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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cálculo de fuentes de alimentación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante La gran mayoría de los diseños de radioaficionados reciben energía de la red eléctrica a través de una fuente de alimentación. Por lo general, contiene un transformador de red T1 (Fig. 45), un rectificador de diodo VD1 -VD4 y un condensador de filtrado de óxido de alta capacidad C1. Los dispositivos auxiliares pero necesarios incluyen el interruptor SA1, el fusible FU1 y un indicador de encendido: una lámpara incandescente en miniatura HL1, con un voltaje nominal ligeramente superior al voltaje del devanado secundario del transformador (las lámparas que arden a bajo voltaje duran mucho más). . El estabilizador de voltaje, si está disponible, se conecta entre la salida del rectificador y la carga. El voltaje en su salida es, por regla general, menor que Uout y se desperdicia una potencia notable en el estabilizador. Comencemos calculando el transformador de red. Sus dimensiones y peso están completamente determinados por la potencia que debe proporcionar la fuente de alimentación: Pout = Uout ·Iout. Si hay varios devanados secundarios, entonces es necesario sumar toda la potencia consumida por cada uno de los devanados. A la potencia calculada, se debe sumar la potencia de la luz indicadora Rind y las pérdidas de potencia en los diodos rectificadores. Rvyp = 2Upr Iout donde Unp es la caída de tensión directa en un diodo, para diodos de silicio es 0,6... 1 V, dependiendo de la corriente. Unp se puede determinar a partir de las características de los diodos que figuran en los libros de referencia. De la red, el transformador consumirá energía ligeramente mayor a la calculada, lo que está asociado a pérdidas en el propio transformador. Hay "pérdidas de cobre", debido al calentamiento de los devanados cuando la corriente pasa a través de ellos, son pérdidas ordinarias causadas por la resistencia activa de los devanados y "pérdidas de hierro", causadas por el trabajo de invertir la magnetización del núcleo y el remolino. corrientes en sus placas. La relación entre la potencia consumida de la red y la potencia suministrada es igual a la eficiencia del transformador η. La eficiencia de los transformadores de baja potencia es baja y asciende al 60...65%, aumentando al 90% o más sólo para transformadores con una potencia de varios cientos de vatios. Entonces, Рtr \uXNUMXd (Puchero + Corteza + Rvyp) / η Ahora es posible determinar el área de la sección transversal de la varilla central del núcleo (que pasa a través de la bobina) utilizando la fórmula empírica: S2=Pto. Las denominaciones de los núcleos magnéticos ya contienen datos para determinar la sección transversal. Por ejemplo, W25x40 significa que el ancho de la parte central de la placa en forma de W es de 25 mm y el espesor del conjunto de placas es de 40 mm. Teniendo en cuenta el ajuste flojo de las placas entre sí y la capa aislante de las placas, la sección transversal de dicho núcleo se puede estimar en 8...9 cm2, y la potencia del transformador enrollado en él se puede calcular 65...80W. El área de la sección transversal del núcleo central del circuito magnético del transformador S determina el siguiente parámetro importante: el número de vueltas por voltio. No debe ser demasiado pequeño, de lo contrario la inducción magnética en el núcleo magnético aumenta, el material del núcleo se satura, mientras que la corriente sin carga del devanado primario aumenta bruscamente y su forma se vuelve no sinusoidal: aparecen grandes picos de corriente en las cimas de las medias ondas positivas y negativas. El campo parásito y la vibración de las placas aumentan considerablemente. El otro extremo, un número excesivo de vueltas por voltio, provoca un consumo excesivo de cobre y un aumento de la resistencia activa de los devanados. También es necesario reducir el diámetro del cable para que los devanados encajen en la ventana del circuito magnético. Estas cuestiones se analizan con más detalle en [1]. El número de vueltas por voltio n para transformadores de fábrica enrollados en un núcleo estándar de placas en forma de W generalmente se calcula a partir de la relación n = (45...50)/S, donde S se toma en cm2. Determinando n y multiplicándolo por la tensión nominal del devanado, se obtiene su número de vueltas. Para los devanados secundarios, el voltaje debe tomarse un 10% más que el voltaje nominal para tener en cuenta la caída de voltaje a través de su resistencia activa. Todos los voltajes en los devanados del transformador (UI y UII en la Fig. 45) se toman en valores efectivos.
