elemente de proiectare pentru stabilizatoarele de …

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


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


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)


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


184


185

Tabel 1. Caracteristici conductoare de bobinaj


186

Tabel 2. Caracteristici tole

elemente de proiectare pentru stabilizatoarele de …

Documents