Трансформаторы и дроссели источников питания электронных устройств

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

0,34 10 3 Ом,

5,8 105 8 10 2

(1,6 2 0,195 2) 2 1,3 10,4см.

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.02.2023

Размер:

5.91 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1512 13 14 15 > Следующая >>>

X 2(1) d s 2 f(1) а / 2 0,051 2 2000 4 10 9 5,88 105 / 2 0,347,

K		1		52		0,64	1,2,	Х		0,6,
K	доб2(3)	1				0,64	1,2,	Х	2(3)	0,6,
	доб2(3)		15						2(3)
			15
K		1			52	0,777 4 1,6,			Х		0,777,
K	доб2(5)	1				0,777 4 1,6,			Х	2(5)	0,777,
	доб2(5)		15							2(5)
			15
Kдоб2			(1,44 2,82)2				1,02 (0,16 2,82)2	1,2 (0,058 2,82)				2 1,6	0,844.
Kдоб2							4,52						0,844.
							4,52

17.Потери в обмотках

Роб.1 R01 I12 Kдоб.1 Kt 0,401 1,62 1,2 1,4 1,72Вт.

R			об.1	w1		1,7 10 6				17	125	0,401Ом.
R						1,7 10 6						0,401Ом.
01			Sпр.1							0,9	10 2
			Sпр.1							0,9	10 2
Р		R		I	2	K	доб .2	K	t	0,122 4,52 0,844 1,4 2,92Вт.
	об.2	02			2		доб .2		t
R02	1,7 10 6				26 44			0,122Ом.
R02	1,7 10 6							0,122Ом.
				1,6 10 2

Pоб. Pоб.1 Роб.2 1,72 2,92 4,64Вт.

18.Общие потери в обмотках и магнитопроводе

P Pc Pоб. 4,64 5,42 10,06Вт.

Из расчета видно, что потери в сердечнике и проводах обмоток практически одинаковы, т.е Рс Роб.

6.5. Расчет ТММ при питании импульсным напряжением

Расчет ТММ при питании импульсным напряжением незначительно отличается от расчета трансформатора при питании синусоидальным напряжением (§6.3). Форма напряжения питания трансформатора показана на рис.6.6.

Значение критерия подобия T1 при импульсном напряжении имеет вид

1,1 Pu

0,7 ,

(6.51)

f 0.25 V

0 K

где

- импульсная мощность;

1/ t

- частота разнополярного импульса.

fu 0,5 tu - эквивалентная частота;

tu - длительность импульса одной полярно-

сти; Au - коэффициент импульсных потерь в магнитопроводе;

Потери в сердечнике

Au fu1,5

Bm2 Vc

(6.52)

Объем магнитопровода

Vc 1,5(Au

K доб

Kt )0.5 [Pu /(kOK0,5 fu0.25 )] х

(6.53)

111

умножают на коэффициент х [1 3 e(1 q) ]/ 4 . Последний сомножитель учитывает

процессы охлаждения во время паузы; q tu /Tu скважность импульсов; Tu - период повторения импульсов.

Минимальные потери мощности в ТММ будут при Pc Pоб. .

Согласно §4.3 при t0 10 В потери мощности на вихревые токи в шихтованном магнитопроводе при воздействии прямоугольных импульсов для

a const приблизительно равны		B 2		л
	Pc	ср.			Vc .	(6.54)
		12	t0

Оптимальное значение индукции, соответствующее минимальным потерям и габаритам, максимальному КПД при прямоугольном импульсе напряжения с

параметрами U 0 и t0 (см. рис. 4.3) будет при Pc					Pоб.			Мощность потерь в обмот-
ках будит определяться [5]
P	2	w1 Lоб.	I 2 K			K		(6.55)
P	2		I 2 K	доб.		K	t
об.	(1)			доб.			t
		Sпр.
При прямоугольном импульсе напряжения за время действия импульса
приращение индукции будет
	Bcp. U 0 t0 /(W1 Sc )							(6.56)

С учетом Bcp ток в первичной обмотке равен

I1 P t0 /(w1 Sc Bcp )

Воспользовавшись равенством

w S

пр.

0,5 k

ок ,

ок

/(L

) 8,5 10

3 V 0.666

находим

об

4 К

доб

P t

об

k0 K 8.5 10

0.666

Bср

(6.57)

(6.58)

		9 10 3	P t	0	2
Или окончательно имеем	Pоб .		u	0	(6.59)
Или окончательно имеем	Pоб .	1.666			(6.59)
		Vc
		Vc	Bср.

