Wсл1max= lсл1/d пр из= 29,4/0,24=122 витка
Аналогично остальные слои.
Обмотка поместится в шести слоях.
Поверх обмотки наложим внешнюю изоляцию из лакоткани ЛШМС - 105-0,10 с 50%-ным перекрытием. Найдем диаметр отверстия:
dотв = dсл6 – dпр из - 4Dиз = 6,16 - 0,24 - 4 • 0,1 = 5,52 мм.
Видим, что диаметр отверстия вполне достаточен для продевания через него провода с измеряемым током.
Важным условием функционирования трансформатора тока является обеспечение работы сердечника без захода в область насыщения. Чтобы определить, обеспечено ли выполнение данного условия, необходимо найти максимальную индукцию в сердечнике. Напомним, что данная формула справедлива для режима перемагничивания по симметричному циклу при прямоугольном входном воздействии с паузой на нуле. Ранее было принято q = 0,25. получаем:
Bmax = qUa2/ 2wfS= 0.25•8.2/2•610•400•10•10-5=0.042 Тл
Основываясь на библиографических данных для феррита 1500НМЗ, можем заключить, что сердечник трансформатора тока далек от насыщения.
Представляет интерес определить, насколько верно предположение об идеальности трансформатора тока, принятое выше. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо найти намагничивающий ток трансформатора тока и сравнить его с измеряемым током i1.
Найдем максимальное значение напряженности в сердечнике, подставив в нее m = 1500:
Hmax= Bmax/mo m=0.042/4p •1500•10-7 = 22,23 A/м
При w = 1 получим:
Im max = Hmax• Iср = 22,23•25,133•10-3=0,56 А
Полученное значение немного больше Ia1, что, в принципе, можно считать довольно хорошим результатом.
3.1.2 Проектирование выпрямителя
В преобладающем большинстве конструкций используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме. Рассчитать выпрямитель - значит правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке Uн и потребляемый ею максимальный ток Iн.
а) По току нагрузки определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:
Iд = 0,5СIн
Iд = 0,5 • 2,4 • 0,1 = 0,12 А
где: Iд - ток через диод, А;
Iн - максимальный ток нагрузки, А;
С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки.
б). Подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:
Uобр = 1,5Uн,
Uобр=1,5•8,2=12,3 В
где: Uобр - обратное напряжение, В;
Uн - напряжение на нагрузке, В.
в) Выбираем диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные. Нам подходит диоды 2Д103А. Пригоден также выпрямительный блок КЦ417Б.
г) Определяем емкость конденсатора фильтра:
Сф = 3200Iн / UнKп,
Сф = 3200 •0,82 / 8,2 •0,05= 6,4 мкФ,
где: Сф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;
Iн - максимальный ток нагрузки. мA;
Uн - напряжение на нагрузке, В;
Kп - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).
Конденсатор выбираем К52-9-100В-6,8мкФ.
3.1.3 Выбор ограничителя напряжения
При воздействии ЭМИ искусственного и естественного происхождения могут возникать необратимые и обратимые повреждения в аппаратуре, которые связаны главным образом с электрическими пробоями элементов, перегоранием цепей и контуров. Обратимые изменения (кратковременные отказы и сбои) связаны с появлением ложных сигналов в узлах и блоках, подавлением полезных сигналов, искажением информации.
Для защиты цепей аппаратуры и ее элементов от различного рода перегрузок по напряжению используют газоразрядные и полупроводниковые ограничители. К газоразрядным ограничителям относятся разрядники, к полупроводниковым — полупроводниковые ограничители напряжения, металлооксидные варисторы и полупроводниковые приборы общего применения.
По сравнению с другими классами ограничителей напряжения разрядники имеют весьма высокие напряжения, большое значение допустимого тока и малые межэлектродные емкости, что позволяет использовать их для защиты цепей аппаратуры от ЭМИ искусственного и естественного происхождения, когда энергия, выделяемая в ограничителе, достаточно велика. Но применение только одних разрядников из-за значительного времени их срабатывания не решает проблемы защиты многих полупроводниковых приборов и микросхем, поскольку для них недопустимы начальные выбросы напряжений, пропускаемые разрядником. Величина выброса напряжения у разрядников в значительной степени зависит от скорости нарастания фронта воздействующего импульса. При больших величина выброса напряжения может возрасти в 5..6 раз по сравнению со статическим напряжением возникновения разряда. Этот недостаток разрядников в меньшей степени проявляется у варисторов и совсем отсутствует у полупроводниковых ограничителей напряжения.
