Раздел: Документация
0 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 27 стержневой вариант (рис. 3.3, н). Параметры геометрии указаны в табл. 3.8. 3. Если 5С>50 см2, то нужно делать выбор на одной из конструкций, представленных на рис. 3.3, е, к, л. Из них наиболее компактным для трехфазной группы будет вариант е, простым в изготовлении — вариант к и наиболее сложным по выполнению, по с наилучшим УЭП — вариант л. Трехстержневые конструкции здесь однозначно не рекомендуются. Особо подчеркнем, что приведенные выше рекомендации справедливы только для силовых высокочастотных ФМУ (примерно по мощности более 1 кВА и по частоте выше 1 кГц), работающих в естественном тепловом режиме, когда Bp<Bs, и имеющих специфично меньшие линейные размеры относительно низкочастотных устройств при одинаковой мощности. В заключение отметим, что после выбора конструктивного типоисполнения СВЧ ФМУ необходимо повторно определять уже реальное сечение магнитопровода по выражению (3.15), равнокак и производить далее расчет остальных параметров, согласно теоретическим положениям, изложенным в предыдущих разделах. Обобщенная инженерная методика проектирования СВЧ ФМУ предлагается авторами в главе ■}. При этом использование табл. 3.8 с параметрами для типовых конструкций СВЧ ФМУ исключает многие промежуточные расчеты. 3.6. СВЧ ФМУ в звене промежуточного преобразования частоты Возможности миниатюризации электротехнических, радиотехнических и преобразовательных систем различного назначения часто ограничены большими массами и объемами входящих в состав этих систем ферромагнитных устройств, работающих на низкой частоте. Эффективным способом уменьшения массогабаритных показателей ФМУ является введение звеньев промежуточного преобразования частоты [18]. В принципиальном плане получается все просто — чем больше промежуточная частота, тем меньше масса и объем ФМУ. Но увеличение этой частоты не может быть беспредельным ввиду ряда ограничений, главными из которых являются элементные и схемотехнические трудности реа-90 лизации высокочастотных преобразователей, обеспечивающих одновременно большие мощности н высокие энергетические показатели. Например, тиристорный преобразователь [6] частоты для переменных нагрузок будет достаточно простым, надежным, обеспечивающим КПД н коэффициент мощности не ниже 0,8, когда частота его не превышает 2—2,5 кГц. При дальнейшем увеличении частоты энергетические показатели снижаются. Если использовать идеальные ключи, то промежуточная частота может быть увеличена до .40-7-50 кГц, is частных случаях — еще больше. Однако близкие к идеальным ключам по своим свойствам известные полупроводниковые элементы, например транзисторы, позволяют пока создавать системы ограниченной мощности и не удовлетворяют целому ряду технических требований. На практике нередкими являются случаи, когда даже небольшое увеличение частоты преобразователя требует для сохранения необходимых энергетических показателей существенного усложнения схемы, увеличения числа составляющих элементов, массы и габаритов всего преобразователя. Такие издержки могут не оправдать достигаемого улучшения удельно-экономических показателей ферромагнитных устройств, работающих в естественном тепловом режиме ЕТР" при s, ГД£ э = . Однако при вынужденном тепловом режиме ВТР, когда Вр = const, влияние частоты на удельно-экономический показатель является эффективным эне1//16:7 и введение промежуточного преобразователя, как правило, оправдано, тем более что реальная частота для ВТР получается относительно невысокой. Частоту преобразователя нужно повышать до пределов, пока не требуется усложнений преобразователя, п его энергетические показатели остаются высокими. Поэтому прежде чем приступить к обоснованию параметров преобразователя, следует установить частоту, граничную для ВТР и ЕТР планируемых к использованию ферромагнитных устройств. Эта частота может быть определена из выражения (3.4) U = /,о ■ yrPlJP4MS)s.(3.50] Если принять y=1A то получим /г = /10(ЗД°.24-(ад5)1-4.(3.51) Например, базисная мощность проектируемого СВЧ ФМУ на ленточной стали 3422 толщиной 0,08 мм, найденная по (3.2) или (3.3), равна при /ю=Ш кГц и Во = 0,5 Тл величине 43 кВА (см. данные табл. 3.1). Проектная мощность СВЧ ФМУ —40 кВА. Тогда для граничного режима, когда Вр = Д5=1,5 Тл, по выраже нию (3.51) получим /„.= 10(43/40) °.24 (0,5/1,5) и = 2,1 кГц. Если в приведенном примере выполнить магнито-провод из сплава 50Н, то базовая мощность СВЧ ФМУ будет согласно табл. 3.1 равна 390 кВА, и по выражению (3.51) получим f 1г = 10(390/40)°>24 (0,5/1,5) м = 3,4 кГц. В целом даже для одних и тех же материалов значение /1г не может быть постоянным. Существенно на эту величину влияют параметры тк и а, так как Рй = = (атк) и /ir=oTK. Рабочую частоту СВЧ ФМУ в звене с промежуточным преобразованием следует выбирать всегда больше граничной по (3.51). Конкретное значение /i>/ir во многом зависит от возможностей-преобразователя и влияет также на выбор материала для м.агнитопровода. Покажем это на Примере. Допустим, мы располагаем преобразователями с примерно равными удельно-экономическими показателями, но разными частотами на выходе: 2, 5, 20 и 40 кГц. Проанализируем возможности использования этих преобразователей для улучшения УЭП ферромагнитных устройств, граничные частоты которых определены выше- Очевидно сразу, что преобразователь частоты (ПЧ) на 2 кГц целесообразен только для ФМУ на сталях 3422 (и близким к ним по показателям). Более высококачественные материалы для сердечников, в том числе сплав 50Н, лишь удорожают стоимость аппарата, так как при /i = 2 кГц</]г имеем 3t, = const. Рабочая частота /i = 5 кГц приемлема для СВЧ ФМУ с магнитопроводами как на стали 3422, так и на сплаве 50Н, но лучше в нашем примере использовать сплав 50 Н. Она при меньших в 2 раза потерях и при большей в 1,7 раза граничной частоте обеспечит по сравнению со сталью 3422 более чем в 2 раза меньший вес аппарата, что оправдает и ее полуторакратное удорожание. Частота 20 кГц становится в нашем примере неприемлемой для текстурованных сталей, так как потребует рабочей индукции меньшей, чем индукция насыщения ферритов. При частоте 40 кГц по той же причине нецелесообразно применять также и сплав 50Н, лучше заменить его ферритом. Дело в том, что с увеличением частоты рабочая индукция ФМУ уменьшается, согласно (3.51) она всегда будет равна Вр = B0XVj\rf\V(PjPf.(3.52) По выражению (3.52) десятикратное увеличение рабочей частоты fi относительно /ir уменьшит рабочую индукцию относительно Bs=l,5 Тл примерно в 5,2 раза, что даст йр = 0,29 Тл (еще меньше будет Bv, если увеличить еще и расчетную мощность Р). Естественно, что при такой индукции лучше, стали заменить более дешевыми и с малыми потерями прессованными материалами — ферритами. Возможности сталей ФМУ будут недоиспользованы, когда не удается применить ПЧ, обеспечивающие f\>fir. В целом создание звена уменьшения массогабарит-пых показателей ФМУ на основе промежуточного преобразования частоты является сложной оптимизационной задачей, требующей самостоятельного рассмотрения. Наиболее просто она решается в частных конкретных случаях, когда известны мощность, характер нагрузки и ее номиналы по напряжению и току. Но даже здесь не избежать расчета нескольких вариантов по схеме: сначала выбирается для заданных параметров нагрузки наилучший по технико-экономическим показателям ПЧ с максимально возможной частотой на выходе, затем оптимизируются параметры ФМУ. 4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ ФМУ Инженерное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств можно условно разделить на следующие основные этапы. 1.Подготовительный, включающий проработку технического задания и последующее определение всех необходимых исходных параметров и условий для расчетов и проектирования. Обязательным для этого этапа является определение расчетной габаритной мощности Р. 2.Выбор конструктивного исполнения. 3.Определение расчетных относительных геометрических параметров магнитопровода: х0, г/о, zQ, Kso- 4.Расчет электромагнитных величин СВЧ ФМУ и линейных размеров его магнитопровода. 5.Конструктивный расчет обмоток с уточнением электротехнических параметров и технико-экономических показателей. 6.Решение конструкторско-технологических вопросов с учетом требований надежности, эксплуатации, простоты изготовления, эстетики и т. д. В процессе проектирования возможно возвращение к предыдущим этапам или приближенный учет влияния последующих, если получаемые результаты не удовлетворяют ожиданий проектировщика. Естественно, что после изготовления и испытания СВЧ ФМУ возможны поправки к расчетным данным. Более того, их не избежать, если к создаваемым устройствам предъявить жесткие требования оптимизации. Вместе с тем излагаемый ниже порядок проектирования позволяет получить расчетные параметры СВЧ ФМУ, отличающиеся от реально возможных не более чем на 15-7-10%. 4.1. Исходные данные для расчетов и проектирования Относительная простота расчета основных величин и параметров СВЧ ФМУ не исключает тщательной подготовительной работы по выбору исходных параметров и четкого определения начальных условий проектирования. Предварительно должны быть заданы или на основании техзадания определены и согласованы с заказчиком следующие исходные данные. 1.Номинальные значения фазных напряжений и тока на выходе в действующих значениях U2„, hn- 2.Номинальное значение фазного напряжения питающей сети и его нестабильность 1>>h±AlV/o. 3.Частота питающей сети и пределы ее возможного отклонения />±а/>. 4.Минимально допустимые расчетные значения КПД, коэффициента мощности и коэффициента искажения формы входного тока г], cos ф, к. 5.Характер режима работы (длительный, кратко временный или повторно-кратковременный), его временная нагрузочная диаграмма или предполагаемая продолжительность включения е%- 6.Способ охлаждения — естественное воздушное, с принудительным обдувом, жидкостное и т. д., а также необходимость экранирования. 7.Температура окружающей среды 4 и другие показатели факторов внешнего воздействия. 8.Ограничения по температуре нагрева ФМУ (в градусах), если этот нагрев не задается — устанавливать по усмотрению проектировщика. 9.Главный критерий минимизации удельно-экономического показателя УЭП (минимум веса, стоимости или объема). Возможны также другие данные техзадания, которые являются сугубо специфичными и в общем виде предусмотреть их трудно. 0 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 27
|
