электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Тиристорные генераторы / Инверторные схемы / Расчёт трансформаторов и дросселей

Расчёт трансформаторов и дросселей

Общие вопросы расчета коммутирующих дросселей и выходных согласующих трансформаторов

Такой трансформатор показан, например, на рис. 4-6. Там же показаны индуктивности L1 и L2 коммутирующих дросселей.

Очень часто для рассматриваемого в книге класса инверторов трансформаторы и дроссели проектируются на стандартных разрезных ленточных сердечниках по ГОСТ 22050—76.

Размеры и основные конструктивные параметры наиболее широко применяемых сердечников приведены в табл. 6-3 (сердечники ШЛ броневого типа) и в табл. 6-4 (сердечники ПЛ стержневого типа).

Сердечники ШЛ используются при меньших, ПЛ — при больших мощностях трансформаторов и дросселей.

В таблицах приведены также дополнительные данные, нужные для последующих расчетов.

Конструктивные данные табл. 6-3 соответствуют также шихтованным пластинчатым сердечникам Ш.

В таблицах обозначено: Vc — объем сердечника; kcsc — активное сечение сердечника; Мс — масса сердечника (подсчитана при коэффициенте заполнения сердечника kc = 0,85); sок — сечение окна сердечника; kок — коэффициент его заполнения проводниковым материалом; lс — длина средней магнитной линии в сердечнике; lw — средняя длина витка катушки, см.

Для трансформаторов и дросселей всегда важным является их тепловой режим, определяемый обычно превышением температуры катушки τ.

Величина т определяется по формуле (6-76) с учетом (6-74) и (6-77), но здесь — высота катушки, а эффективная поверхность охлаждения П и потери р выражаются зависимостями, приведенными в работе.

Получаем

(6-82; 6-83)
(6-84)

где Пк — поверхность охлаждения катушек согласно работе, см2; Пс — поверхность охлаждения сердечника, см2; Бс — параметр, характеризующий роль сердечника в охлаждении; β = Пск; v = pс/pк; рк — потери в катушке (в меди), Вт; рс — потери в сердечнике (в стали), Вт.

Таблица 6-3

Типоразмер сердечника

VС, см3

Kcsc, см2

sок, см

lс, см

lw, см

kок

Пк, см2

β

α·103, Вт (см2·°С)

Мc, г

Кдр.с-107 Дж/°С

ШЛ 8х8
ШЛ 8х10
ШЛ 8х12.5
ШЛ 8х16

3.53
4.42
5,51
7.48

0.52
0.65
0.81
1.10

1.6

6.8

5,8
6.2
6.7
7.7

0,15

19.8

0,86
0,97
1,11
1,30

1,35

27
34
43
54

6.1
7.2
8.3
9.6

ШЛ 10x10
ШЛ 10х12,5
ШЛ 10х16
ШЛ 10х20

6.97
8.76
11,12
13.93

0,82
1.03
1.31
1.64

2.5

8,5

7,2
7,7
8,4
9,2

0,19

31,0

0,86
0,98
1,13
1,31

1.27

54
67
86
107

18,1
21.2
24.8
28.3

ШЛ 12х12.5
ШЛ 12х16
ШЛ 12х20
ШЛ 12х25

12.66
16.34
20.20
25,70

1.24
1,60
1.98
2,50

3.6

10,2

8,7
9,4
10,2
11,2

0,23

44,6

0,88
1,00
1,16
1,34

1,23

94
123
156
193

45.5
55.0
62.5
71,2

ШЛ 16х16
ШЛ 16х20
ШЛ 16х25
ШЛ 16х32

28.82
35.9
44.9
57,9

2.12
2,64
3.30
4,25

6.4

13,6

11,5
12,3
13,3
14,7

0,25

79.3

0,86
0,97
1.11
1,33

1,20

222
278
350
445

149.0
173.0
200,0
234.0

ШЛ 20х20
ШЛ 20х25

56,4
70.9

3.30
4.15

10,0

17,1

14,3
15,3

0.26

124,0

0,86
0,97

1.13

435
540

353,0
418.0

Таблица 6-4

Типоразмер сердечника

VС, см3

Kcsc, см2

sок, см

lс, см

lw, см

kок

Пк, см2

β

α·103, Вт

(см2·°С)