Уравнение (6.59) получено из (6.58) при следующих значениях: k0 K 0.25 , Kдоб. 2 , Kt 1.4 , 1.7 10 6 Ом см. (для медного провода).

Среднюю за период TИ мощность потерь в сердечнике из ленточного магнитного материала определяют по формуле

112

B 2

(6.60)

c.cp.

12 t0 Tu

B 2

или за время действия импульса

12 t 2

Из сравнения (6.58) и (6.60) определим[5]

Bcp

при условии

Pоб.

0,68 t0

Bcp.

(6.61)

0,5

0,25

0,666

Рис.6.6.

импульса индукцию вычисляют по уравнению

Для непрямоугольного

Bcp. Udt /(w1Sc )

(6.62)

Как указано в §4.2 реальную форму импульса заменяют прямоугольным или экспоненциальным. (см. табл. 4.1).

Пример 6.8. Расчет ТММ при питании импульсным напряжением

Рассчитать двухобмоточный трансформатор с мощностью в импульсе Pu 300Вт. ТММ питается импульсным напряжением треугольной формы

(рис. 6.6). Данные: длительность tu 100 мкс., период Tu 800 мкс. , амплитуда на-

пряжения U1m 60B , U2m 10B , температура рабочая t p 120 C , tOC							50 C ,
Решение:
1. Выбираем ЭТС марки 3424 с толщиной ленты л 0.08мм.
По таблице 3.1 находим				p0 16.6 10 2 Вт		3 , 1.2 , 1.6 , по которым
				см
рассчитываем коэффициент А (потерь в единице объема)
A	0	f ( 1,5)	B( 2) ( f * )	(B* ) 16,6 10 2	5000 ( 0,3) (10 5 )( 0,4)		10(4 1,6 3 1,2)
u	0	u	m	m

486 A см /(B c0.5 )

где f 1/(2 Tu ) 1/(200 10 6 ) 5000 Гц.

С учетом коэффициента резки (табл. 2.10)

Au 1,6 486 777 A см/(B c0,5 ).

2. Определим по (6.53) оценочное значение объема ТММ.

	Au Kдоб . Kt	Pu		3e	(1 q)
Vc 1.5			1
	k0 K	f 0.25		4

				(1 8)
	777 2 1.4	300	1 3e
1.5					34.93см3
	0.25	70 5000 0.25	4

где q Tu / tu 0.8 10 3 /10 4 8.

113

3. По табл. П.3 выбираем сердечник ШЛ16х20,

Vc 38.1см3 ,

Sc 2.8см2 ,

L 13,6см, S

6,4см2 , h 4см, с

1,6см,

2,1см.

ок

4. Действующие за время действия tu

напряжения и токи равны:

U2 5,77B;

U1m /

3 60 /1.73 34,6B;

Р /U

300 / 34,6 8,67 A;

52A;

U 2

5. После замены треугольного импульса прямоугольным находим приращение индукции

0.68t

0.68 70.7 10 6

300

Вс

Bср

0.743 10

л0.5 c0.25Vc0.666

(8 10 3 )0.5 (2 104 )0.25

38.10.666

см2

где t0 0,707 tu 70,7 10 6 c. ; л 8 10 3 см; с 2 104 (Ом см) 1

6. Определяем число витков обмоток W1 и W2 .

60 100 10 6

u dt /( Bcp Sc )

9,18вит. 9вит.

0,743 10 4 4,4

w1 / KTP

9,18 / 6 1,5вит.

7. Мощность потерь в сердечнике с учетом K p

1,6

Bcp2

л c' K pVc

0,7432 10 8 0,008 2 2 10 4 1,6 38,1

7,18Вт.

12t02

12 (70,7 10 6 )2

8. Определяем по (6.22) плотность тока в обмотках при Pc

Pоб.

Pоб .

7,18

2,81 102 A

2 2,81 А

2 Vc kOK Kдоб . Kt

2 38,1 1,7 10 6 0,25 2 1,4

cм

мм

9. По плотности тока определяем сечение проводов обмоток

Sпр1 I1 / j 8,67 / 2,81 3.09мм 2 ; Sпр 2 52 / 2,81 18,5мм 2

При таких сечениях Kдоб. больше расчетного (Kдоб.

