Запорожец Издания
6.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА Магнитные материалы и сердечники Силовые электромагнитные устройства для ВПН - трансформаторы и дроссели - изготавливаются на сердечниках пз феррита, пермаллоя, магнитодиэлектриков и аморфных материалов. На частотах преобразования менее 5 кГц используется электротехническая сталь. К материалам для магнитных компонентов вторичных источников электропитания предъявляются требования высокой магнитной индукции, высокой магнитной проницаемости, низкой коэрцитивной силы, низкой магнитострикции, малых потерь на пе-ремагничивание, повышенного электрического сопротивления, стабильной работы в течение многих лет, пригодности к серийному производству, простоты и дешевизны. Магнитомягкие ферриты являются основным мате1тиалом для магнитопроводов трансформаторов и дросселей, работающих в диапазоне частот от десятков до сотен килогерц. Данные по ферритовым сердечникам приводятся, например, в работе [101]. Для использования в сильных магнитных полях разработана особая группа ферритов из материала марки 2500НМС. Они характеризуются высокими значениями индукции насыщения, магнитной проницаемости, температуры Кюри и низкими потерями. Разработка никель-марганцевых ферритов марок 2500НМС1 и 2500НМС2 позволила устранить существенный недостаток ранее известных ферритов марки 2000НМ - положительную температурную зависимость потерь, что в свою очередь обеспечило надежный режим радиокомпонентов и упростило их расчет. Таким образом, в настоящее время магнитопроводы из феррита марки 2500НМС являются самыми популярными при проектировании ВПН. В табл. 6.1 приведены некоторые характеристики сердечников на основе феррита марки 2500НМС, освоенных промышленностью. В настоящее время в нашей стране налажен выпуск большой номенклатуры аморфных магнитомягких сплавов (АММС). Изготовление лент малых толщин (0,025 мм и менее) из АММС предполагает выполнение магнитопроводов в виде навитых тороидов. Высота тороидов равняется ширине поставляемого сортамента лент: 2, 4, 6, 8, 10 мм. В работе [102] приведены характеристики трансформаторов с магнитопроводами из АММС и сравнение этих характеристик в широком диапазоне частот с характеристиками трансформаторов на магнитопроводах из других материалов. 114 Типоразмер Марка Максимальные удельные потеди (Вт/кг) при В=0,20 Тл, F=16 кГц 25+10 °С 100 + 3 °С Магнитная индукция при Н = 240 А/м, 100±3 °С не менее Ш12Х15 Ш12Х20 Ш12Х20 Ш16Х20 ШК13 ШК13 ШК15 Д1К16 imi6xl4X28 ПКК20Х16 ПКК25Х20 Кв14 К7Х4Х2 К10Х6Х4,5 К12Х8ХЗ К20Х12Х6 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС2 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС2 2500НМС2 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС2 2500НМС2 2500НМС2 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС1 2500НМС1 10.5 10,5 10,0 10,5 10,5 10,5 10,5 10,0 10,0 10,5 10,5 9,3 10,5 10,5 10,5 12,6 12,0 12,6 10,5 8,7 8,7 7,0 8,7 8,7 8,7 8,7 7,0 7,0 8,7 8,7 7,0 7,2 8,7 8,7 10,4 10,0 10,4 8,7 0,29 0,29 0,33 0,29 0,29 0,29 0,29 0,33 0,33 0,29 0,29 0,33 0,33 0,20 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29 Трансформаторы и дроссели Электрический и конструктивный расчеты электромагнитных устройств представляют собой задачи определения Утртт({п), Vflpmin(fn). Наиболее удобны для выполнения инженерных расчетов графоаналитические методики, где в качестве промежуточных искомых параметров можно использовать Ко.тр, Ко.др - объемные коэффициенты трансформаторов (см/Вт) и дросселей (сммГ). Имея экспериментальные и расчетные наборы зависимостей Ко.тр от fn, АТ°доп, Т°в, типов сердечников; Ui, Ii, U2, I2, Ртр, АРтр, определяется Утр min= Ко.тр тщРтр, 3 тзкжб Wi, W2, d], d2 и типоразмер сердечника. По аналогичным наборам зависимостей Ко.др от fn, АТ°доп, Т°в, типов сердечников, Тдр, 1др, Пдр, АРдр определяется Удрп,,п = Ко.дрЬдр, а также -Вддр, (1др, /в и типоразмер сердечника. Здесь АТ°доп - допустимый перегрев корпуса прибора; wi, \V2, №др, di, d2, dдp -число витков и диаметры проводов соответственно первичной и вторичной обмоток трансформатора, обмотки дросселя; /в - длина воздушного зазора в магнитопроводе дросселя. В работе [103] проведен количественный анализ вариантов применения сердечников различных конфигураций для высокочастотных трансформаторов. Рассчитаны геометрические размеры сердечников трансформаторов, определенные исходя из критерия минимизации объема трансформатора. Задача решалась с помощью основного уравнения трансформатора, представляющего собой зависимость его выходной мощности Р от геометрических размеров при заданных ограничениях по перегреву, току намагничивания, КПД: P = 2BfnJKMSc(x)S(x), (6.1) где В, j - соответственно индукция и плотность тока; Км - коэффициент заполнения окна медью; Sc, Sm - площади сечений по материалу сердечников и по окну, заполненному медью; х - вектор геометрических размеров трансформатора (линейных размеров сердечника и обмотки). Оптимальные геометрические размеры сердечников при фиксированных типовых электромагнитных нагрузках и конкретной частоте определялись на ЭВМ численным способом для следующих конструкций трансформаторов: кольцевой (К) с полным (ПЗО) и неполным (ИЗО) заполнением окна, броневой (Б), Ш-образный (Ш), стержневой (С), П-образный (П) с прямоугольными и круглыми стержнями. Основные формулы для расчета приведены в табл. 6.2, а его результаты - в табл. 6.3. Таблица 6.2 Тнп трансформатора Объем трансформа тора V.,p Поверхность охлаждения трансфор.матора Пр f- 0) 03 °s о а Ч г I г? К(ПЗО) К(нзо) Б(Ш), прямоугольный стержень Б(Ш), круглый стержень С(Г1), прямоугольный стержень С(П), круглпй стержень а + ас+ (b-f2h) 2[ab(a-bc-fh) -fch(a---fb-f2c)] (2a-f2c-fh)a2-l--fwh(0,5a-fc)2 2 [ab(2a-fc-fh)-f -l-ch(a-fb + c)] 2 (2a-fc)a2-l- -f-j-h(a-fc)2 - abc2 4 яаЬсЬ abch -ach 4 abch -ach 4 я[(0,5c-b)(V2c2-f -f 4ac-f4a2-fc2-f2ac-f 2[b(3a-f2c-fh)-l-a(2a-f -f2c-fh)-f2ac-fnc2-f -fah-bnch] 4a(a-fb-fc)-fc 2b-f V -Я у + яЬ 1 -fh(2a-fb) a = b 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53
|