Раздел: Документация
0 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 27 В нашем примере будут проведены расчеты СВЧТ и СВЧ ДН при следующих исходных данных в системе электропитания на рис. 5.1. Максимальное фазное напряжение на выходе инвертора ИН 510 В. Первичное напряжение трансформатора (/-1 = 425 В. Номинальное вторичное фазное напряжение — £/г = = 9,8 кВ. Номинальный вторичный ток фазы — /2=2,2 А. Требуемые значения коэффициента мощности и КПД (не менее) —cos <р = 0,95, Г = 0,95. Форма входного напряжения — прямоугольная, Частота первичного напряжения — 20 кГц. Режим работы — длительный. Условия охлаждения — воздушное с обдувом при скорости около 5 м/с- Обмоточный материал — медь. Марка проводников — по усмотрению проектировщика. Характер удельно-экономического показателя — компромиссный для минимума веса, объема и стоимости. Материал магнитопровода— по усмотрению исполнителя. Температура окружающей среды — гс = 20°С. Трансформатор и дроссель не предусматривается выпускать массово. Желательно использовать для их магнитопроводов готовые стандартные сердечники. 5:1.2. Расчет трансформатора Сначала определяется габаритная мощность одной фазы СВЧТ P=c/2/2/cos(p-n = 9,8-2,2/0,95-0,95= 24 кВА. Ориентируясь далее на медные обмотки и толщину ленты магнитопровода не более 0,05 мм, запишем параметры, одинаковые для всех вариантов расчета, /г0 = 0,5, а = 30 Вт/м2-град (скорость обдува более 3 м/с, экранов нет), gK = 8,8 г/см3, рк2о = 1,75-10"8Ом-м, Кф=1 (напряжение прямоугольное), кок = 0,1 (по табл. 4.1), кзо = 0,75 (для, ферритов кзс=\). /ю=Ю кГц. Ориентируясь предварительно на распространенный обмоточный материал класса Е, принимаем тк=80 град. Ряд физических параметров зависит от материала магнитопровода и приведен в табл. 5.1 (взяты из табл. 3.4, 3.6).. Таблица 5.1 Параметры материалов магнитопровода при /ю=Ю кГц и толщине ленты 0,05 мм
Геометрические показатели можно установить лишь после выбора конструктивного исполнения СВЧТ. Для этого сначала определим усредненные значения сечения магнитопровода Sc по выражению (3.49) и его линейных размеров а — У Szy, §„ = 0,25а- Эти показатели при /i = 20 кГц, /:, 2 приведены в табл. 5.2. Таблиц а 5.2 Показатели магнитопровода СВЧТ броневого типа с исполнением на рис. 3.3, и и данными к расчету в 5.1.1 Расчетные Результаты расчетов по маркам материала
Покажем расчет Sc по (3.49) для магнитопровода из ленточной стали 3422 толщиной 0,05 мм с данными в табл. 5.1. Sc=о.об у „ т zz: = 0,06 ]/2Л2-Ю6£М2-2,3- Ю-8 Ом• м-323 Вт/кг 7,65- 22-м • 0,1 • 0,75 0,5 ■ 0.5 В • с/м2 • 10*"c-» 80град о / У •103 кг/м3, — 12,2- Ю*4 м2 = 12,2 см2; •30 Вг/м2 град а = VSJy = V 12,2/1 = 3,5 см; б0 = 0,25 а = 0,25-3,5 = 0,87 см. Данные табл. 5.2 и рекомендации раздела 3.5 позволяют выбрать для проектируемого СВЧТ конструкцию броневого типа на рис. 3.3, и с квадратным сечением основного магнитопровода и круглыми обмотками. Естественно обеспечиваемые сегментные каналы охлаждения между катушками и сердечником получаются несколько меньше 1 см, но их можно увеличить или провести расчеты с учетом поправок наухудшение теплоотдачи, пользуясь выражениями (3.47), (3.48) и кривой на рис. 3.4. Переход к конструкциям без канала охлаждения между катушками и сердечником (например, рис. 3.3, а и др.) целесообразен лишь при а2 см. Иначе удельно-экономические показатели ухудшаются. Трехфазное конструктивное исполнение трансформатора нами не выбирается, так как в техзадании особых условий по габариту не оговаривается, а по УЭП эти конструкции уступают трем однофазным (доказано в разд. 3.4). Выбранная конструкция имеет вполне определенные конструктивные коэффициенты, приведенные в табл. 3.8 (строка и). т = я/4, m" = 0r7 я, p = q=l, q = n/2, r = r=2, па = 2, лм= 1, Фс = фк = 2г як = 1, р = 1,29. Для относительных размеров сердечников имеем у0= 1, ,г0 = 4. Нужно найти хо, пользуясь выражениями (2.63), (2.58) 4- (2.60), для чего сначала определяются значения г0 по формуле (2.6) 0 х> • Условию минимизации объемов катушек и сердечников соответствует значение г0, равное 1, независимо