El valor de amplitud de las tensiones será 1,41 veces mayor. Si el devanado secundario se carga en un puente rectificador, entonces el voltaje en la salida del rectificador Uout en ralentí es casi igual a la amplitud en el devanado secundario. Bajo carga, el voltaje rectificado disminuye y se vuelve igual a: Uout = 1,41UII-2Unp-Ioutp.tp. Aquí rтp es la resistencia del transformador en el lado del devanado secundario. Con suficiente precisión para practicar, puede poner rтp = (0,03...0,07)Uout/Iout, tomando coeficientes más pequeños para transformadores más potentes. Habiendo determinado el número de vueltas, debes encontrar las corrientes en los devanados. Corriente del devanado secundario Iii = Iind + Pout/UII. Corriente activa del devanado primario (debido a la corriente de carga) Iia = Ptr/UI. Además, una corriente reactiva "magnetizante" también fluye en el devanado primario, creando un flujo magnético en el núcleo casi igual a la corriente sin carga del transformador. Su valor está determinado por la inductancia L del devanado primario: Iip = Ui/2πfL En la práctica, la corriente sin carga se determina experimentalmente: para un transformador de potencia media y alta diseñado correctamente es (0,1...0,3) IiA. La corriente reactiva depende del número de vueltas por voltio y disminuye a medida que n aumenta. Para transformadores de baja potencia, se permiten Iip = (0,5...0,7)IiA. Las corrientes activa y reactiva del devanado primario se suman en cuadratura, por lo que la corriente total del devanado primario es Ii2 = Iiai2 + Iipi2. Una vez determinadas las corrientes de los devanados, se debe calcular el diámetro del cable basándose en la densidad de corriente permitida para transformadores de 2...3 A/mm2. El cálculo se simplifica con el gráfico que se muestra en la Fig. 46 [2].
La posibilidad de colocar devanados en una ventana se evalúa de la siguiente manera: midiendo la altura de la ventana (ancho de la bobina), se determina el número de vueltas de una capa de cada devanado y luego el número requerido de capas. Multiplicando el número de capas por el diámetro del alambre y sumando el espesor de los espaciadores aislantes se obtiene el espesor del devanado. El grosor de todos los devanados no debe ser mayor que el ancho de la ventana. Además, dado que es imposible enrollar firmemente a mano, el espesor resultante de los devanados debe aumentarse entre 1,2 y 1,4 veces. En conclusión, presentamos un cálculo simplificado del rectificador (Fig. 45). La corriente directa promedio permitida de los diodos en un circuito puente debe ser de al menos 0,5 Iout; en la práctica, se eligen diodos con una corriente directa alta (por razones de confiabilidad). El voltaje inverso permitido no debe ser inferior a 0,71 Uii + 0,5Uout, pero dado que en inactivo Uout alcanza 1,41Uii, es aconsejable elegir el voltaje inverso de los diodos al menos este valor, es decir, el valor de amplitud del voltaje en el devanado secundario. También es útil tener en cuenta posibles fluctuaciones en la tensión de la red. La amplitud de ondulación del voltaje rectificado en voltios se puede estimar mediante una fórmula simplificada: Impulso ascendente = 5Isal/S. La corriente de salida se sustituye en amperios, la capacitancia del capacitor C1 está en microfaradios. Para corrientes de carga de varias decenas de miliamperios o menos, está permitido limitar el dispositivo más simple con un diodo zener. Para corrientes de carga grandes, recomendamos utilizar un estabilizador un poco más complejo, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 47.
