Раздел: Документация
0 ... 21 22 23 24 25 26 27 Задачи, подобные приведенной в данном разделе, встречаются на практике довольно часто. Возникают и обратные вопросы — каким должно быть сечение при известных данных о геометрии, материале, частоте и мощности, что также нетрудно установить по выражениям (5.10) или (5.11) с учетом (1.58). 5.3. Пример проектирования мощных СВЧ ФМУ с большими сечениями магнитопроводов Высокочастотные ферромагнитные устройства могут иметь мощности в сотни и тысячи киловольт-ампер. Например, в системах на рис. 5.1 их мощность достигает 5000 кВА, в установках электролитного нагрева, имеющих аналогичную структуру, но низковольтных — 500-ь700 кВА. При указанных мощностях вес ФМУ на промышленной частоте достигает десятков тонн, поэтому естественно стремление уменьшения такой массы за счет повышения частоты. Проанализируем показатели СВЧ ФМУ большой мощности на конкретном примере расчета силового высокочастотного трансформатора до 1 кВ при мощности 200 кВА на фазу. Исходные данные (на фазу) Первичное-напряжение—Ui = 425 В. Вторичное напряжение— [/2 = 425 В. Частота первичного напряжения (прямоугольное) — /i = 2,5 кГц. Первичный ток — Л = 470 А. Вторичный ток — /2 = 470 А. Температура окружающей среды — /,; = 20СС. Температура перегрева обмоток и сердечников — по усмотрению проектировщика при общей температуре — не более 150°С. Магнитопроводы и материал обмоток — по усмотрению проектировщика. Режим работы — длительный. Условие охлаждения—принудительный обдув воздухом со скоростью не менее 5 м/с. Расчет начнем для трех материалов магнитопрово-да 3422, 50Н и феррита с последующим выбором лучшего варианта. Для обмоток выбираем медный провод с теплостойкой изоляцией типа ПЭТВ, принимая при воздушном охлаждении с принудительным обдувом значения параметров: ст = 30 Вт/град-м2, Тк = 80°С, р„ = 2,3-10-8м-Ом. Для охлаждения будут предусмотрены воздушные каналы, поэтому по табл. 4.1 для низковольтных обмоток принимаем /Сон = 0,125, По = 0,5. Базовой частотой считаем /ю = 2,5 кГц и соответствующие ей показатели материалов магнито-провода при толщине ленты 0,05 мм записываем для удобства дальнейшего использования в табл. 5.8. По выражению (3.49) определяем сечение для выбора типа конструкции, ориентируясь на сталь 3422 (у других выбранных материалов оно будет меньше), 5С = 0,05 ¥р*- ■ pgjfi1 ■ кхкт ■ k3z (/г0£0/10тка)2 = - о Об I f(2-105)2-2,3-10-8-42 - 7,65-103 -UUb у 1«.б-1,5-0,125-0,75 (0,5-0,5-2,5-103-80-30)2 ~~ = 5,9-10-3 м2 = 59 см2. При таком большом сечении лучше выбирать конструкции с расщепленными сердечниками и катушками, что обеспечивает увеличение поверхности охлаждения и лучшие технико-экономические показатели, поскольку э=(адс)-°.5. Например, конструкция на рис. 1.1, д имеет против варианта на рис. 3.3., и в 1,67 раза большую величину Nc, что улучшает удельно-экономический показатель в 1,29 раза. Охлаждающий канал между первичной и вторичной обмоткой увеличивает NK в 2 раза и УЭП улучшится еще в 1,4 раза, а в целом — в 1,4-1,29=1,81 раза. Пренебрегать такой возможностью существенно улуч" шить УЭП при больших размерах и массах ФМУ нельзя, даже если возникают усложнения конструкции и технологии. Выберем для расчетов конструкцию на рис. 5.5, имеющую параметры: x=l, y=l, z = 4, Ks = 4, nc = 0,25, п« = 2, na = 2, «M = 4, NK= 17, Nc = 12. Показатели магннтопровода  34220,5261,642 ЗОН0,5121,822 2000HM0,2224 Пользуясь выражениями (3.15), (1.58), (1.59), (3.11), найдем расчетные значения сечения магннтопровода, индукции и плотности тока. Все исходные данные для расчетов нами выше обоснованы. Результаты сведены в табл. 5.9. Отметим, что индукция феррита по выражению (1.58) получается равной 1,33 Тл, что намного больше индукции насыщения. Поэтому, как и в предыдущих примерах,- показатели СВЧТ на феррите рассчитывались при Bv = 0,2 Тл по выражениям для В TP (предельно допустимая индукция феррита 2000 НМ составляет 0,-3-0,35 Тл). Из трех предварительно рассчитанных вариантов выбираем для магнитопровода сталь 3422. Феррит, попадающий в вынужденный тепловой режим ВТР, дает явно худшие удельно-экономические показатели. Сплав 50Н, не имея здесь особых преимуществ по УЭП, потребует на 25% увеличенного числа витков, что неудобно при больших сечениях проводников, и к тому же он на 30% дороже стали. Далее принимаем: а = 35-2 = 70 мм, Ъ = 15-4 = 60 мм, Sc = 42 см2. Определим показатели обмоток. Поскольку напряжения на выходе и входе одинаковы, получаем Wi = W2 = Uiw = 425 - 0,038-16; Sni = S„2 = P/Uij - hlj = 470/7,4 = 63,5 мм2. Согласно формуле (4.14), при частоте 2,5 кГц увеличения сопротивления проводников не происходит, если их сечение будет равным 5,7 мм2. Поэтому обмотки следует мотать многожильным проводом с числом жил не менее 63,5:5,7= 11. Для этого можно использовать обычные кабели, применяемые для электропитания. При сечениях актив-Таблица 5.8 к расчетам в разделе 5.3 go 103 кг/м3 Ю-2 В/м2 Мв. Ю-2 В/м2 10" А2/м»
ной части 60-ь-70 мм2 такие кабели имеют наружный диаметр с учетом низковольтной изоляции примерно 15 мм. Если обмотки намотать бескаркасно в один слой 16 витков, то их поперечные размеры составят: AK = flfnB3-W1-«yM = 16-15-1,05 = 250 мм2; cKi = ск2 = dm3 = 15 мм. Это определит размеры окна: А=Ак+28=250 +2-10=270 мм, с = ск1 + ск2 + 35=75 мм. Размеры поперечного сечения проектируемого СВЧТ показаны на рис. 5.5. Можно выполнить наш СВЧТ на стандартных ПЛ-сердечниках, выпускаемых предприятиями для согла- Таблица 5.9 Расчетные показатели СВЧТ к разд. 5.3
сующих трансформаторов [1]. Наиболее подходящим здесь будет сердечник с размерами (в миллиметрах): а = 35, 6 = 30, с = 64, Л=200, Sc=10,5 см2.  Рис. 5.5. Основные размеры броневого СВЧТ с расщепленными магнитопроводами, рассчитанного в разделе 5.3 при оптимальной геометрии Тогда 6 сердечников при гсм = 3 дадут сечение 63 см2 с показателями (рис. 5.6): х = 0,9, у = 2,7, 2 = 2,85, ка — 2. Если обмотки выполнить выбранным выше кабелем в один ряд намотки (с воздушными каналами между ними и сердечниками), то число их витков при новом сечении магнптопровода составит Fi = lF2= 16-42/63=10,7-ll при высоте катушки Лк = dm • Wi ■ /СУкл = 15 • 11 • 1,05 = 173 мм. Как видно, при h = 200 для охлаждения торцов катушки остается пространство более 10 мм сверху и снизу. Размеры рассчитанных СВЧТ показаны на рис. 5.5 (нестандартные сердечники) и рис. 5.6 (стандартные сердечники). Их основные геометрические и физиче-  Рис. 5.6. Основные размеры броневого СВЧТ с ращепленными магнитопроводами, рассчитанного в разделе 5.3 с использованием стандартных магнитопроводов ские показатели приведены в табл. 5.10 и 5.11. Испытания изготовленных опытных образцов подтвердили расчетные данные с расхождениями в пределах 5%. Отметим, что применяемые для тех же целей трансформаторы на частоте 50 Гц с естественным воздушным охлаждением имеют вес 980 кг. 0 ... 21 22 23 24 25 26 27
|
