Раздел: Документация
0 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 27 охлаждающий канал между магнитопроводом и обмоткой отсутствует); 2 — катушка охлаждается в обе стороны. Отношение максимального перегрева к среднему Г = Тмак/Тср для указанных случаев исследовано [1] и обычно определяется значениями: —для тороидальных устройств или ФМУ других типов,-залитых компаундами, Г=1,5-т-2; —для устройств с открытыми сердечниками, даже если их тепло частично передается через катушки, разница между тмак и-тСр незначительная и Г = 1,02-7-1,04. Выбор значений тк и тс для всех последующих расчетов следует производить, ориентируясь на их максимально-возможные значения, поскольку они существенно влияют на удельно-экономические.показатели и на максимальную мощнреть ФМУ- Например, увеличение тк и тс в 1,5 раза (допустим, с 40 до 60 град) во столько же раз уменьшает значение удельно-экономического показателя (3.21), при этом снижаются относительные потери мощности (3.19) и повышается отдаваемая мощность "(3.3). Сердечники всегда более теплостойки, чем катушки, поэтому при независимом их охлаждении физически возможно тс>тк, даже если магнитопроводы выполняются на ферритах, весьма чувствительных к температуре. Например, если fc=40°C, то при изоляции класса А можно считать тк=Ю5—40=65 град; тс = 180—40= 140 град. Вместе с тем свободный выбор значений тк и тс может привести к неудовлетворительному с точки зрения максимального КПД соотношению потерь в сердечниках и катушках, так как согласно (3.12) имеем vbEs.p,(3.28) где Р = £г7-(3.29) NKlK Когда катушка и магнитопровод не теплоизолированы (рис. 3.3, а, в и др.), то подстановка в(3.28). значения r3c=BKv/p по (1.18, г) дает тк/тс=1. 72 Если же охлаждение обмоток н сердечников происходит независимо (рис. 3.3, б, и, к, л я др.), то Бк= = БС=1, и получим Tc/TK=/cr=v/p\(3.30) Согласно (3.30) большему соотношению хс/хк=кх будет соответствовать большее значение v. Известно [1], что у ФМУ с открытыми сердечниками величина КПД близка к максимуму, если v= l-r-2,5. Поэтому логически правильно определять тс, как tc=vTK/p,(3.30а) предварительно установив значения v, тк, Р- При этом для СВЧ ФМУ оптимально принимать значения v в пределах 2-=-2,5 (кроме тороидов, где v = = 1-1,5). Важную роль в расчетах и проектировании играет коэффициент теплоотдачи а, который не зависит от электрических величин, но геометрические формы, условия охлаждения и физические свойства материалов на него влияют. Из теории известно, что теплоотдача с поверхности определяется процессами конвекции, лучеиспускания и теплопроводности охлаждающего агента. Влияние последнего фактора в обычных условиях весьма мало и им пренебрегают. В работе [1] показано, что обобщенный коэффициент теплоотдачи ФМУ с достаточной точностью может определяться по выражению ■iT-*" (з-з1) гДе о"о — коэффициент теплоотдачи, рассчитанный или установленный опытно при некоторых типовых условиях, включающих То=50 град, /г0=5 см; т, Л — фактические значения температуры перегрева и высоты охлаждающейся поверхности; тт — коэффициент, учитывающий повышение теплопередачи искусственными приемами, о его некоторых значениях сказано ниже. Установлено также, что значение со при естественном воздушном охлаждении весьма стабильно и можно считать в предварительных расчетах с0=10 Вт/м2 • град. Более того, при одинаковых для катушек и сердечников окружающей среде и способе охлаждения всегда 73 поэтому проставляемые нами индексы, различающие этот параметр, будут чисто условными, определяющими в формулах принадлежность коэффициента теплоотдачи к двум главным компонентам ФМУ. Значение с в такой же степени, как и т, влияет на максимальную мощность и удельно-экономические показатели и КПД Л.акс = а, Э =5 1/а, Дт) = -- . Увеличить этот параметр можно лишь за счет параметра тг. Для этого есть различные приемы улучшения конвекции и лучеиспускания. Ферромагнитные устройства, особенно СВЧ, для которых, тепловой режим играет важную роль, должны быть спроектированы и изготовлены так, чтобы даже при заложенных материалах и конструктивных формах обеспечивались наиболее, благоприятные условия теплоотдачи. Любые неплотности в катушках, особенно не-пропитанных, обусловливают наличие в них воздушных включений, что понижает теплопроводность ц увеличивает внутренний" перепад температур. Поэтому нужно всегда стремиться к максимальной плотности катушек, ликвидировать воздушные включения и прослойки за счет хорошей пропитки компаундами. В противном случае коэффициент теплоотдачи катушек уменьшается на 10% (тт=0,9). Роль пропитки возрастает при обдуве. Толщина изоляции в катушке тоже существенно влияет на интенсивность теплоотдачи, чем она больше, тем хуже теплопроводность. Поэтому всякая излишняя изоляция вредна, толщина ее должна быть миним-ально -достаточной для обеспечения электрической прочности . и технологических требований. Простой и- необходимой мерой повышения теплоотдачи является забота о высокой степени «черноты» поверхности охлаждения, увеличивающей Лучеиспускание. Степень черноты повышается с увеличением «шероховатости» поверхности и ее матовости. Правильное использование данного фактора позволяет в условиях естественной конвекции обеспечить тт==1,1-т-1,15. В- разреженной атмосфере при слабой конвекции роль степени «черноты» еще более возрастает, для искусственного внешнего обдува, наоборот, эффект «черноты» сводится к нулю. Повышает теплоотдачу закрепление магнитопровода на металлических