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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Calcul des alimentations. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant La grande majorité des conceptions de radioamateur sont alimentées par le secteur via une alimentation. Il contient généralement un transformateur réseau T1 (Fig. 45), un redresseur à diode VD1 -VD4 et un condensateur de lissage à oxyde haute capacité C1. Les dispositifs auxiliaires mais nécessaires comprennent l'interrupteur SA1, le fusible FU1 et un indicateur de mise sous tension - une lampe à incandescence miniature HL1, avec une tension nominale légèrement supérieure à la tension de l'enroulement secondaire du transformateur (les lampes qui brûlent à basse tension durent beaucoup plus longtemps) . Le stabilisateur de tension, s'il est disponible, est connecté entre la sortie du redresseur et la charge. La tension à sa sortie est, en règle générale, inférieure à Uout et une puissance notable est gaspillée sur le stabilisateur. Commençons par calculer le transformateur du réseau. Ses dimensions et son poids sont entièrement déterminés par la puissance que doit fournir l'alimentation : Pout = Uout ·Iout. S'il y a plusieurs enroulements secondaires, alors il faut additionner toute la puissance consommée par chacun des enroulements. A la puissance calculée, il faut ajouter la puissance du voyant Rind et les pertes de puissance sur les diodes du redresseur. Rvyp = 2Upr Iout où Unp est la chute de tension directe aux bornes d'une diode, pour les diodes au silicium, elle est de 0,6... 1 V, en fonction du courant. Unp peut être déterminé à partir des caractéristiques des diodes données dans les ouvrages de référence. Depuis le réseau, le transformateur consommera une puissance légèrement supérieure à celle calculée, ce qui est associé à des pertes dans le transformateur lui-même. Il y a des « pertes de cuivre » - dues à l'échauffement des enroulements lorsque le courant les traverse - ce sont des pertes ordinaires causées par la résistance active des enroulements, et des « pertes de fer » causées par le travail d'inversion de l'aimantation du noyau et du tourbillon. courants dans ses plaques. Le rapport entre la puissance consommée du réseau et la puissance fournie est égal au rendement du transformateur η. Le rendement des transformateurs de faible puissance est faible et s'élève à 60...65 %, augmentant jusqu'à 90 % ou plus uniquement pour les transformateurs d'une puissance de plusieurs centaines de watts. Donc, Рtr \uXNUMXd (Moue + Couenne + Rvyp) / η Vous pouvez maintenant déterminer l'aire de la section transversale de la tige centrale du noyau (passant à travers la bobine) à l'aide de la formule empirique : S2=Ppt. Les désignations des noyaux magnétiques contiennent déjà des données permettant de déterminer la section efficace. Par exemple, W25x40 signifie que la largeur de la partie centrale de la plaque en forme de W est de 25 mm et que l'épaisseur de l'ensemble des plaques est de 40 mm. Compte tenu de l'ajustement lâche des plaques les unes aux autres et de la couche d'isolation sur les plaques, la section transversale d'un tel noyau peut être estimée à 8...9 cm2, et la puissance du transformateur enroulé dessus peut être 65...80 W. La section transversale du noyau central du circuit magnétique du transformateur S détermine le prochain paramètre important - le nombre de tours par volt. Il ne doit pas être trop petit, sinon l'induction magnétique dans le noyau magnétique augmente, le matériau du noyau entre en saturation, tandis que le courant à vide de l'enroulement primaire augmente fortement et sa forme devient non sinusoïdale - de grands pics de courant apparaissent à les sommets des demi-ondes positives et négatives. Le champ parasite et les vibrations des plaques augmentent fortement. L'autre extrême - un nombre excessif de tours par volt - conduit à une consommation excessive de cuivre et à une augmentation de la résistance active des enroulements. Il faut également réduire le diamètre du fil pour que les bobinages rentrent dans la fenêtre du circuit magnétique. Ces questions sont discutées plus en détail dans [1]. Le nombre de tours par volt n pour les transformateurs d'usine enroulés sur un noyau standard de plaques en forme de W est généralement calculé à partir du rapport n = (45...50)/S, où S est pris en cm2. En déterminant n et en le multipliant par la tension nominale de l'enroulement, on obtient son nombre de tours. Pour les enroulements secondaires, la tension doit être supérieure de 10 % à la tension nominale pour tenir compte de la chute de tension aux bornes de leur résistance active. Toutes les tensions sur les enroulements du transformateur (UI et UII sur la Fig. 45) sont prises en valeurs efficaces.