Como puede ver, aquí se agrega un seguidor de emisor ensamblado en el transistor VT1 al estabilizador más simple basado en los elementos R1, VD1. Si en el estabilizador más simple la corriente de carga no puede ser mayor que la corriente del diodo Zener, aquí puede exceder la corriente del diodo Zener en un factor de h21e, donde h21e es el coeficiente de transferencia estática de la corriente de base del transistor en un circuito con un común. emisor. Para aumentarlo, a menudo se utiliza un transistor compuesto en lugar de VT1. El voltaje de salida del estabilizador es 0,6 V menor que el voltaje de estabilización VD1 (1,2 V para un transistor compuesto). Se recomienda comenzar a calcular una fuente de alimentación estabilizada con un estabilizador. Según el voltaje requerido y la corriente de carga, se seleccionan el transistor VT1 y el diodo zener VD1. La corriente de base del transistor será: Ib \u21d Iout / hXNUMXe. Esta será la corriente de salida del estabilizador más simple basado en los elementos R1 y VD1. Luego estime el voltaje mínimo en la salida del rectificador Uout-Upulse; debe ser 2...3 V más que el voltaje de carga requerido incluso con el voltaje de red mínimo permitido. A continuación se realiza el cálculo de la forma descrita. En [3] se dan circuitos y cálculos de estabilizadores más avanzados. Preguntas de autoevaluación 1. Utilizando la información de las secciones anteriores (características de pulso de la cadena RC), obtenga la fórmula anterior para la amplitud de ondulación en la salida de un rectificador no estabilizado. En este caso, permita que la duración de la descarga del capacitor a la carga del rectificador sea igual a 0,01 s (frecuencia de ondulación 100 Hz) y utilice la aproximación et/RC - 1 - t/RC. 2. Habiendo encontrado un transformador de red viejo (posiblemente quemado), desmóntelo y desenróllelo, memorizando o incluso anotando cómo funciona (esto le será útil a la hora de fabricar transformadores usted mismo). Calcule el número de vueltas de los devanados y el diámetro del alambre. Calcule este transformador utilizando el método descrito y compare los resultados. 3. Calcule una fuente de alimentación totalmente regulada para un voltaje de 13,5 V y una corriente de 1 A. Respuestas La forma de onda de voltaje a la salida de un rectificador de onda completa sin condensador de suavizado se muestra en la figura el arroz Xnumx linea fina. Vemos que el voltaje pulsa de cero a U.m con una frecuencia de 100 Hz. Si hay un condensador, se carga en los picos del voltaje rectificado a un valor ligeramente menor que Um, y descargas en los intervalos entre picos. El valor medio de la tensión rectificada se designa como U.O. amplitud de pulsación - Ulegumbres.
Durante la descarga del condensador, el voltaje en él cambia de acuerdo con la ley especificada en la condición a partir del valor de UO + Ustedlegumbres hasta valor UO - Ulegumbres Por lo tanto, se puede escribir UO - Ulegumbres =(túO + Ustedlegumbres)e-t / RC-(túO + Ustedlegumbres).(1 - t/CR), donde t = 0,01 s; R - resistencia de carga del rectificador; C es la capacidad del condensador de suavizado. Soportes de apertura, acortamiento de UO y descuidando el término Ulegumbrest/RC debido a su pequeñez (la amplitud de pulsación es menor que UO) obtenemos 2Ulegumbres = tuOt/RC. Tenga en cuenta ahora que UO/R es igual a la corriente de carga I, y sustituya t: Ulegumbres = 5 10-3l/C, donde todas las cantidades deben sustituirse en unidades básicas: voltios, amperios y faradios. Si tomamos la corriente en miliamperios y la capacitancia en microfaradios, obtenemos la siguiente fórmula para el voltaje de ondulación en voltios: Ulegumbres= 5 l/c. Literatura
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