Раздел: Документация
0 ... 22 23 24 25 26 27 5.4. Расчет тороидального СВЧТ га to 1Л 1Л S о. 3 я и. < 09 о о CN ST 09 U к а и ш X о о. ю S св ае о в 0) S ае о я- S н < < ш ad а. < о, < I -О i о % О с? о с ста т ■Ф -ф" Ю СО -ч" см" СМ СО ю —• со о см" т —, о ■ф" со" со. со см" ю со Я S ft, ft В разд. 2.7 отмеч-алось, что тороидальные ферромагнитные устройства большей мощности, рассчитываемые по условию нагрева, по удельно-экономическим показателям, уступают ФМУ, имеющим открытые поверхности охлаждения сердечников: . Тороиды к тому же менее технологичны при больших сечениях проводников обмоток и при высоковольтном исполнении. Вместе с тем индуктивность рассеяния у тороидов минимальная, а неразрезной сердечник имеет потери в стали, меньшие в /ср=1,6-ь2 раза, чем разрезной, поэтому они могут иметь применение даже при больших мощностях. Выполним расчеты высокочастотного трансформатора на тороиде для условий проектирования в разд.. 5.1.1 и сравним полученные данные с аналогичными для СВЧТ броневого исполнения на рис. 5.2, рассчитанными в разд. 5.1.2. Для тороидальных ФМУ имеем (см. разд. 2.5) m = n — m=q— 1, р = 0, q = nncl2, г =л, г = 8 /гс(1 + 1/х), «к= 1, па= 1, /гс = 0,2. При высоковольтном варианте принимаем х = 4, у = 2, /с5 = яд:2/4г/ = я-42/4.2 = 6,3. У тороидов охлаждение идет только через наружную поверхность катушки, поэтому имеем ?к = 1, =к тс, дяк + дяс = аткПк; дри = —-—- — рк • k0kkJ}(J2Sc ; да. 1 +V v = PcKxgQlcBlfh-S 1,5 1 + v Учитывая также, что Пм = пк=/га=1 и Пк IcIkSc, получаем <зт„ v ..ах„ (5.13) (5.14) PcK3Cgc 1 + v Лк=/с=(1+х)у-05; Nc /R=2(l-fy+x-«c)-y -0,5 (5.15) Оставляя для расчета тороидального СВЧТ параметры, принятые для броневой конструкции т" = 80°С,о = 30 Вт/град-м3, рк = 2,3-10~8 Ом-м, кОк=0,1, кзс=1, gc = b,2 г/см3, рс=15 Вт/кг, v=l, iV/p = 4-102 В/м2 (магнитопровод ферритовый, обмотки медные), получим после расчетов по приведенным выше формулам (5.15): Л1л= 15,4- Ю-3 м, Af; = 0,55-1012 А2/м3, tfK = fc=ll,l, Л/С = гк=5,4. Сравнивая теперь расчетные показатели Mj, Мв, NK, Nc броневой и тороидальной конструкций, можно заключить, что значения Мв и Mj уменьшились в 2 раза. Это приведет к уменьшению плотности тока и индукции, увеличению сечения. Определим индукцию по выражению(1.58) В., = (15,4- 10-3-5,4)?/0Т55.1012-11,1 -6,3 - 42 • 104/2,4г • •10s-28-5= ik7 0,813 = 0,98. Как видно, тороидальный трансформатор, в отличие от броневого, будет работать в естественном тепловом режиме ЕТР, так как £p=B*£0=0,98.0,2<Bs. Вместе с тем можно принять Вр = 0,2 Тл, В* = 1 и в дальнейшем использовать выражения для ВТР, что обеспечит наглядность сравнения результатов расчета тороида с полученными ранее в разд. 5.1.3 для броневого СВЧТ. Сечение магнитопровода по (3.16) будет равным Sc = V ]-(6,3-0,55-102-11,1)-2=9,2-10-2ма. У \>10М-2 ) Для броневой конструкции рассчитано было 8 см2. Определяем размеры сердечника: а = YSJy = 1/572/2 = 2,14 см; Ь = УЪ~у = V9&2 = 4,23 см. Принимаем а = 20 мм, Ь = 45 мм, что даст Sc = = 2-4,5 = 9 см2. У броневого СВЧТ было принято такое 152 же сечение при а = Ь = 3 см. Одинаковые сечения определят и одинаковые витки обмоток: ш = 0,0695, №,=30, №2 = 680. Плотность тока определяем по выражению (1.39) / = /0,55 ■ 1012 -ТГГ/М • (9 • 10-4р = 5,7-106 А/м2. Сечение проводника первичной обмотки Snl ■= PIUJ = 24000/425-5,7 = 9,9 мм2. Выбираем литцендрат ЛШО 0,1X630, имеющий суммарное сечение жил 5 мм2 для намотки двумя проводами параллельно, что дает 5ni = 2X5=10 мм2. Выбранный проводник имеет с учетом изоляции диаметр примерно 4 мм. Для укладки проводников первичной обмотки в один ряд потребуется длина внутренней поверхности окна тороида Wi ■ 2 • d 1ПЗ/кукл = 30• 2■ 4/0,94-255 мм. Можно теперь определить размер (диаметр) окна пс = 255 мм, с = 255/л = 81,3 мм. С учетом изоляции сердечника принимаем с = 85 мм. Это даст х=с/а = 85/20 = 4,25, что очень близко к предварительно выбранному значению. Сечение проводников вторичной обмотки будет равным S„2=S„i •£//£/?