Раздел: Документация
0 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 27 Ks=2, o=10 ВА/град • м2, т«=т0 = 70°С, gc = 7,65 • 103 кг/м3, В0=0,5 Тл, /,0=Ю кГц, Кзс = 0,75, Бк~ Бс = 1, фс = 2. Удельные потери рс0 • /ср взяты при В0=0,5 Тл, /ю=10 кГц. Максимальная по допустимому нагреву мощность БТ
34222200,26О43-Ю3 50Н20202,6О390-Ю3 80НХ, 79НМ———930-103 Данные табл. 3.1 подтверждают резко выраженную зависимость максимальной мощности ФМУ от индукции и частоты. Действительно, если при индукции 0,5 Тл и частоте 1 кГц возможна мощность в десятки киловольт-ампер, то повышение индукции до 1,2 Тл или частоты до 5 кГц уменьшает эту мощность почти на 3 порядка. При определенных значениях частоты п индукции аппарат может не отдавать полезной мощности, так как даже без тока в обмотках будет иметь номинальный или более нагрев от собственных потерь в магнитопроводе. Видно также, что для известных сталей уже при частотах примерно более 1 кГц получение на выходе ФМУ мощности хотя бы 1 кВА или более возможно только при B<BS. Для быстрых ориентировочных расчетов, позволяющих легко найти рабочую индукцию при различных со-четайиях частоты, мощности, применяемых материалов и других условиях (изменение перегрева, теплоотдачи и т. д.), можно пользоваться выражением (1.58) в преобразованном виде для усредненных параметров: -у =1,4, В0=0,5 Тл, /10=10 кГц, кок=0,3, кзс = 0,75, NK=4,5, Nc=4, Кф=1, п0=0,5, БК=БС\, рц=2,1 • Ю-8 Ом-м, Мр = 2,3-103 В/м2. Получим Вр~ФвКв1Р11&-!?3,(3-4а) KB = (jL..U.>hl.WYr(3.46) где 60 10 50 рс0 кр gc Здесь коэффициент Кв безразмерный. Для получения Bv в Тл нужно брать мощность Р — в кВА, частоту /[ — в кГц, удельный вес материала сердечника gc — в г/см3. Коэффициент кр1 является опытным и его следует принимать равным 1,2 при /( = 1-7-10 кГц; 1,3 — при /[ = 10-7-100 кГц и 1,4 —при /ijlOO кГц. Величина рс0 Таблица 3.1 с естественным воздушным охлаждением, дана в вольт-амперах (ВА)
берется для соответствующего материала при В0 = 0,5 Тл, /, = 10 кГц. / Формула (3.7) обеспечивает результаты с погрешностью примерно ±Ю% и имеет 3 значения размерного коэффициента Фв: 1)для конструкций, у которых внутренние поверхности обмоток соприкасаются с сердечниками (рис. 1.1, а, б, в, ж и др.) , 3,85; 2)при независимом охлаждении обмоток и сердечников (рис. 1.1, д, е пли рис. 3.3, и, е, ж, м и др.) коэффициент Фв возрастает против первого случая примерно в 1,3 раза Фв 5; 3)для тороидов он уменьшится относительно 0,8 примерно в 1,3 раза Фв~3. Коэффициент Фв имеет определенный смысл: при установленном по (3.46) значении Кв он показывает, чему будет равна рабочая индукция, когда Р= \ кВА, \\ = \ кГц. По нему можно также судить об изменениях индукции при мощности и частоте, отличающихся от указанных единичных значений. В разд. 4.2 формула (3.4а) использована нами для априорного выбора материала магнитопровода. Для оптимального проектирования ФМУ из условия обеспечения номинального нагрева сердечников и катушек нужно обеспечивать условие В = ВР. При высоких частотах это возможно и гарантирует ЕТР. Выражения основных расчетных величин СВЧ ФМУ при ЕТР и ВТР определяются промежуточной группой формул, где аргументом является сечение магнитонро-вода Sc: а)фактические и допустимые потери в магнитоппо-воде по (1.12) и (1.16) с учетом (1.22) и (1.24) Асф = PcoW JcBlfl.S\s;(3.5) ЛРсд = тссГсЛУс5сБс;(3.6) б)фактические и допустимые потери в катушках по (1.13), (1.18а) с учетом (1.23) и (1.25) ЛРкф = ркКг/СокЛУк/2 5 ;(3.7) ЛРкд = rKaKNJKScBK;(3.8) в)максимальная по условиям допустимого нагрева катушек плотность тока, после решения (3.7) и (3.8) относительно / при ЛРКф = АРКД где Mjt выражается по (1.40); г)максимальная по условиям допустимого нагрева магнитопровода индукция после решения (3.7) относительно В* при АРСф=АРсд 5s = (MBtAc)o.5//1°;5T.S°c25,(З.Ю) где МВх выражается по (1.55); д)число витков, необходимое для создания одного вольта ЭДС самоиндукции по (1.4) w=n0K0K/MpScBtfu,(3-П) •где Мр определяется по (1.10); е)соотношение потерь в сердечниках и катушках по (1.15) с учетом (3.6) и (3.8) тсосЛс/сБс (3.12) ж) коэффициент потерь при оптимальном проектировании на заданный перегрев по (1.38) с учетом (3.8) Щ-\=Ьг1 = Ьк- .