корпусах или шасси. При этом нужно обеспечить плотное прилегание сердечников по всей поверхности, исключив попадание на нее краски, клея или других включений. Для силовых ФМУ эффект хорошего контакта с корпусом и шасси позволяет получить тт=1,1ч-1,15. Для обеспечения нормальной конвекции, не снижающей теплоотдачу, важно при расположении ФМУ в блоке обеспечить со всех сторон свободные расстояния шириной 6=15—20 мм, или более точно по [1], о = 0,7ЛХ(3.32) Важно также располагать аппарат так, чтобы вертикальный размер был наименьшим из габаритных. Везде, где это можно, следует избегать экранов, которые на 50-г-60% повысят перегрев против свободной установки ФМУ. Известно также множество искусственных приемов улучшения теплоотдачи, например дополнительные радиаторы, водяное, газовое, масляное и термоэлектрическое охлаждение. Они вносят дополнительные усложнения, увеличивают вес и размеры, не во всех случаях применимы. Поэтому всегда желательно испОЛьзовать естественные и простейшие приемы обеспечения максимальной теплоотдачи. Совокупность указанных выше мер может гарантировать повышение эквивалентного коэффициента теплоотдачи а0 в тте = 1,2ч-1,3~1,25 раза. Сравнительно простым и очень эффективным способом искусственного увеличения о является принудительный воздушный обдув. Весьма часто это не требует дополнительных затрат, так как обдув по месту установки ФМУ с другими элементами системы, на которую работает ФМУ, часто предусмотрен. Для крупных аппаратов" мощность и габариты вентилятора, даже если последний устанавливается специально, являются пренебрежимо малыми. Установлено также, что скорость обдува воздухом нужна небольшая, до 5 м/с. Экспериментальная кривая для тто от скорости обдува воздухом ув, взятая из [1], показана на рис. 3.2. По этой кривой видно: основной эффект увеличения тто до значений 2,6—3 достигается при скоростях обдува 2—3 м/с. Очевидно, что обдув наиболее эффективен и даже необходим при развитых поверхностях охлаждения и наличии для этих целей специальных каналов.  * г з * s iff, м/с Рис. 3.2. Экспериментальная кривая коэффициента увеличения теплоотдачи за счет принудительного воздушного обдува В целом, при хорошей пропитке катушек, достаточной степени «черноты» поверхностей охлаждения, наличии -необходимых просветов-каналов между обмотками, сердечниками и окружающими предметами, обеспечении хорошего контакта магнитопроводом с корпусом-шасси и воздушном обдуве со скоростью 3 м/с в расчетах можно для СВЧ ФМУ принимать о"к=аоттетто=10 • 1,25 • 3~37,5 Вт/м2 • град. 3.4. Возможные исполнения СВЧ ФМУ и их показатели в сравнительной оценке Представленные на рис. 1J варианты исполнения типовых конструкций ФМУ имеют хорошие геометрические формы, но не все они являются лучшими по возможностям охлаждения. Здесь все поверхности сердечников и катушек открыты для охлаждения лишь у конструкций на рис. 1.1, д, е. Обеспечение аналогичных условий теплоотдачи у других типоисполнений при сохранении прежних соотношений геометрических размеров связано о определенными, технологическими затруднениями. Более того, ввод охлаждающих каналов согласно [1] будет эффективным по теплоотдаче при их ширине не менее 8 мм, но такиеканалы целесообразны, когда они составляют несущественную часть от других линейных размеров. Для частот 2—5 кГц такое обстоятельство наблюдается при мощностях.ФМУ около 304-40 кВА и выше на фазу. 76 Можно открыть для охлаждения внутреннюю поверхность катушки, делая ее круглой и увеличивая несколько относительное значение оптимальной ширины окна х0. Эти варианты показаны на рис 3.3, б, ж, з, и, м, н. Квадратная форма сечения магнитопровода (г/=1) внутри круглой катушки весьма просто обеспечивает охлаждающие зазоры сегментного вида, максимальная ширина которых будет равна 6 = 0,5(1/2—1 )а-1,1—0,23 а.(3.33) Возможны также неквадратные конфигурации сечений сердечников, когда г/>1 (рис. 3.3, б); или.г/<1 (рис. 3.3, з, н), но это не, меняет сути вопроса. Отметим только, что квадратное сечение магнитопровода без канала охлаждения для внутренней поверхности катушки (рис. 3.3, д) дает при других равных условиях худшие удельно-экономические показатели (УЭП) относительно варианта г/>1 (рис. 3.3, а и др.), в чем можно убедиться, сравнивая данные указанных исполнений ФМУ в табл. 3.9. На рис. 3.3 показано несколько вариантов исполнения СВЧ ФМУ при одинаковых значениях 5С и Ks. Базовыми здесь являются оптимальные по геометрии броневая, (а) и стержневая (Ь) конструкции. Остальные выполнены таким образом, чтобы сечения магнитопровода и катушек оставались неизменными при достаточных для охлаждения размерах окна. Аппараты на рис. 3.3, б, ж, з, л, м имеют расцепленные магнйтопро-воды для увеличения их поверхности охлаждения, а на рис. 3.3, в, г, д, к, ж показано, что магнитопроводы можно выполнить на четырех одинаковых сердечниках прямоугольного сечения. Все варианты конструкций на рис. 3.3 изображены в одинаковом масштабе, что позволяет с.рительно сопоставить не только их формы, но и габариты (габаритная мощность здесь не одинакова, ее относительные изменения по отношению к базисному варианту на рис. 3.3, и характеризуются показателем КР* в табл. 3.9). Другие возможные варианты исполнения трансформаторов нами также исследованы, но здесь не приводятся, так как не имеют по технико-экономическим показателям преимуществ при более сложных формах и дополнительных затруднений для изготовления. 0 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 27
|
