Раздел: Документация
0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 27 4.2. Выбор параметров, не зависящих от конструктивного исполнения Из всего множества параметров, не зависящих от конструкции СВЧ ФМУ и его электромагнитных величин, однозначно определяются немногие: о, Яо, /ю, Во, Кф. С определения их значений начинается подготови-телънопредрасчетный этап проектирования. О коэффициенте теплоотдачи а сказано в разделе 3.3.3. Рекомендуем при проектировании СВЧ ФМУ выбирать одно из двух его усредненных значений: о=10 вт/м2-град— для естественного охлаждения в воздушной окружающей среде; а = 30 вт/м2-град — при дополнительном воздушном обдуве со скоростью 3 м/с и выше. В случаях выполнения ФМУ е жидкостными заполнителями указанные значения" а умножаются на поправочный коэффициент Ка Ка= По/Шк+По),(4.1) где По—полная поверхность охлаждения в окружающую среду емкости, в которую помещено ферромагнитное устройство с теплопроводным компонентом; Пк+Пс — суммарная поверхность охлаждения катушек и сердечников ФМУ. Заполнители, в том числе жидкостные, выравнивают температуру нагрева между элементами устройства и подводят тепловую энергию к замыкающей поверхности теплоотдачи (например, к поверхности корпуса — бак, куда помещается ФМУ). Физический процесс и количественные показатели теплоотдачи в окружающую среду с общей поверхности корпуса они не изменяют. Поэтому в случаях выполнения СВЧ ФМУ с жидкостными заполнителями (тосол, трансформаторное масло и др.) всегда тк—тс, кт=1, БКБС=?1 и определяются по (1.18в), (1.18г), а коэффициент теплоотдачи в воздушной среде умножается на /Сст по выражению (4.1). Естественно, что емкость, куда помещается ФМУ с заполнителем, должна иметь наружную поверхность охлаждения не меньшую, чем суммарная поверхность охлаждения ФМУ, иначе теплоотвод ухудшается. Для конструкций СВЧ ФМУ на рис. 3.3, ё, ж обеспечить условие Ка 1 весьма трудно и применять здесь теплопроводные заполнители нецелесообразно, если это не 96 связано с вопросами высоковольтной изоляции, повышения надежности и безопасности, обеспечения гарантированного равномерного нагрева всех участков ФМУ и т. д. В любом случае применение жидких агентов для теплопередачи усложняет и удорожает ФМУ, поэтому при проектировании нужно прежде всего рассматривать варианты конструкций «сухого» исполнения и прибегать к заполнителям, когда без них не обойтись. Если, например, требуется экранирование СВЧ ФМУ, то, выполняя экран герметичным и заполняя его теплопроводным нетокопроводящим агентом, можно получить ряд дополнительных преимуществ, отмеченных выше, и уменьшить УЭП при KaS>\- Простое экранирование СВЧ ФМУ, когда пространства между экраном и элементами устройства заполнены воздухом, ухудшает условия теплоотдачи примерно в 2 раза [1], и в расчетах следует принимать Ка=0,5П0/(Пк+Пс).(4.2) Коэффициент заполнения катушки сетевой (первичной) обмоткой п0 зависит от типа СВЧ ФМУ, но установить его значение нетрудно. Для трансформаторов п0 = 0,5, для дросселей насыщения без обмоток подмагничивания п0=1, для ферромагнитных преобразователей частоты и числа фаз п0 = 0,4 и т. д. Примерно значение п0 находится, как отношение габаритной мощности сетевой обмотки к суммарной габаритной мощности всех обмоток. Базисная частота fl0 выбирается близкой к заданной fi, но из числа тех значений, для которых приводятся в литературе опытные, данные удельных потерь в стали рс0. Согласно [1] имеем fio=l; 2,4; 10; 50 кГц. Если, например, f\<2 кГц, то /ю=1 кГц, для fi = 2~--т-5 кГц следует принять /ю = 2,4 кГц, если /i = 54-20 кГц, то хорошо будет /ю = 10 кГц и т. д. Базисную индукцию В0 рекомендуем принимать Для СВЧ ФМУ равной 0,5 Тл у сталей и сплавов, 0,2 Тл — у ферритов и других прессованных ферромате-риалов. Коэффициент формы входного (питающего) напряжения имеет заранее известные значения — для СИНУСОИДЫ Кф = 1,1, ДЛЯ ПрЯМОуГОЛЬННКа Кф = 1 п т. д. Часть параметров СВЧ ФМУ зависит от используемых для их изготовления материалов. К таким параметрам относятся: Тк, §к, Цк, К0к, gc> К3с, Цх, РсО) Крг У- При выборе их значений проектировщик чувствует себя менее уверенно, так как располагает многими вариантами. В этой связи выскажем некоторые рекомендации. Лучшим материалом для обмоток СВЧ ФМУ является медь круглого или прямоугольного сечения с готовой витковой изоляцией. При частотах выше 1 кГц пользуются расщепленными (многожильными) проводами типа литцендрат, а при особо больших токах—тонкой медной лентой. При выборе провода по классу изоляции следует обращаться к работе [1], где эти вопросы тщательно проанализированы. Технология изготовления медных обмоток отработана лучше, и несмотря на меньшую дефицитность и меньший удельный вес алюминия применяют его редко. Исследования показали также [1], что использование алюминия не дает перед медью дополнительного эффекта ни по стоимости, ни по объему, ни по весу. Причем наилучшие показатели достигаются при фольговых обмотках, малоприемлемых на высоких частотах. Поэтому для СВЧ ФМУ уверенно можно выбирать медные проводники, оставляя применение алюминия, как возможный вариант в отдельных конкретных случаях. Естественно, если предполагается изготовление СВЧ ФМУ массовым, или эти устройства при своей мощности потребуют больших затрат обмоточного материала, то вариант применения алюминиевых обмоток будет с экономической точки зрения предпочтительней. Так или иначе, материал обмотки можно выбрать относительно уверенно, что нельзя сказать о других ее параметрах, которые во многом зависят от изоляции, конфигурации поперечного сечения, исполнения катушки и т. д. К числу инвариантных относятся численные значения параметров тк и кок. Изоляция проводников ц катушек должна быть тонкой, нагревостойкой, прочной по механическим свойствам, устойчивой к множеству воздействий окружающей среды, не разрушаемой рабочими напряжениями ФМУ и в то же время дешевой и недефицитной. Отечественная промышленность обеспе- чивает в широкой номенклатуре и в достаточных количествах выпуск изоляционных материалов с отмеченными выше свойствами, остается лишь подобрать те из них, которые будут лучшими для конкретного случая проектирования. Здесь трудно допустить ошибку, так как требования по изоляции СВЧ ФМУ несложные и удовлетворяются большим перечнем равнозначных по свойствам типов изоляционного материала. Температура нагрева сердечников и катушек для СВЧ ФМУ в техническом задании, как правило, не оговаривается, и ее надлежит выбрать проектировщику. Четких ограничений на нее не ~ существует. Изоляционные материалы проводов и катушек допускают нагрев до 200° С, а магнитопроводы могут иметь температуру выше, чем катушки. Однако эти возможности не приходится использовать максимально. Во-первых, с увеличением температуры проводников увеличивается их сопротивление, что повышает потери мощности и снижает КПД. Во-вторых, при больших частотах СВЧ ФМУ может превратиться в мощный генератор тепла малого объема, обогревающий другие элементы системы и вызывающий трудности отвода от него тепла. Но имеются и положительные эффекты высокотемпературного режима работы ФМУ. С повышением перегрева согласно выражению (3.31) увеличивается коэффициент теплоотдачи о, который вместе с параметрами тк и тс = кххк улучшает удельйо-экономические показатели, Э=1/ТкОТСт.(4.3) В работе [1] доказано, что для трансформаторов малой мощности их оптимальная температура нагрева лежит в пределах 80-f-100° С при среднем перегреве катушек 50°С. Для мощных ферромагнитных устройств оптимальный перегрев пока не установлен. Нам представляется, что у СВЧ ФМУ рационально повысить температуру нагрева катушек до 120-т-150°С при тк=100°С, а температуру нагрева сердечников до 220 f-250°C, обеспечив тс~200°С, кх = 2. Эти значения параметров тк, тс позволяют применять простые, дешевые и недефицитные изоляционные материалы, обеспечивают допустимые значения КПД и потерь мощности, они допустимы по технике безопасности, реальны для магнитопроводов (в том числе на ферритах) и т. д. Вместе с тем однозначно принять в расчетах указанные значения тк итс не всегда представляется возможным по двум причинам: 1)они влияют на показатель соотношения потерь v и должны обеспечивать его оптимальным; 2)если сердечник и катушки не теплоизолированы (соприкасаются, имеют теплопроводные заполнители и т. д.), то всегда тк=тс. Изложенные обстоятельства приводят к двухэтап-ному выбору значений температур перегрева СВЧ ФМУ. Сначала следует задаться температурой перегрева катушек и параметром v=l—2, полагая тк = тс, Бк = = БС=1, включив их в число параметров для определения Sc по выражению (3.49). Если значение тк не оговорено в техзадании, то на первом этапе нужно принять тк = 80° С. После нахождения Sc по (3.49) и выбора с учетом значения этой величины типоисполнения СВЧ ФМУ, как это рекомендовано в разделе 3.5, имеется в распоряжении проектировщика два варианта: 1.Если катушки и магнитопровод имеют теплообмен, то принятое ранее значение т оставляется прежним и по выражениям (1.18 в), (1.18 г) определяются Бк, Бс. 2.Если катушки и магнитопровод охлаждаются независимо, то сохраняется условие БК = БС=1 и значения тк, тс подбираются с удовлетворением тождества (3.46) v=Btc/tk = 2-f-l, где параметр р для выбранной конструкции известен. Например, выбрана конструкция броневого ФМУ на рис. 3.3, и. По табл. 3.8 для нее р=1,3. Тогда при v = 2, тк = 80° С получим ,С = 2-124=С. 1,3 Если выбрана трехфазная конструкция на рис. 3.3, л, имеющая р = 0,55, то Тс= 290 °С, 0,55 что намного больше допустимой величины 160° С. 100 Тогда принимаем т„ = 80° С, тс = 160° С, что даст Установленные значения тк, тс ориентируют на соответствующий класс изоляции (проводников, внутрика-тушечной и др.) по нагревостойкости и позволяют определить расчетное значение удельного сопротивления обмоток с поправкой на температуру в номинальном режиме. Рк = рК2о[1+0,004 (/р-20)],(4.4) где рК2о—удельное сопротивление при температуре 20°С (приведено в табл. 3.7), гр — рабочая температура обмоток, равная сумме температур окружающей среды tc (оговаривается техзаданием) и номинального перегрева катушек тк. Значения ркго приведены в табл. 3.7. Влияние частоты на параметр рк в расчетах СВЧ ФМУ не учитывается, поскольку оно исключается приемами, изложенными в разделе 3.3.2. Коэффициент заполнения проводниками о к-н а магнитопровода кок мало зависит от физических свойств обмоточного материала, но на его значения влияют сечения витков и их конфигурация, технология намотки, вид изоляции, незаполненность окна самой катушкой и т. д. В разделе 3.3.2 указывалось, что диапазон значений кок очень велик, поэтому некорректное отношение к выбору величины этого коэффициента (а он входит во все выражения расчета СВЧ ФМУ!) может привести к ошибочным результатам и делает бессмысленным тщательный выбор других параметров. Поскольку с высокой точностью найти значение к0к можно лишь после электрического и конструктивно-технологического расчета обмоток, то в процессе проектирования СВЧ ФМУ приходится пользоваться данными, накопленными практикой. Эти данные довольно стабильны в случае полного заполнения окна обмотками (катушками) и для СВЧ ФМУ мощностью более 1 кВА приведены в табл. 4.1. Наличие в окне технологических и охлаждающих зазоров уменьшает значения кок. Предусмотреть здесь поправку трудно, так как указанные зазоры относительно стабильны, а линейные размеры окна существен- 0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 27
|
