|
Несмотря на то, что бесконечно большое значение индуктивности обеспечивало бы трансформатору и дросселю номинальную величину
тока, равную максимальному значению постоянного тока нагрузки, в реальности они должны обеспечивать несколько большее значение
тока, при этом особое значение приобретает правильность выбора номинального значения индуктивности дросселя. Так как магнитный
поток сердечника дросселя пропорционален току, протекающему в его обмотке, то при слишком высоких значениях тока сердечник
насыщается и его индуктивность падает почти до нуля.
Так как в выходном напряжении выпрямителя можно выделить составляющую постоянного тока и составляющие высших гармоник
(переменные составляющие), то в величине номинального тока дросселя необходимо учитывать все эти составляющие.
Составляющая постоянного тока представляет собой просто ток нагрузки, однако переменная составляющая требует более
внимательного анализа.
Так как в схеме после дросселя включен конденсатор, представляющий короткое замыкание по переменной составляющей, то
собственно переменная составляющая выходного напряжения выпрямителя падает только на реактивном сопротивлении дросселя при
протекании переменного тока. Если известна величина переменного напряжения на дросселе, то можно рассчитать величину тока.
Как уже указывалось ранее, основную роль в переменной составляющей играет вторая гармоника (как самая интенсивная из
существующих), поэтому вычисления могут быть упрощены, если при расчетах учитывать только эту составляющую.
Мгновенное значение переменного напряжения на дросселе выражается:
в котором f представляет частоту второй гармоники напряжения питания сети. Реактивное сопротивление дросселя определяется
выражением:
Если теперь воспользоваться законом Ома, то мгновенное значение тока, протекающего через дроссель, составит:
Так как представляет интерес максимальное значение тока, то член cos(2πft), входящий в выражение для мгновенного
значения тока, будет иметь максимальное значение, равное единице, поэтому выражение может быть несколько упрощено:
Ранее было высказано утверждение, что основной вклад в переменную составляющую дает вторая гармоника, однако это утверждение
требует уточнения. Если вернуться к разложению двухполупериодной последовательности в ряде Фурье, то видно, что вклад четвертой
гармоники составляет 20% относительно напряжения второй гармоники (0,12/0,6). Так как с увеличением частоты индуктивное сопротивление
дросселя (для четвертой гармоники) возрастет вдвое, то величина тока на четвертой гармоники в дросселе снизится в два раза.
Таким образом, доля тока четвертой гармоники относительно величины тока второй гармоники составит только 10%. Поэтому использованное
допущение оказывается вполне справедливым, и к тому же оставляет место для дальнейшего улучшения характеристик.
Сумма переменных токов, определяемых каждым из пяти первых членов разложения Фурье, включая составляющую восьмой гармоники,
была проанализирована графически с использованием компьютера с целью определить наибольший положительный пик. Отрицательные
пики не представляют значения, так как при сложении с постоянной составляющей они только снижают максимальное значение тока
дросселя. Результаты графического исследования позволили изменить вид уравнения и свести его к следующему:
Однако, общий максимальный ток itotal peak сиrrent
протекающий через дроссель, складывается из максимального значения переменной составляющей тока IAC(peak)
и постоянной составляющей тока IDC, протекающего в нагрузке:
В качестве примера можно рассмотреть усилитель мощности класса А, в котором используется пара ламп-кенотронов типа 845
для схемы двухтактного выпрямления, и в котором используется не отфильтрованное высоковольтное напряжение 1100 В при величине
тока 218 мА. В схеме выпрямителя усилителя используется дроссель с индуктивностью 10 Гн и номинальным током 350 мА, но можно
ли считать такой вариант оптимальным? Трансформатор, питающий входной дроссель фильтра, имеет выходное напряжение υm(RMS)
= 1224 В. Используя ранее приведенные выражения и считая, что частота сетевого напряжения питания составляет 50 Гц, получим
следующие данные:
Так как общий максимальный ток составляет 324 мА, то номинальное значение тока для дросселя, равное 350 мА, оказывается
вполне достаточным. Однако приведенный пример демонстрирует, что переменная составляющая тока дросселя может оказаться на
достаточно большой величиной, особенно в том случае, когда предполагается использование высоких напряжений.
Лучшим способом подобрать соответствующий по своим параметрам дроссель для источника питания — это вписать в широкоформатные
таблицы различные соотношения для дросселей, а затем анализировать их в отношении пригодности по множеству параметров. Из общих соображений
сглаживающий дроссель для высоковольтного источника питания должен иметь, как правило, индуктивность более 15 Гн, так как
в противном случае величина переменных составляющих выходного тока источника питания становится именно тем фактором, который
будет вносить наибольший вклад в потерю качества усилителя..
Номинальный ток трансформатора, используемого в источнике питания со сглаживающим дросселем
Максимальный ток, протекающий в дросселе, также протекает и по обмоткам силового трансформатора, поэтому последний также
должен удовлетворять рассматриваемому критерию. Однако так как при определении номинальных параметров трансформатора предполагается,
что ток имеет синусоидальную форму и имеется чисто резистивная нагрузка, то значения номинальных токов следует учитывать
как среднеквадратические значения синусоидального сигнала, то есть максимальные (или пиковые, амплитудные) значения токов
могут превышать эти значения в 12 раз. Поэтому для рассмотренного в качестве последнего примера случая понадобился бы трансформатор
с номинальным среднеквадратическим значением синусоидального тока, равным 229 мА (что составляет 324 мА амплитудного или
максимального значения). Этот результат достаточно хорошо (в пределах погрешности 5%) совпадает со значением постоянной
составляющей тока нагрузки, равной 218 мА. Поэтому в качестве стандартного приближения при расчетах очень часто принимается,
что для трансформатора достаточным является номинальный ток, выраженный в виде среднеквадратического значения синусоидального
тока, величина которого равнялась бы величине постоянной составляющей тока нагрузки.
|
