Раздел: Документация
0 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 27 но зависят от мощности ФМУ. Но этот факт не должен смущать проектировщика. В разделе 2.7 доказано, что УЭП ферромагнитных устройств с полным и неполным заполнением окна почти ие отличаются. Это позволяет определение уточненных значений к0к для неполного заполнения окна перенести на заключительный этап проектирования, когда установлены все физические и геометрические показатели. Таблица 4.1 Усредненные значения к0к для круглых и многожильных проводников
Примечание. Для проводников прямоугольных сечений величину Кок следует увеличить на 20%. Проблемным является выбор материала мапштопро-вода [14, 24] и связанных с ним параметров рСо, к9, ё<Х, КСЗ, у- У низкочастотных ФМУ, где характерен ВТР и от величины индукции насыщения существенно зависят все расчетные величины, стремятся применять ферромагнетики с наибольшими значениями Bs. Потери в стали при этом не имеют решающего значения и относятся к числу контрольных параметров, влияющих на величины v, КПД, тс и др. Для СВЧ ФМУ со свойственным им естественным тепловым режимом работы ЕТР, когда jBp<CBs, требования к материалу оказываются противоположными тем, что имеют место при ВТР. Здесь величина индукции не имеет принципиального значения, поскольку она не влияет на удельно-экономические и все другие показатели ФМУ. Главное влияние на все, что связано с магнитопроводом, оказывают потери мощности в нем. Согласно выражениям (3.17) — (3.21) имеем 102 0,5/1т ,<>/0,25 Л 1,5, А/6 Э = рс (Цс + А)// , Arj = Рс /// , (4.5) Sc = 1/Рс/1/4, z0 = Pc/r, А = const. Соотношения (4.5) показывают, что потери мощности в магнитопроводе СВЧ ФМУ отрицательно влияют на все основные величины этих устройств и нужно выбирать материал магнитопровода с наименьшими значениями рс. Но возникают ограничения, связанные с ценой Цс и технологичностью изготовления. Наиболее дешевыми и технологичными являются для высоких частот электротехнические текстурованные стали 3421 4-3423, лучшая из которых 3422 с толщиной проката ленты 0,05-7-0,08 мм. При частотах 14-5 кГц этой стали следует отдавать предпочтение, если рабочая индукция превышает 0,3 Тл. Сплавы и прессованные [31] из порошков материалы (феррит, оксифер и др.) обладают значительно меньшими потерями, хотя они сложнее в изготовлении и дороже. Например, в диапазоне частот 5-7-20 кГц сплав 50Н и ферриты имеют относительно стали 3422 примерно в 2,2 раза меньшие удельные потери мощности и в 1,2-7-1,4 раза большую стоимость. Это обеспечивает им против сталей лучшие удельно-экономические показатели. Показатели наиболее ходовых материалов для маг-нитопроводов СВЧ ФМУ приведены в табл. 3.34-3.6. Ферроматериалы следует применять, убедившись, что расчетная рабочая индукция ФМУ не больше индукции насыщения, ибо вынужденное занижение величины Вр до Bs ухудшает удельно-экономические показатели по закону Э = р°с5/£.6/7.(4.6) Например, предполагалось использовать для СВЧ ФМУ ферритовые сердечники, имеющие В5=0,2 Тл, но расчетная рабочая индукция Вр получилась равной 0,6 Тл. Если далее не отказаться от ферритов, то придется вынужденно принять Вр 0,2 Тл, что согласно (4.6) почти в 3 раза увеличит значение Э, обеспечиваемого при 5Р=0,6 Тл в случае применения сплава 50Н, имеющего примерно одинаковые с ферритами удельные потери р0. Использование в данном случае стали 3422 тоже будет более эффективным, так как увеличение рс против ферритов в 2 раза перекрывается трехкратным увеличением индукции, что в итоге уменьшит УЭП. Сталь к тому же дешевле сплавов и ферритов. Можно рекомендовать удобный путь априорного выбора магнитного материала в зависимости от сочетания заданных условий. Для этого, используя выражение (3.4 а), при определенных упрощениях можно построить зависимости частоты от мощности ФМУ для тех или иных значений индукции как параметра. Если в качестве параметрических значений принять индукции технического насыщения для различных материалов (т. е. предельно реализуемых на практике), то соответствующие кривые будут отражать определенные предельные сочетания условий, в частности граничные частоты, при которых можно максимально реализовать возможности данного материала по величине индукции. При средних условиях, выбранных для выражения (3.4а), на рис. 4.1 построены в логарифмическом масштабе зависимости f[(P) в длительном режиме работы для значений Вр=1,2 Тл—кривые 1 (индукция технического насыщения для сплава 50Н), £}р = 0,6 Тл-—кривые 2 (то же для сплавов 79НМ, 80НХС), Вр=0,35 Тл —кривые 3 (то же для феррита с максимальной индукцией насыщения марки 2000 НМ). Сплошные линии—зависимости для замкнутых магнитопроводов (например, тороидальных), пунктирные — для ленточных разрезных. Если по сочетанию fi и Р рассмотреть ту или иную кривую, то принципиально выше этой кривой материал, ей, соответствующий, может быть применен без опасения о превышении индукции насыщения. Наоборот, зона ниже этой кривой будет соответствовать большим величинам индукций, которые этот материал реализовать не может. Поэтому в этих зонах для получения больших индукций и соответственно меньших размеров и массы ФМУ следует переходить к материалам с большими значениями индукции насыщения. Таким образом, зона, заключенная между ближайшими кривыми для двух различных материалов, соответствует предпочтительному (с точки зрения объема и массы ФМУ) применению материала, которому соответствует нижележащая кривая с большим значением индукции насыщения. Зона выше крайней верхней кривой будет зоной предпочтитель-104 него применения материала с минимально реализуемой индукцией, т. е. зоной феррита; зона ниже крайней нижней кривой будет зоной материала с максимально реализуемой индукцией, т. е. зоной электротехнической стали. На рис. 4.1 для длительного режима работы зона 0 будет зоной предпочтительного применения стали 3422, зона 1 —сплава 50Н, зона 2 — сплавов 79НМ и 80 НХС, зона 3 —феррита 2000 НМ.  Рис. 4.1. Зоны частот и мощностей, при которых ферромате-риалы не насыщаются по индукции Если проектировщика больше, чем объем и масса ФМУ, интересует его стоимость, то вопрос о выборе материала нужно анализировать дополнительно с учетом выражения (3.21). Если же размеры (объем) и масса — главное и никакие специальные требования не ставятся, то по рис. 4.1 видно, что феррит целесообразно применять: при частоте ниже 0,7 кГц — никогда (в зоне мощностей до 100 кВт), при частоте 1 кГц — начиная с мощности ФМУ в несколько десятков киловольт-ампер и выше, при частоте 10 кГц — при мощности в несколько сот вольт-ампер. При частоте, скажем, /] = 1 кГц оптимальным будет сплав 80НХС (79 НМ) в зоне мощностей от 1 до 90 кВА для замкнутых сердечников и от 0,3 до 20 кВА для разрезных сердечников. При частоте, скажем, 5 кГц оптимальным в диапазоне мощностей от самых малых — до 2—5 кВА будет сплав 50Н и т. д. (везде мощность указывается в пересчете на длительный режим работы). После того, как установлены значения параметров, нужно определить по выражению (3.49) сечение магни-топровода, что сориентирует проектировщика в линейных размерах СВЧ ФМУ и позволит приступить к выбору конструкции. 4.3. Определение геометрических параметров Выбор конкретного типоисполнения СВЧ ФМУ однозначно устанавливает его конструктивные параметры т, т, q, q, р, г, г, ср„, пс, nh, па, пж и др. (приведены в табл. 3.8), и можно приступить к нахождению оптимальных геометрических пропорций — Xq, у0, z0. Этот этап необходим, даже если есть возможность использовать готовые магнитопроводы, у которых показатели х, у, z известны. Независимо от того, какой из трех критериев оптимизации задан главным, нужно определить оптимальное значение х0, с выбором у, z для каждого из них (минимума веса, объема и стоимости), варьируя параметрами Кэк> Кэк И Го. Согласно теоретическим положениям разд. 2.4 для СВЧ ФМУ достаточно определить оптимальную величину относительной ширины окна хо, выбрав без расчетов рациональные по конструктивным и технологическим требованиям значения у0 и z0, Если сечение основного магнитопровода принимается квадратным, то у=1, в остальных случаях у0~\,Ъ с ограничением по технологическим условиям. Относительную высоту берем как zo 2,5 с ограничением сверху по конструктивным соображениям. У тороидальных конструкций 0,5<г/о< <2,5. Оптимальные величины х0 для всех трех критериев оптимизации находятся по выражению (2.63) и могут быть скорректированы до одного значения с приоритетом для главного критерия. Здесь удобно пользоваться кривыми ут = ф(л;) по выражению (2.57), которые позволяют наглядно видеть пределы варьирования параметром Хо без заметных ухудшений УЭП (области минимумов этих кривых пологие). После нахождения оптимально-компромиссного значения х0 нужно учесть обязательный для СВЧ ФМУ зазор охлаждения. Окончательно получим , = *+«4££.(4.7) где (1-7-2)—величина зазора, в см, и сечение sc с размерностью см2. В дальнейшем, когда станут известны линейные размеры магнитопровода, расчетные значения х, у, z изменятся, но нужно проследить, чтобы эти изменения не выходили за пределы ±15% для каждой из них. Иначе не гарантируется минимум УЭП. 4.4. Расчет электромагнитных величин СВЧ ФМУ и линейных размеров его магнитопровода К числу электромагнитных величин СВЧ ФМУ относятся: основные Вр, j, Sc, W и с ними связанные контрольные An, v, Э, /7а и др. До расчетов этих величин следует найти значения повторяющихся Мр, Ks, МВх, MjX, Nc, NK, для чего используются выражения (1.10), (1.40), (1.55), (2.65), (3.29), (3.41)—(3.45), (3.47), (3.48), (1.17а), (1.18в) — (1.18д). Первой определяется величина рабочей индукции Вр по выражению (1.58). вР.=V (мм Mj-LNKKsmiP"fir2- Нормальным результатом здесь является тот, когда рабочая индукция Вр оказывается меньше индукции насыщения Bs выбранного материала магнитопровода. Если Bp намного меньше 0,8 Bs, то следует использовать возможные способы корректировки по сокращению этой разницы. Наиболее эффективными здесь являются увеличения значений тк, Nc и М Вх- Можно вернуться к выбору материала магнитопровода, заменяя его на тот, который имеет меньшие удельные потери мощности. При этом если 5Р<0,3 Тл, то нужно уверенно перейти к ферритам. 0 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 27
|