МС, г

Кдр.с-107 Дж/°С

ПЛ 16х32-40
ПЛ 16х32-50
ПЛ 16х32-65
ПЛ 16х32-80

77,4
86
98,9
111.9

4.3

18
20
23
26

10
12,5
16,3
20

15,1

0,24

166
195
236
281

0,48
0,40
0,34
0,28

1.1

585
650
750
850

5
6,6
9,1
11,6

ПЛ 20х40-50
ПЛ 20х40-60
ПЛ 20х40-80
ПЛ 20х40-100

147,2
165,5
192,1
219

6,7

22,7
24,7
28,7
32,7

16
19,2
25,6
32

18,8

0,25

264
300
372
444

0,48
0,42
0,34
0,28

1,0

1160
1270
1460
1670

11,9
14,9
21,2
27,8

ПЛ 25х50-65
ПЛ 25x50-80
ПЛ 25х50-100
ПЛ 25x50-120

302
334
376
418

10,5

28,8
31,8
35,8
39,8

26
32
40
48

23,8

0,27

423
491
581
684

0,47
0,40
0,34
0,29

0,9

2300
2540
2860
3200

29,5
38
45
63,7

ПЛ 32х64-80
ПЛ 32х64-100
ПЛ 32х64-130
ПЛ 32х64-160

619
688
791
895

17,2

36
40
46
52

40
50
65
80

29,2

0,3

662
770
945
1120

0.48
0,40
0,34
0,28

0,9

4720
5300
6100
6850

84,5
110
153
197

ПЛ 40х80-100
ПЛ 40х80-120
ПЛ 40х80-160
ПЛ 40х80-200

1223
1322
1549
1762

27,0

45
49
57,3
65,3

64
76,8
102,4
128

36,8

0,3

1050
1200
1480
1740

0,48
0,40
0,34
0,28

0,9

9350
10100
11 800
13 500

212
268
375
485

Величины Пк, β, α также даны в табл. 6-3 и 6-4 (значение α шито для перегрева τ = 50 °С и умножено на 103).

Потери в сердечнике массой Мс в формуле (6-82) определяются зависимостью

(6-85)

где В— амплитуда магнитной индукции в сердечнике, Тл; р0— удельные потери в магнитном материале сердечника в исходном состоянии при рабочей частоте ƒ и индукции B0, Вт/кг; kp — коэффициент увеличения потерь в готовом сердечнике вследствие технологических воздействий при его изготовлении (включая разрезку).

Параметры р'0 и kp зависят от вида магнитного материала и существенно растут с увеличением частоты.

Поэтому с ростом частоты выбирают более качественный материал (например, железо-никелевые сплавы) и уменьшают его толщину. При высокой частоте иногда применяют ферритовые сердечники.

Рекомендации по выбору толщины ленты (листа) для сердечников приведены в табл. 6-5.

Таблица 6-5

Материал

Параметр

Толщина материала, мм, при ƒ, кГц

В's, Тл

Ас

0.05

0,4-1.0

1.0-2,5

2,5-100

Сталь

3421—3423

1.9

580

0,2-0,35

0,1-0,2

0,1-0,05

0,05-0,02

Сплав

50Н
80НХС,
79НМ

1.5
0,7

360
90

0,2-0,35
0,2-0,35

0,1
0,1

0,1-0,05
0,05

0.05-0,02
0,05-0,02

Коэффициент kp для неразрезных, например тороидальных, сердечников близок к 1, а для разрезных с ростом частоты от 50— 500 Гц до 10 кГц меняется следующим образом: для стали 3421—3423 от 1,3 до 1,6; для сплава 50Н от 1,6 до 1,9; для сплавов 80НХС, 79НМ от 2,7 до 3.

При дальнейшем повышении частоты коэффициент kv соответственно возрастает.

Из-за роста потерь индукцию В с увеличением частоты при прочих равных условиях приходится понижать, однако при большой скважности удается сохранять достаточно большие значения В.

Во всех случаях величина В не должна превышать некоторого значения B's:

В≤B's . (6-86)

Величина B's приведена в табл. 6-5. Значения удельных потерь ро при указанных в таблице типовых частотах ƒ=ƒт и индукциях В0 даны в табл. 6-6; р'0 = р'1 при В0 = 1; р'0 = р'0,5 при В0 = 0,5 И т. д.

Таблица 6-6

ƒт, кГц

Толщина материала, мм

Значение р'0, Вт/кг, для материалов

3422

5ОН

80НХС, 79НМ

р'1

р0.5

р'1

р0,5

р0.5

0,4

0,15
0,10
0,05

9,0
8,5
8,5

2,2
2,1
2,1

5,5
5,3
5,0

1,5
1,4
1,3

0,50 0,45

1,0

0,10
0,05

35
26

8,5
6,5

20
14

5
4

2,0
1,6

2,5

0,05
0,02

102
100

26
25

48

12

6,4
4,3

10

0,05
0,02

750

190

300

85

42
30

50

0,05
0,02


2400
1700


750

600
270

Ориентировочно пересчет потерь р'0 к другой частоте ƒ по отношению к типовой ƒт при той же индукции В0 можно произвести по зависимости

р'0ƒ = р'0(ƒ/ƒт)θ.

где примерно θ = 1,5.

Пересчет потерь к другой индукции при той же частоте можно ориентировочно произвести по зависимости

р'= р'0(В/В'0)2. (6-87)

Потери в катушках рк определяем обычным образом, однако при частоте в несколько килогерц и выше приходится уже учитывать возрастание активного сопротивления обмоток за счет поверхностного эффекта и эффекта близости.

Это возрастание для каждой i-й обмотки на основании работы может быть при ƒ≥0,4 кГц учтено коэффициентом

(6-88)

где ƒ — частота в килогерцах; nж — число жил в проводнике; dж — диаметр одной жилы; dн — наружный диаметр всего проводника без изоляции (dн=dж при nж = 1); Dк — наружный эквивалентный диаметр обмотки; ωi — число витков i-й обмотки; kг.к — коэффициент по рис. 6-16, зависящий от геометрии катушки.

   

На рис. 6-16 hк — высота катушки (обмотки); сi — толщина и обмотки.

Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника определяется по формуле

(6-89)

где δс — зазор в сердечнике, мм; μ — относительная магнитная проницаемость сердечника без зазора.

Рис. 6-16. Зависимости для коэффициента кг

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр