elemente de proiectare pentru stabilizatoarele de …
Post on 16-Oct-2021
14 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Capitolul 8 Elemente de proiectare pentru stabilizatoare de tensiune continuă
179
CAPITOLUL 8
ELEMENTE DE PROIECTARE PENTRU
STABILIZATOARELE DE TENSIUNE CONTINUǍ
8.1. Probleme generale
Capitolul cuprinde un exerciţiu practic care, urmat, va contribui la consolidarea
elementelor teoretice privind redresoarele, stabilizatoarele liniare de tensiune continuă
şi amplificatoarele cu tranzistoare.
Este un exemplu de proiectare a unui circuit electronic liniar dintre cele mai
răspândite, şi anume stabilizatorul liniar de tensiune, în două variante:
-stabilizator elementar cu diodă Zener şi tranzistor;
-stabilizator cu reacţie şi element de reglaj serie cu tranzistoare.
Proiectarea cuprinde toate elementele unui asemenea sistem:
1. Transformatorul de reţea;
2. Redresorul propriu-zis;
3. Filtrul;
4. Stabilizatorul în cele două variante amintite mai sus;
5. Calculul termic;
6. Verificarea rezultatelor prin simulare cu programul PSpice.
Se porneşte de la presupunerea că se doreşte o sursă dubla de tensiune, asa cum
este cazul în foarte multe aplicaţii.
Pentru calculul transformatoarului s-a apelat la o variantă simplificata care face
apel la câteva nomograme standard, prezentate într-o anexa a capitolului, pentru
alegerea tolei şi a datelor infaşurărilor. Sunt precizate datele principale de pornire, în
cazul de faţă acestea fiind tensiunea de ieşire a stabilizatorului şi curentul maxim. Nu
sunt introduse şi alte mărimi, cum ar fi factorul de stabilizare şi rezistenţa internă a
stabilizatorului, din considerente practice. Aceste mărimi se pot aprecia după
proiectare şi este mai uşor sa se reia proiectarea pe exemplul acesta relativ simplu
decât sa se introducă mărimi care complică procedura de proiectare.
Alegerea schemei redresorului face apel la cunostinţele din capitolul 2 dedicat
redresoarelor. Alegerea diodelor se face prin raportare la mărimile limită principale,
curentul mediu redresat şi tensiunea maximă inversă, dar şi la valoarea curentului
repetitiv de vârf. Se va face şi un calcul al rezistenţei interne a transformatorului.
Pentru stabilizatorul elementar, preferat dacă curentul maxim este de ordinul
sute de miliamperi, proiectarea este foarte simplă. Dacă se alege schema cu reacţie
atunci intervin calcule asupra elementelor mai sensibile cum sunt amplificatorul de
eroare sau elementul de reglaj serie. Pentru acesta din urmă este prevăzut inclusiv
calculul termic şi determinarea dimensiunilor radiatorului.
În sfârşit, se prezintă şi un îndrumar elementar pentru utilizarea unui program
de simulare PSpice în varianta Microsim 8 Eval cu care se poate verifica rapid
corectitudinea calculelor.
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ
180
8.2. Calculul transformatorului de reţea
Schema bloc a stabilizatorului dublu este prezentata în figura 8.1:
Fig. 8.1. Schema bloc a stabilizatorului
Date de pornire:
U1 – tensiunea de ieşire a stabilizatorului 1
I1 – curentul maxim de ieşire a stabilizatorului 1
U2 – tensiunea de ieşire a stabilizatorului 2
I2 – curentul maxim de ieşire a stabilizatorului 2
Alte mărimi:
- P – puterea transformatorului
- Ip – curentul în primar
- n – numărul de spire al primarului
- Ptot1 – puterea totală în sectiunea 1
- n1 - numărul de spire al secundarului 1
- Is1 – curentul în secundarul 1
- Us1 – tensiunea în secundarul 1
- UR1 – tensiunea redresorului 1
- Ptot2 – puterea totală în sectiunea 2
- n2 - numărul de spire al secundarului 2
- Is2– curentul în secundarul 2
- Us2 – tensiunea în secundarul 2
- UR2 – tensiunea redresorului 2
Capitolul 8 Elemente de proiectare pentru stabilizatoare de tensiune continuă
181
Calculul se va face în 2 paşi.
Primul, se determina mărimile necesare pentru a începe calculul propriu-zis al
transformatorului:
P – puterea transformatorului
Us1 – tensiunea în secundarul 1
Us2 – tensiunea în secundarul 2
Al doilea, se calculeaza transformatorul, adică se determină:
- numărul de spire şi grosimea conductoarelor pentru toate înfăşurările
- dimensiunile miezului de fier
- rezistenţele înfăşurărilor transformatorului
8.2.1. Determinarea mărimilor de pornire pentru calculul
transformatorului
1.1. Se determina puterea utilă maximă în sarcină:
Pu1 = U1I1 (8.1)
1.2. Se calculează puterea totală în secundar din relaţia:
Ptot1 = Pu1 + (0,3 … 0,5)Ptot1 (8.2)
Obs. Coeficientul (0,3 … 0,5) reprezintă procentul evaluat al pierderilor în
redresor şi stabilizator. El este mic pentru tensiuni de ieşire mari şi mare pentru
tensiuni de ieşire mici.
Plaja de tensiuni de ieşire este 5....45V. Se va considera dependenţa liniară.
1.3. Se evaluează tensiunea efectivă din secundar cu relaţia:
Us1 = (1,1 … 1,5)U1 (8.3)
Obs. Coeficientul (1,1 … 1,5) reprezinta o corecţie a tensiunii din secundar
funcţie de tensiunea de ieşire şi este mic pentru tensiuni de ieşire mari şi mare pentru
tensiuni de ieşire mici. Plaja de tensiuni de ieşire este 5....45V. Se va considera
dependenţa liniară.
Relaţiile (8.1)... (8.3) se vor relua, schimbând 1 cu 2 şi se calculează Ptot2 şi Us2.
1.4. Se calculează puterea totală a transformatorului în primar ţinând cont şi de
randamentul transformatorului, considerat egal cu 0,9:
P = (Ptot1 + Ptot2)/0,9 (8.4)
8.2.2. Calculul simplificat al transformatorului
1.5. Din diagrama 1 (anexa capitolului 8) se determină:
Sm – suprafata miezului de fier
N0 – numărul de spire pe volt în primar
N0II – numărul de spire pe volt în secundar
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ
182
1.6. Se determină numărul de spire al fiecărei înfăşurări (n - primar, n1 -
secundar 1 şi n2 - secundar 2), stiind că este produsul tensiunii înfăşurării cu numărul
de spire pe volt corespunzător.
1.7. Se calculează curenţii în înfăşurările transformatorului:
Ip = P/220
Is1 = Ptot1/ Us1 (8.5)
Is2 = Ptot2/ Us2
1.8. Se consideră densitatea de curent de:
J = 2,5 A/mm2 (8.6)
si se alege din tabelul 1 (anexa capitolului 8) diametrul sârmei pentru fiecare
înfăşurare.
1.9. Din acelaşi tabel 1 se calculează suprafaţa ocupată de bobinajul
înfăşurărilor, considerând şi izolaţie între straturi.
Fig. 8.2. Geometria pachetului de tole
1.10. Din tabelul 2 (anexa capitolului 8) se alege tipul de tolă conform
suprafeţei înfăşurărilor calculate şi suprafeţei ferestrei Sf a tolei şi se găsesc datele
geometrice ale tolei (figura 8.2).
1.11. Se calculează grosimea pachetului de tole, c:
c = Sm/2a (8.7)
8.2.3. Calculul rezistenţelor înfăşurărilor transformatorului
1.12. Pentru a determina rezistenţele înfăşurărilor se calculeaza întâi lungimea
medie a spirei pentru fiecare înfăşurare, primar, secundarul 1 şi secundarul 2, formula
generală fiind:
Lmsp = 2(2a+c) + 2πg (8.8)
unde g va fi distanta medie faţă de miez a înfăşurării primare (care devine g1 pentru
secundarul 1 şi g2 pentru secundarul 2 (figura 8.3)
1.13. Se calculeaza lungimea totală a fiecărei înfăşurări ca produsul dintre
lungimea medie a spirei şi numărul de spire pentru fiecare înfăşurare, formula generală
fiind:
L = n Lmsp (8.9)
Capitolul 8 Elemente de proiectare pentru stabilizatoare de tensiune continuă
183
1.14. Se calculează rezistenta electrica a fiecărei înfăşurări, Rpr, cu ajutorul
tabelului 2 de unde se ia rezistenţa/metru corespunzătoare fiecărei înfăşurări, formula
generală fiind:
R = L ρl (8.10) ]
1.15. Se calculează rezistenţa echivalentă a transformatorului în secundarul 1:
Rtr1 = Rsec1 + (n1/n)2 Rpr (8.11)
şi similar în secundarul 2.
Fig. 8.3. Poziţia faţă de miez a înfăşurărilor transformatorului.
8.8. Anexă
Diagramă de calcul pentru suprafaţa miezului şi numărul de spire pe volt
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ
184
Capitolul 8 Elemente de proiectare pentru stabilizatoare de tensiune continuă
185
Tabel 1. Caracteristici conductoare de bobinaj
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ
186
Tabel 2. Caracteristici tole
top related