することによって、各巻線の 1,2 層の巻き数を決定し、必要な層数を決定します。層の数にワイヤの直径を掛け、絶縁スペーサーの厚さを追加することで、巻線の厚さが得られます。すべての巻き線の厚さはウィンドウの幅以下である必要があります。また、手でしっかりと巻くのは不可能なので、巻き厚を1,4～XNUMX倍にする必要があります。

結論として、整流器の簡略化された計算を示します (図 45)。ブリッジ回路のダイオードの許容直流平均電流は少なくとも 0,5Iout である必要があり、実際には (信頼性の観点から) 順方向電流の大きなダイオードが選択されます。許容逆電圧は 0,71 Uii + 0,5Uout 未満であってはなりませんが、アイドル状態では Uout が 1,41Uii に達するため、この値以上のダイオードの逆電圧、つまり、ダイオードの電圧の振幅値を選択することをお勧めします。二次巻線。主電源電圧の変動の可能性を考慮することも役立ちます。

整流された電圧リップルの振幅 (ボルト単位) は、次の単純な式を使用して推定できます。

アップパルス = 5Iout/S。

出力電流はアンペアで置き換えられ、コンデンサC1の静電容量はマイクロファラッドです。

数十ミリアンペア以下の負荷電流では、制限を許容できます。ツェナーダイオードを備えた最も単純なデバイス.

負荷電流が大きい場合は、もう少し複雑な安定器を使用することをお勧めします。その回路を図に示します。 47.

電源の計算

ご覧のとおり、ここでは、要素 R1、VD1 上の最も単純な安定化装置に、トランジスタ VT1 上に組み立てられたエミッタフォロワが追加されています。最も単純なスタビライザでは、負荷電流がツェナーダイオードの電流を超えることができない場合、ここでは、負荷電流はツェナーダイオードの電流を h21e 倍超えることができます。ここで、h21e は、トランジスタのベースの静的電流伝達係数です。エミッタ共通の回路です。それを高めるために、VT1 の代わりに複合トランジスタが使用されることがよくあります。安定器の出力電圧は安定化電圧 VD0,6 より 1 V 低くなります (複合トランジスタの場合は 1,2 V)。

安定化電源の計算はスタビライザから始めることを推奨します。必要な電圧と負荷電流に基づいて、トランジスタ VT1 とツェナーダイオード VD1 が選択されます。トランジスタのベース電流は次のようになります。

Ib \u21d Iout / hXNUMXe.

これは、要素 R1 と VD1 の最も単純な安定器の出力電流になります。次に、整流器 Uout-Upulse の出力の最小電圧を評価します。これは、最小許容主電源電圧であっても、負荷で必要な電圧より 2 ～ 3 V 高いはずです。さらに、計算は記載された方法で実行されます。より高度なスキームとスタビライザーの計算は [3] に記載されています。

セルフテストの質問

1. 前のセクションの情報 (RC 回路のインパルス応答) を使用して、無調整整流器の出力におけるリップルの振幅に関する上記の式を導き出します。この場合、整流器負荷へのコンデンサの放電期間を 0,01 秒 (パルス周波数 100 Hz) とし、近似 et/RC - 1 - t/RC を使用します。

2. 古い主変圧器を見つけたら（燃え尽きている可能性があります）、分解して巻き戻し、その仕組みを思い出したり、さらには書き留めたりします（これは、変圧器を自分で作るときに役立ちます）。巻線の巻き数とワイヤの直径を推定します。説明されている方法に従ってこの変圧器を計算し、結果を比較します。

3. 電圧 13,5 V、電流 1 A の完全安定化電源を計算します。

返信

平滑コンデンサなしの全波整流器の出力の電圧波形を次の図に示します。 ごはん Xnumx 細い線。電圧がゼロから U まで脈動していることがわかります。_m 周波数は100Hzです。コンデンサが存在すると、整流された電圧のピークで U よりわずかに低い値に充電されます。_m、ピーク間で放電します。整流された電圧の平均値は U として示されます。_O. 脈動振幅 - U_パルス.

コンデンサの放電中、コンデンサの電圧は条件で指定された法則に従って値Uから変化します。_O +U_パルス U値まで_O -U_パルス

したがって、次のように書くことができます

U_O -U_パルス =(U_O +U_パルス)e^{-t / RC}-(う_O +U_パルス).(1 - t/RC)、

ここで、t = 0,01 秒。 R は整流器の負荷抵抗です。 Cは平滑コンデンサの静電容量です。

開き括弧、短縮 U_O Uという項を無視します_パルスその小ささによるt / RC（脈動振幅はUよりも小さい_O) 2U を取得します_パルス =U_Ot/RC。

ここで、U に注意してください。_O/R は負荷電流 I に等しく、t: U に置き換えます。_パルス = 5 10^-3l/C、

ここで、すべての量はボルト、アンペア、ファラドの基本単位に置き換える必要があります。電流をミリアンペア単位で、静電容量をマイクロファラッド単位で取得すると、リップル電圧をボルト単位で表す上記の式が得られます。

U_パルス= 5 l/C。

文学

Polyakov V. 変圧器漂遊磁界の低減。 - ラジオ、1983 年、第 7 号、p. 28、29。
マリニン R.M. 主電源からの無線機器の電源供給。 - M.: エネルギー、1970 年。
Moskvin A. 過負荷保護機能を備えたトランジスタ電圧安定器。 - ラジオ、2003 年、第 2 号、p. 26-28。

著者: V.ポリャコフ

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