Раздел: Документация
0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 27 магнитопроводах становятся значительными даже при индукциях 0,5 Тл. В работе [26] показано, что применение ферритов в Силовых устройствах при частотах более 2 кГц всегда выгоднее, чем использование ленточных сердечников (ЛС). Уже при этой частоте ферриты имеют на 20-т-25% меньшие потери, чем стали или сплавы толщиной 0,02 мм при соизмеримых рабочих индукциях около 0,4 Тл. Таблица 3.3 Удельные потери мощности для типовых ферроматериалов
Для частот 10-7-16 кГц потери в ферритах становятся в 5-7-10 раз меньше, чем у ЛС, при этом они значительно дешевле и проще изготавливаются. На частотах более 20 кГц стали и сплавы конкурировать с ферритами не могут. Никель-цинковые ферриты типа НМС1 имеют, например, потери 5 мкВт/см3 Гц при- индукции 0,2 Тл (примерно 10 Вт/кг при, 10 кГц), чего не достигается на ЛС. Ленточные сердечники требуют также внимательного отношения при выборе расчетных параметров gc, Кзс, у и кр. Для ферритов имеем у=1,2, /сзс=/ср=1, gc~5 г/см3.(3.23) У ЛС эти параметры зависят от толщины ленты и частоты изменения индукции, выбрать их можно с приемлемой точностью, ориентируясь на опытные данные в табл. 3.4—3.6. Таблица 3.4 Значения частотного коэффициента у у для материалов при их толщине, мм
Таблица 3.5 Коэффициенты заполнения ленточных сердечников
Таблица 3.6 Коэффициенты увеличения потерь кр разрезных ленточных сердечников с толщиной ленты 0,1-т-0,05 мм
Примечание. У ленточных сердечников трехфазного исполнения значения /с fj возрастают в 1,25 раза; для случаев неотработанной технологии: слабая-стяжка мат-нитопроводов, недостаточная их пришли-фовка и т. д., табличные значения кр следует еще увеличить примерно на 15%- 3.3.2. Параметры катушек Материал для обмоток должен быть предварительно выбран. Для СВЧТ обычно применяются медные провода и реже алюминиевые; в фольговом исполнении катушки нежелательны ввиду возникающих вредных эффектов возрастания сопротивления (в том числе емкостного) и диэлектрических потерь. Показатели медных и алюминиевых проводов приведены в табл. 3.7. Значения удельного Сопротивления рк с поправкой на температуру перегрева обмоток определяются по выражению (4.4). Таблица 3.7 Показатели материалов для обмоток ФМУ
Вследствие поверхностного эффекта и его специфических проявлений в катушках сопротивление обмотки переменному току больше, чем постоянному, и это практически становится заметным на кияогерцевых частотах при толстых проводах. Коэффициент увеличения сопротивления кг за счет частоты можно определить по [1,3]. Вместе с тем на практике удается легко избежать увеличения сопротивления обмоток путем расщепления сечения проводника на пж составляющих, определяя глубину проникновения высокочастотного тока от поверхности Аг. Согласно [29, 30] имеем д; = 0,503J/T8//, [мм],(3.24) где fi берется в килогерцах. Если сечение проводника обмотки, найденное по допустимой плотности тока Snj, составить из Пж сечений параллельных жил, каждое из которых удовлетворяет требованию Sn/<(2A02n/4,(3.25) то увеличения сопротивления под действием частоты не произойдет., Это условие при проектировании СВЧ ФМУ 68 всегда выполняют, расщепляя при необходимости расчетное сечение проводника. Поэтому корректировку величины рк за счет поправочного коэффициента кг осуществлять не приходится. Применение многожильных проводов для высокочастотных обмоток практически снимает проблему увеличения их сопротивления за счет частоты. Важными в расчете параметров катушек, да и многих других показателей ферромагнитных устройств, являются коэффициенты заполнения активным материалом самой катушки кзк и окна магнитопровода кок. С высокой точностью значения этих коэффициентов можно установить лишь после определения линейных размеров ФМУ и параметров катушек (высота, толщина, данные поперечных сечений и примененной изоляции). При первичных расчетах пользуются усредненными статистикой и практикой откорректированными значениями Кзк И Кок. Наименьшие отклонения при проверочных расчетах наблюдаются для коэффициента заполнения катушки Кзк — Sk/AkCk, где 5К — поперечное сечение всех витков внутри катушки без изоляции; Ак, ск — высота и толщина катушки. Всегда /гк<Л, ск<с и Кзк<Кою причем кОк=5к//гс=КзкК0, где к0 < 1. Реальные значения кзк при мощности ФМУ более 0,5 кВА лежат в пределах от 0,4 для полного заполнения окна при низковольтных обмотках до 0,1—0,05 при полном заполнении окна, но для высоковольтных обмоток [Г, 12,. 