2) .

Выбираем для

первичной

обмотки

провод

ЛЭТЛО-1,6(20х0,315) с наружным диаметром

d0/ 2,4мм.,

для вторичной обмотки примем ЛЭТЛО-8(40х0,51) с наружным

диаметром

d0'

5,2мм

сечением

0,08 см 2 . Плотность тока в обмотках будет

8,67

5,4 A

2 ;

52 / 8 6,5 А

Sпр1

1,6

мм

10. Коэффициент добавочных потерь определим в соответствии с §4.3. С этой целью треугольный импульс тока заменим эквивалентным ему по потерям экспоненциальным импульсом. Из табл. 4.1 находим длительность импульса экспоненциального тока

114

tuэ t0 / 70,7 10 6 / 0,55 1,28 10 4 сек ,

		1	2,32 10	4 1	.

		10 4
В	0,43	10 4		сек
В

Коэффициент добавочных потерь для обмотки из круглого провода при 0 х1 1 определим по формуле

(m n

доб

Для первичной обмотки

m1 w1

/(hок / dпр1 ) 9 /(4 / 0,24) 0,54.

Число параллельных проводников в радиальном направлении при замене литцендрата эквивалентным по сечению квадратным

		4.5; x														4 10 9 5,88 105 2,32 104
n	20	4.5; x		d			s1	a			В	0,0315				4 10 9 5,88 105 2,32 104	0,41,
1p		1					s1	a			В
Kдоб	1		(0,54 4,5)2			0,412				(0,54 4,5)2			0,414 1,2 2.
Kдоб	1	5				0,412							0,414 1,2 2.
		5									60
Для вторичной обмотки m2 w2 /(hок														/ dпр 2 ) 1,5 /(4 / 0,52) 0,195,

		6,32;				0,051				4 10 9 5,81 105 2,32 104 0,66;
n	40	6,32;		x	2	0,051				4 10 9 5,81 105 2,32 104 0,66;
2 p					2
Kдоб 1		(0,195 6,32)2					x22		(0,195 6,32)2					x24	1,13.
Kдоб 1		5					x22				60			x24	1,13.
		5									60

11. Мощность потерь в обмотках.

Определяем омическое сопротивление обмоток

R	w1	Lоб1	9 9,36	0,91 10 2 Ом,

01		Sпр1	5,8 105 1,6 10 2

Lоб1 (a 2m1 dпр1 b) 2 (1,6 2 0,54 2) 9,36см,

Вторичная обмотка имеет длину на 30% больше Lоб1 , так как мотается поверх первичной обмотки.

Общие потери в обмотках и сердечнике

P	R	K	доб1	K	t	I 2	0,91 10 2 1,2 1,4 8,672	1,15Вт.
об1	01		доб1		t	1
Pоб 2	R02	Kдоб 2 Kt				I 22	0,34 10 3 1,13 1,4 522	1,45Вт.
Pоб	Pоб1 Pоб2				1,15 1,45 2,6Вт.
							115

P Pоб Pc 2,6 7,18 9,78Вт.

6.6. Собственная емкость обмоток

Другим важнейшим параметром для индуктивных элементов, кроме Ls , является собственная емкость обмоток. В общем случае последняя складывается из емкостей между внутренним слоем обмотки и магнитопроводом С1; между слоями С2, между обмотками (для трансформатора TV)-С3.

На рис. 6.7 приведена электрическая схема трансформатора и емкости его обмоток (а); приведение емкостей к первичной обмотке (б)

Рис. 6.7. Схема трансформатора с учѐтом ѐмкостей обмоток

Разделение общей емкости на частные удобно, так как это позволяет анализировать сложные схемы соединения обмоток.

Приведение отдельных емкостей к входным зажимам конкретной области производится по общей формуле, имеющей вид: С / С f (w / wn ), где c / - приведенное к зажимам обмотки значение частной емкости С, реально подключенной к виткам обмотки w; wn - полное число витков обмотки; f (w/ wn ) - вид функции приведения.