Полупроводниковые ограничители напряжения и варисторы выгодно отличаются от разрядников тем, что напряжение пробоя у них ниже напряжения ограничения (у разрядников оно значительно выше напряжения поддержания разряда), поэтому при применении, полупроводниковых ограничителей защищаемые ими цепи не шунтируются после прохождения импульса тока переходного процесса, как это имеет место у разрядников. Наличие низкого напряжения поддержания разряда у разрядников ограничивает их применение для защиты цепей постоянного тока, в которых напряжение источника выше напряжения поддержания разряда. Полупроводниковые ограничители и варисторы имеют диапазон напряжений 0,7.. .2000 В, что позволяет использовать их для защиты различных по назначению радиотехнических цепей, в состав которых входят чувствительные к переходным процессам полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы.
Кроме специализированных ограничителей напряжения в качестве элементов защиты могут быть использованы: ПП общего применения: импульсные диоды, диоды с барьером Шотки, p-i-n диоды, импульсные стабилитроны, высоковольтные выпрямительные столбы, диоды с низкоомной базой, диоды на основе арсенида галлия и др. Полупроводниковые элементы защиты, а также варисторы и разрядники благодаря особенностям вольт - амперной характеристики (ВАХ) при отсутствии импульса напряжения практически не потребляют энергии в цепи, так как их сопротивление очень велико (0,1 ... 100 МОм) и, следовательно, практически не рассеивают дополнительной мощности. При возникновении импульса напряжения с амплитудой, превышающей пороговое значение для данного элемента защиты, его сопротивление резко уменьшается (0,01 ... 10 Ом). В результате импульсное напряжение на защищаемой цепи ограничивается до заданного уровня. При этом ток протекает в основном через элемент защиты, минуя нагрузку, и достигает в ряде случаев сотни ампер. Однако средняя рассеиваемая мощность, выделяемая в ограничителе, невелика, так как длительность импульсов напряжения, возникающих в цепях при действии ЭМИ искусственного и естественного происхождения, не превышает десятков микросекунд. Поэтому элементы защиты, обладая большой импульсной рассеиваемой мощностью, имеют малые габариты и массу. Кроме того, они имеют большое быстродействие, что важно для защиты цепей при высоких скоростях нарастания импульсов напряжения, свойственных ЭМИ искусственного происхождения.
Для обеспечения эффективной защиты цепей аппаратуры от электрических перегрузок по напряжению е помощью ограничителей напряжений параметры и характеристики последних должны удовлетворять следующим требованиям:
- технические характеристики и параметры ограничителей при отсутствии перегрузок по напряжению не должны влиять на характеристики функциональных блоков и устройств, в которых они используются;
- уровень напряжения во время действия импульса переходного процесса в точках подключения ограничителя должен быть как можно ближе к нормальному уровню напряжения, действующему до перегрузки;
- надежность ограничителя должна быть выше надежности блоков и устройств, которые нуждаются в защите;
- быстродействие ограничителей должно быть максимально возможным, чтобы обеспечить эффективную защиту при больших скоростях изменений напряжений переходных процессов;
- максимально допустимые токи ограничителей должны быть больше тока, создаваемого максимально возможным уровнем напряжения;
- диапазон рабочих напряжений ограничителей должен быть достаточно широким;
- динамическое сопротивление в проводящем состоянии должно быть минимально возможным;
- параметры и характеристики ограничителей должны соответствовать требованиям по устойчивости к воздействию механических, климатических и специальных факторов, предъявляемым к аппаратуре.
Проанализировав теоретический материал был выбран ограничитель напряжения 2С408А2.
Ограничитель напряжения кремниевый диффузионный средней мощности. Предназначен для защиты цепей аппаратуры постоянного и переменного токов от импульсных электрических перегрузок по напряжению. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип ограничителя указывается на корпусе. Корпус в рабочем режиме служит положительным электродом (анодом). Масса прибора не более 2,3 г.