17, 20]. Величина к0 может принимать значения от 0,9 до 0,5 в зависимости от выбираемых конструктивно просветов в окнах. Результирующее значение параметра к0К=Кзк • к0 не сказывается существенно на оптимальной геометрии ФМУ, но влияет на его удельно-экономические показатели. Поэтому реальную величину Как следует при проектировании устанавливать с максимальной достоверностью, учитывая мощность и потенциалы обмоток, что, в свою очередь, может определить ориентированно сечения проводников при типовой плотности тока, показатели изоляции. Для СВЧТ более Г кВА можно рекомендовать сред-нерасчетные значения кзк, равные 0,35 при низковольтном исполнении и 0,15 —при высоковольтном исполне- нйИ. Величину к0 следует определять в каждом конкретном случае проектирования, предварительно выбирая пЛ и пс до (1.34), что даст «0=Пл • nc=hK/cK/ch.(3.26) Расчет остальных показателей обмоток — число витков, рядов и слоев намотки, сечение проводников, уточненные размеры с учетом изоляции, весовые показатели, сопротивления активное, реактивное и емкостное, потери и т. д. — производится в установленном порядке [1,4,5,15,25,28]. 3.3,3. Показатели для ограничений по нагреву Температура допустимого перегрева катушек тк и сердечников тс, а также показатели условной теплоотдачи с единицы их поверхностей 0К) сс должны быть выбраны до проектирования. Указанные параметры определяют расчет всех основных величин аппарата по условиям обеспечения заданных температур перегрева над температурой окружающей среды ic. Под допустимым перегревом принято считать такой тепловой режим, при котором-не происходит ускоренного выхода ферромагнитного устройства из строя. Самое слабое место ФМУ в отношении теплостойкости — электрическая изоляция, каждому виду которой свойствен свой класс по нагревостойкости. При соблюдении рабочих температур, предписываемых данным классом, изоляция служит длительно, более Ю-г-20 тыс. ч. Однако даже небольшие повышения температуры сверх нормируемых значений приводят к быстрому старению изоляции. Например, срок жизни изоляции из органических и синтетических материалов сокращается вдвое, если температура ее-нагрева станет на 10° С выше положенной. Как известно, номинальная температура известных классов изоляции невелика. Например, органические волокнистые материалы с пропиткой имеют =105° С (класс А), стекловолокна с кремнийорганическими связующими имеют £Р=180°С (класс Н). К тепловому режиму ФМУ необходимо относиться всегда внимательно. Ошибка в сторону завышения температуры нагрева приведет к снижению надежности и срока службы аппарата. Наоборот, излишняя осторож- ность обусловит недоиспользование по мощности, неоправданным увеличениям размеров и веса. Процесс отдачи тепла в окружающую среду начинается с превышения температуры аппарата tp над температурой окружающей среды tc> что называют перегревом т= fp— U [град].(3.27) Допустимая температура нагрева для изоляции определяется ее классом, а температура среды однозначно задана условиями эксплуатации. Следовательно, согласно выражению (3.27) мы однозначно приходим к величине допустимого перегрева т. Говоря о перегреве как важнейшей характеристике теплового режима, следует не забывать об "участке его измерения. У мощных ФМУ в равной мере интересует и перегрев катушек тк, и перегрев сердечников тс. Сердечники обычно более теплостойки, чем кадушки. В свою очередь те и другие не нагреваются равномерно по всему объему. Их жизнеспособность зависит от максимальной температуры на том или ином участке, расположение которого зависит от ряда факторов. Но именно эта максимальная температура перегрева должна интересовать проектировщика. Рис. 3.1. Тепловое распределение в катушках силовых ФМУ  Тепловое распределение для силовых ФМУ согласно [1] может быть представлено на базе одномерного радиального поля рис. 3.1, где показаны два тепловых режима: 1 — тепловой поток от сердечника проходит сквозь катушку (потери в сердечнике близки к потерям в катушке или превышают их, а тепловая изоляция или 0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 27
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