(l + v).Sc;(3.13) P-XCOS9 з) удельно-экономический показатель по (1.60) с учетом (1.22) и (1.23) э =• (jZ-Ksl* + •(3.14) Выражения (3.5) — (3.14) могут иметь самостоятельное значение при проверочных расчетах, при составлении таблиц параметров трансформатора на ряды магни-топроводов, при корректировке параметров методом направленных экспериментов. В теоретическом плане эти выражения дают много частных формул в зависимости от того, каким путем находится необходимое сечение магнитопровода Sc. При обеспечении критерия заданного нагрева выражение для Sc выводится путем решения (1.9), (3.9) и (3.10) относительно Sc, что дает 5С - YP2-!MlKsMhMBMKNj\-\(3.15) В частном случае, когда индукция принимается постоянной, решаются только (1.9) и (3.9), тогда sc = У РЧ(Мрв,/у*)ЧКмку. (зле) Преобразуя теперь (3.5) — (3.14) с учетом (3.15) или (3.16), получим две группы выражений, приведенных в табл. 3.2. Таблица 3.2 Выражения для расчета основных величин силовых ФМУ
Обе группы выражений в табл. 3.2 содержат одинаковые базисные величины Sc6=(AWVc)2;(3.17) W6 = щк0ку/Мр (AWVc)2;(3.18) A7]6 = L±---Б/..т./Ж5-(ЗЛ9) xvcoscp (MBTyVc)b5.(MyT/<:j0.5Mp i6= (MjxNJKsNcMBx);(3.20) Кэс ~f~KsxlKKs(3 21) Значения частоты, индукции и мощности в выражениях табл. 3.2 имеют относительные значения без размерностей и не влияют на величины по (3.17) — (3.21) /и = Л//.о- В, = В/В,,(3.22) где Рб берется по (3.2) или (3.3). Сравнительная оценка выражений для ЕТР и ВТР показывает их существенное отличие, которое и определяет отличие параметров высокочастотных ФМУ, работающих в ЕТР, от параметров низкочастотных ФМУ, для которых характерен ВТР. Главным и характерным для силовых высокочастотных устройств является тот факт, что влияние частоты описывается совсем другими зависимостями, чем при ВТР (см. табл. 3.2). Для ЕТР с увеличением частоты не ухудшается КПД (он даже несколько повышается), что не свойственно ВТР. Удельно-экономические показатели и оптимальное соотношение потерь при одном и том же нагреве не зависят от мощности. Таким образом, с определенного значения частоты главным предметом забот при оптимизации ФМУ становятся потери в стали, показатели теплоотдачи и геометрические параметры. Практика показывает, что для известных электротехнических сталей естественный тепловой режим работы силовых ФМУ гарантирован, если частота питающего напряжения превышает 1 кГц и габаритная мощность— 1 кВА. Для ферритов ЕТР наступает при частотах 204-25 кГц. Если рабочая частота ФМУ не диктуется нагрузкой или питающей сетью, и ее можно оптимизировать по технико-экономическим показателям, то задача такой оптимизации становится многоплановой и сложной. Простейшего условия обеспечения работы в ЕТР недостаточно. Требуется учитывать мощность ФМУ, условия минимизации и ряд технических ограничений. Упрощенная оптимизация промежуточной частоты с целью снижения массы ферромагнитных устройств рассмотрена в [18]. 3.3. Физические параметры и выбоо их значений к расчету Физические параметры определяют значения составляющих МВх, М]х и Мр, входящих в основные выражения для расчета силовых ФМУ. Чем больше значения этих составляющих, тем лучшими показателями обладают спроектированные аппараты. В свою очередь физические параметры можно представить четырьмя группами. 3.3.1. Параметры, определяющие данные магнитопровода (реи, кр, go кзс, Во, /ю, у). Зависят от свойств применяемого магнитопровода и качества его исполнения. Всегда желательно иметь маг-нитопроводы с малыми удельными потерями мощности рс. Но чем больше рабочая частота, тем сложнее это достигается. Приходится снижать индукцию, резко увеличивается стоимость единицы объема сердечника. При частотах более 1 кГц й мощностях более 1 кВт применение электротехнических сталей становится проблематичным. В целом выбор параметров магнитопровода является непростой оптимизационной задачей, но в определенной мере она рассмотрена [1]. Показано, что при частотах 1 кГц и более магнитопровод должен быть ленточным с толщиной ленты 0,1—0,05 мм. Более тонкие материалы особого эффекта снижения потерь не дают, а их стоимость и технологические сложности изготовления начинают резко возрастать. Для этих толщин и наиболее распространенных высокочастотных сталей удельные потери приведены в табл. 3.3. Из таблицы очевидно, что уже при частотах 10 кГц потери в 0 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 27
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