La valeur d'amplitude des tensions sera 1,41 fois supérieure. Si l'enroulement secondaire est chargé sur un pont redresseur, alors la tension à la sortie du redresseur Uout au ralenti est presque égale à l'amplitude sur l'enroulement secondaire. En charge, la tension redressée diminue et devient égale à : Uout = 1,41UII-2Unp-Ioutp.tp. Ici, rтp est la résistance du transformateur du côté de l'enroulement secondaire. Avec une précision suffisante pour la pratique, vous pouvez mettre rтp = (0,03...0,07)Uout/Iout, avec des coefficients plus petits pour des transformateurs plus puissants. Après avoir déterminé le nombre de tours, vous devriez trouver les courants dans les enroulements. Courant de l'enroulement secondaire Iii = Iind + Pout/UII. Courant actif de l'enroulement primaire (dû au courant de charge) Iia = Ptr/UI. De plus, un courant réactif « magnétisant » circule également dans l'enroulement primaire, créant un flux magnétique dans le noyau presque égal au courant à vide du transformateur. Sa valeur est déterminée par l'inductance L de l'enroulement primaire : Iip = Ui/2πfL En pratique, le courant à vide est déterminé expérimentalement - pour un transformateur de moyenne et haute puissance correctement conçu, il est de (0,1...0,3) IiA. Le courant réactif dépend du nombre de tours par volt, diminuant à mesure que n augmente. Pour les transformateurs de faible puissance, Iip = (0,5...0,7)IiA sont autorisés. Les courants actif et réactif de l'enroulement primaire sont additionnés en quadrature, donc le courant total de l'enroulement primaire est Ii2 = Iiai2 + Iipi2. Après avoir déterminé les courants d'enroulement, vous devez trouver le diamètre du fil en fonction de la densité de courant admissible pour les transformateurs de 2...3 A/mm2. Le calcul est simplifié par le graphique présenté à la Fig. 46 [2].
La possibilité de placer des bobinages dans une fenêtre s'apprécie comme suit : en mesurant la hauteur de la fenêtre (largeur de la bobine), déterminer le nombre de tours d'une couche de chaque bobinage puis le nombre de couches requis. En multipliant le nombre de couches par le diamètre du fil et en ajoutant l'épaisseur des entretoises isolantes, on obtient l'épaisseur du bobinage. L'épaisseur de tous les enroulements ne doit pas dépasser la largeur de la fenêtre. De plus, étant donné qu'un enroulement serré à la main est impossible, l'épaisseur résultante des enroulements doit être augmentée de 1,2 à 1,4 fois. En conclusion, nous présentons un calcul simplifié du redresseur (Fig. 45). Le courant direct moyen admissible des diodes dans un circuit en pont doit être d'au moins 0,5 Iout ; en pratique, des diodes avec un courant direct élevé sont choisies (pour des raisons de fiabilité). La tension inverse admissible ne doit pas être inférieure à 0,71 Uii + 0,5Uout, mais comme au ralenti Uout atteint 1,41Uii, il est conseillé de choisir la tension inverse des diodes au moins cette valeur, c'est-à-dire la valeur d'amplitude de la tension sur l'enroulement secondaire. Il est également utile de prendre en compte les éventuelles fluctuations de la tension du réseau. L'amplitude d'ondulation de la tension redressée en volts peut être estimée à l'aide d'une formule simplifiée : Upulse = 5Iout/S. Le courant de sortie est remplacé en ampères, la capacité du condensateur C1 est en microfarads. Pour des courants de charge de plusieurs dizaines de milliampères ou moins, il est permis de limiter l'appareil le plus simple avec une diode zener. Pour les courants de charge importants, nous recommandons d'utiliser un stabilisateur légèrement plus complexe, dont le schéma est illustré à la Fig. 47.