от используемых материалов. Вес и стоимость единицы объемов на величину го влияют существенно. Показатели четырех характерных групп материалов магнитопроводов СВЧ ФМУ для расчетов г0 приведены в табл. 5.1. К определению параметров обмоток необходимо выполнить прикидочные расчеты. Для выбранного варианта броневого типоисполнения СВЧТ, приняв предварительно геометрические показатели NK = 9, Ks = 4 из табл. 3.8 (конструкция на рис. 3.3, и), по выражению (1.39) получим J = V~M~NJK~sY = Kll,4-106 А2/см3-9/4-12,20-5 см = = 8,56-102 А/см2 = 8,6 А/мм2. Принимаем / = 8 А/мм2. Здесь величина М3-х определена по (1.55) с учетом тк = 80°С, о=30 ВА/град-м2, рк = 2,Ы0-8 Ом-м, кок=0,1, Б„=1. Теперь получим а)значения сечений проводников первичной и вторичной обмоток по плотности тока с Dim 24000 ВА2 Snl, = Ри J —-■-■ — 7,06 мм% 425 В-8А/мм2 Saij = Smi-Ui/U2 = 7,Q6-425/9800 = 0,306 мм2; б)допустимое сечение по частоте из формулы (4.14) Snf = я/4 • 18//, = 3,14 • 18/4 • 20 = 0,706 мм2. Как видно, вторичную обмотку можно выполнить не-расщепленными проводниками, так как SjSnj. Первичную обмотку следует выполнять многожильной с числом жил n..K>Sn,/S4/ = 7,06/0,706> 10. Подходящим для нашего случая является литцендрат ЛЭШД 0,1X1100 (диаметр жилы — 0,1 мм, число жил 1100), который обеспечит суммарное сечение 8,8 мм2. Стоимость такого литцендрата составляет 8,0 руб./кг [1], и при пропитке синтетическими лаками класса Е или создании изоляционного слоя термостойкими эпок-сидами он может работать при температуре tp до 120° С. Для вторичной обмотки можно выбрать высокопрочный теплостойкий эмальпровод на полиуретановых лаках (тоже класса Е) марки ПЭТВ или ПЭВТЛ. Стоимость его при сечениях более 0,3 мм2 составляет примерно 2,5 руб./кг, а с учетом высоковольтной изоляции обмотки — около 3,5 руб./кг. Усредненная цена катушек проектируемого СВЧТ в пределах 6 руб./кг, что соизмеримо со стоимостью единицы веса магнитопровода (см. табл. 5.1). Это позволяет в нашем примере значения г0 для минимального веса и стоимости считать примерно одинаковыми, поскольку Г gcKsc Щс / В нашем примере r = r = 2, gK = 8,8 г/см3, кок = 0,1, кзс = 0,75 (для ферритов—1), g0 = 7,65-f-.8,5 г/см3 (для ферритов — 5,2), что дает в среднем г0=0,15. Таким образом, значения х0 по (2.63) определяем для r0= 1 и. г0=0,15. По выражениям (2.58) — (2.60) с учетом параметров геометрии выбранной конструкции СВЧТ будем иметь: A5=+r02m/7y=l+r0-4-0,75 я/1 = 1+8,8 г0; А6=Го<72/у=гоя-4/2-1—6,3 г0; A7 = m+pz=я/4+1-4-4,8. Далее получим для г0=1; А5 = 9,8, А6 = 6,3, VAI + 12А6А7 К9,8а + 12-6,3-4,8-9,8 = 0 q08. 6А06-6,3° для г0 = 0,15 : А5 = 2,32, А6 = 0,96, 1/2,32» + 12-0,96-4,8 — 2,32 = 6-0,95 0,95. Выбираем большее из значений хп. Определим теперь расчетное значение х с учетом окон для охлаждения по выражению (4.7). Полагаем, что с обеих сторон от катушки должен быть просвет 1 см, то есть 6 = 2 см. Согласно данным табл. 5.2 имеем также a = 3,5-f-3 см. Получим * = лг0+6/а=0,95+2/3,25 ~ 1,5. При этом пс = = 0,95/1,5 = 0,6; Ks = — == 6. ху1 Найдем далее необходимые для расчетов геометрические показатели /с, /к, N с, NK, В по выражениям (3.41)-(3.45) при Вс = 0, Фк = 2 lc = r(m-\-qx+pz)y-°f = 2(nJ4+l- 1,5+1 -4)= 12,6; lK = r(m"+qxnc) г/-5-0=2 (0,7я+я/2 • 1,5 • 0,6) = 7,2; = 2 ( 1 -Вс) ( 1+# • Па/Пм)«м • У"05 == = 2(1—0)(1 + 1-2/1)Ы=6; к = Пкфк(2+хПе)у-°5= 1-2(4+1,5- 0,6) = 9,8; NA 6-12,6 ] NJK 9,8-7,2 Расчетные показатели проектируемого СВЧТ, связанные с физическими параметрами* кх, Мр Мв, МР, Рб, определяем по выражениям (1.40), (1.55), (1.10), (3.2). При этом принимаем v = 2. Коэффициент увеличения нагрева сердечников относительно катушек кх определяется по (3.46) /Ct<v/B<2/1, 1<1,8. Принимаем /ст=1,5, что дает Тс=тк-Кт=80-1,5= Г20 град. Значение показателя Mj не зависит от геометрии параметров магнитопровода и в нашем примере будет равным до ткоБк 80 град -30 вт/град-м2-1 1 ~~ Рк*о,< ~ 2,3-10-8Ом-м-0,1 = 1,1-10>2А2/м3 = 1,1-10»А«/сма. * Здесь и далее у показателей М/т , МВт индекс т опускается. 0 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 27
|