=9,9 425/9800 = 0,429 мм2. Выбираем провод марки ПЭТВ с данными S„2 = 0,43 мм2, d2 = 0,74, dan = 0,86. В один первый слой таких проводников поверх первичной обмотки можно уложить Л[С—2 (С?1иа+ биз) ] %кл/с з = = я[85—2(44-2,5)] -09/0,86 = 236 вит. Вся вторичная обмотка 680 вит. укладывается свободно в 3 слоя. Сверху обмотки покрываются слоем эпоксидной изоляции толщиной 5 мм; при этом внутреннее окно для охлаждения останется достаточным, примерно Z)0= = 55 мм. Рассчитываем показатели магнитопровода: Lc = я (с+а) = 3,14(8,5+2) = 33 см; Gc = LcSogc/c3c = 33-9-5,2-l = 1544 г; APQ = pcOcfi;-/iT, = 15-1,54- 1г-2»5 = 65,3 Вт. Рассчитываем показатели обмоток: = ГД..+ W,Sn2 30-10 + 680-0,43 Q Ю1. ад2/43,14-852/4 1к1-2(о + * + 1Из + 28иэ) = (20 + 45 + 2-1,5 + 2-2) = = 144 мм ~ 14,5 см; LK2 = [а + b + 2dlm + 0,5 (3 + 2) d2lo + 28щ] • 2 = = [20 + 45 + 2-4 + 0,5(3 + 2)-1 + 2-2]-2 = = 157 мм ~ 16 см; LK=\a + b + 2d1m + (3 + 2) d,H3 + 25„з]-2 = = [20 + 45 +2-4 + 5-1+2(2 +5)]-2 = 182мм 18 см; Пв = £с£к = 33-18 = 594 см2; /?,=*.„ -Г1Рх/5п1 = 14,5-10-2-30-2,3-10-8/10.10-6=0,01 Ом; #2 = LK2W2?JSn2 = 16-10-2-680-2,3-10-8/0,43-10-6 = = 5,82 Ом; /?; = R2 (W,!W2)3 = 5,82- (30/680)2 = 1,13- Ю"2 Ом; ДАК= 1\ . (/?! + /?;) = 56,52(1 + 1,13)-10-2 = С8 Вт; GK = (4aUSnI+Sn2.LK2tf/2) gK = = (14,5-30-0,1 + 16-680-0,43-Ю-2)-8,8 = 795 г; т 1,1 (АЯК + ДЯС)-1,05 = (68+65,3)-1,05-1,1 =S50Q о-Пк30-594-Ю-4 (коэффициент перепада температур в катушке Г не рассчитывался и принят приближенно равным 1,1). Для наглядного сравнения расчетных данных броневой и тороидальной конструкций однофазных СВЧТ мощностью 24 кВА, работающих на частоте 20 кГц с принудительным охлаждением, выполненных на фер- ритах и с одинаковыми другими приводим их в табл. 5.12. исходными данными, Табл-ица 5.12 Показатели однофазных СВЧТ при мощностях 24 кВА и частоте fi = 20 кГц с ферритовыми магнитопроводами и принудительным воздушным обдувом Исполнение кг Go, KiiC, кг ДРк, Вт АР с Вт ,т„, град гс, град Броневое 0,94 1,7 2,64 127 ПО8565 Тороид0,8 1,54 2,34 68 65,38580 Как видно, тороидальное исполнение СВЧТ обеспечило в нашем примере несколько лучшие показатели, чем они достигаются у броневой конструкции; уменьшились вес—на 13% и потери — почти в 2 раза. Очевидно, сказалось завышение сечения сердечников броневого СВЧТ (взято 9 см2 вместо 8 см2). В целом тороидальный СВЧТ получается в нашем примере более целесообразным для применения, и решающую роль тут играет еще тот факт, что его можно выполнить на серийно выпускаемых ферритовых сердечниках типа К140Х90Х20 [31]. Это обеспечит Z)=140, с = 90, а = 25, 6 = 40 (в миллиметрах) с сохранением прежних обмоток и почти тех же УЭП. Напомним, что для броневого СВЧТ подобрать готовые ферритовые сердечники нам не удалось. 5.5. Расчет СВЧТ кабельного исполнения Проведем расчет кабельного силового высокочастотного трансформатора 200 кВА по исходным -данным в разделе 5.3 и результаты, сравним с полученными там же показателями броневых конструкций. Для анализа выберем двухсердечниковое исполнение на рис. 2.9, и, еще раз показанное после расчетов на рис. 5.7. Оставляем в качестве исходных принятые в разделе 5.3 параметры, соответствующие медным обмоткам и сердечникам на стали 3422 при дополнительном воздушном обдуве со скоростью не менее 5 м/с. т„ = 80°С, о=30 Вт/град-м2, п0 = 0,5, £„=0,5 Тл, /ю=2,5 кГц, рк=2,3-10-8 Ом-м, £к = 8,8 г/см3, 0 ... 22 23 24 25 26 27
|