Comme vous pouvez le constater, ici un émetteur suiveur monté sur le transistor VT1 s'ajoute au stabilisateur le plus simple à base d'éléments R1, VD1. Si dans le stabilisateur le plus simple, le courant de charge ne peut pas être supérieur au courant de la diode Zener, alors il peut ici dépasser le courant de la diode Zener d'un facteur h21e, où h21e est le coefficient de transfert statique du courant de base du transistor dans un circuit avec un commun émetteur. Pour l'augmenter, un transistor composite est souvent utilisé à la place du VT1. La tension de sortie du stabilisateur est inférieure de 0,6 V à la tension de stabilisation VD1 (1,2 V pour un transistor composite). Il est recommandé de commencer à calculer une alimentation stabilisée avec un stabilisateur. En fonction de la tension et du courant de charge requis, le transistor VT1 et la diode Zener VD1 sont sélectionnés. Le courant de base du transistor sera : Ib \u21d Iout / hXNUMXe. Ce sera le courant de sortie du stabilisateur le plus simple basé sur les éléments R1 et VD1. Estimez ensuite la tension minimale à la sortie du redresseur Uout-Upulse - elle doit être de 2...3 V supérieure à la tension de charge requise, même à la tension de réseau minimale autorisée. Ensuite, le calcul est effectué de la manière décrite. Des circuits et calculs plus avancés de stabilisateurs sont donnés dans [3]. Questions d'autotest 1. En utilisant les informations des sections précédentes (caractéristiques d'impulsion de la chaîne RC), dérivez la formule ci-dessus pour l'amplitude d'ondulation à la sortie d'un redresseur non stabilisé. Dans ce cas, laissez la durée de décharge du condensateur sur la charge du redresseur être égale à 0,01 s (fréquence d'ondulation 100 Hz) et utilisez l'approximation et/RC - 1 - t/RC. 2. Après avoir trouvé un vieux transformateur de réseau (éventuellement grillé), démontez-le et déroulez-le, en mémorisant ou même en notant son fonctionnement (cela sera utile pour fabriquer vous-même des transformateurs). Estimez le nombre de tours des enroulements et le diamètre du fil. Calculez ce transformateur en utilisant la méthode décrite et comparez les résultats. 3. Calculez une alimentation entièrement régulée pour une tension de 13,5 V et un courant de 1 A. Réponses La forme d'onde de tension à la sortie d'un redresseur double alternance sans condensateur de lissage est représentée dans riz 64 ligne fine. On voit que la tension pulse de zéro à Um avec une fréquence de 100 Hz. S'il y a un condensateur, il se charge aux pics de la tension redressée à une valeur légèrement inférieure à Um, et se décharge dans les intervalles entre les pics. La valeur moyenne de la tension redressée est désignée par UO. amplitude de pulsation - Uimpulsion.
Lors de la décharge du condensateur, la tension sur celui-ci change selon la loi spécifiée dans la condition à partir de la valeur UO + Vousimpulsion jusqu'à la valeur UO - Uimpulsion Par conséquent, on peut écrire UO - Uimpulsion =(UO + Vousimpulsion)e-t / RC-(UO + Vousimpulsion).(1 - t/RC), où t = 0,01 s ; R - résistance de charge du redresseur ; C est la capacité du condensateur de lissage. Ouverture des crochets, raccourcissement UO et en négligeant le terme Uimpulsiont/RC en raison de sa petitesse (l'amplitude de pulsation est inférieure à UO) nous obtenons 2Uimpulsion =UOt/RC. Notez maintenant que UO/R est égal au courant de charge I, et remplacer t : Uimpulsion = 5 10-3l/C, où toutes les quantités doivent être substituées en unités de base - volts, ampères et farads. Si nous prenons le courant en milliampères et la capacité en microfarads, nous obtenons la formule suivante pour la tension d'ondulation en volts : Uimpulsion= 5 l/C. littérature
Auteur : V. Polyakov
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