Вид функции приведения определяется видом частной емкости:

			w 2		w
а) для С1	f (w / w )			, где		- число витков в слое обмотки ближайшей к
	f (w / w )
	n
		wn
магнитопроводу;
			w	2
б) для С2	f (w / w )			;
	f (w / w )			;
	n
		wn

в) для С3 f (w / wn ) (1 w2 / w1 )2 , где w1 - число витков обмотки, к зажимам которой приводится емкость C3 ; w2 - число витков другой обмотки.

Если имеется две индуктивно связанные обмотки w1 и w2 , то для приведения емкости C , которая уже предварительно приведена к обмотке w2 , к обмотке w1 служит формула f (w1 / w2 ) (w2 / w1)2 . Для понижающего трансформато-

116

ра w1 w2	полная емкость обмотки w2 уменьшается при приведении ее к обмот-
ке w1 , а у повышающего трансформатора TV – наоборот.
В [4;5] приведены следующие уравнения для определения частных емко-
стей:
а) емкость между первым слоем обмотки и сердечника
С1			8 0	r Lоб n		-для рядовой намотки,	(6.63)
			4 a' r

C'1		8 0 rLоб m'			- для намотки типа пирамиды,		(6.64)
			4a'	r

где 3 4 - для большинства изоляционных материалов – относительная диэлектрическая проницаемость; 0 8,85 10 14 Ф / см; r - радиус неизолированного провода (см); Lоб - средний периметр витка (см); a' - расстояние между маг-

нитопроводом и осью обмотки (см), n - число витков в первом слое; m' - число «косых слоев» пирамиды.

б) емкость между слоями, приведенная к выводам обмотки:

	С2	4 0 r n Lоб				- для рядовой намотки		(6.65)
		(4 a	r) (m		1)

		1
C'1 0 - для намотки типа «пирамида», где m - число слоев; 2a1								- расстояние
между осями витков провода (см);
	в) емкость между обмотками [4]
		С3		4 0 rср ncp Lоб			,	(6.66)

				4 a2 rcp
где	rcp - средний радиус голого провода смежных обмоток (см);
ncp	- среднее число витков в смежных слоях обмоток; 2 a2 - расстояние между
осями провода смежных слоев соседних обмоток.

Емкость между слоями определиться как С 0 h Lоб / Расстояние между слоями проводов в обмотке

(a m d) /(m 1) a (1 kOК / ) /(m 1) , здесь kOK - коэффициент заполнения окна медью определяется как k0 К SM / Sоб m d / 4 a , где SM , Sоб - площадь суммарного сечения меди и сечения обмотки Sоб ; a, h – ширина и высота сече-

ния Sо б ; если диаметр провода d, то SМ m n d 2 / 4

117

При плотной намотке витков n h / d ; m, n – числа слоев и витков в слое соответственно.

Приведенная емкость

С'	С			0 h Lоб	(6.67)
	m 1			a (1 4 k0 К / )

Из этой формулы видно, что межслоевая емкость не зависит от числа витков, слоев и параметра провода.

Емкость С' пропорциональная емкости конденсатора, у которого площадь пластин равна произведению высоты обмотки h на средний периметр витка, и обратно пропорциональная расстоянию между пластинами, равному ширине


обмотки. При k		0 К		0,25	коэффициент пропорциональности (1 4 k		0	К	/ ) 1	1,46
		0 К					0	К
Полная емкость воздушных катушек
C			0 h Lоб			1,8 0 Lоб 0 Lоб (1,8 1,47 h / a)				(6.68)
C	a (1		4 k0 К			1,8 0 Lоб 0 Lоб (1,8 1,47 h / a)				(6.68)
	a (1		4 k0 К		/ )

Оценочная (приближенная) формула для определения собственной емкости трансформатора (для приближенных геометрических параметров сердечников, при условии концентрического расположения обмоток без секционирования и специальных способов соединения обмоток).

Ориентировочное значение емкости

	w		2		w	2
С 1,26 10 11 V 0.333 3.2		2		1	2		1,26 V 0.333 ,	(6.69)

c							c
	w1				w1

где С –емкость (Ф); Vc - объем сердечника (см3 ) .

Собственная емкость тороидального трансформатора (рис. 6.4) [4]

				с	3	w w			2		w		2	1
	С C				3		1	2	2 C			2			,	(6.70)
	С C	21							2 C	22
		21					w1			22
				2			w1				w1			N

где c21	и c22 - межслоевые емкости секций первичной и вторичной обмоток, оп-
ределяемые по выше приведенным уравнениям; N – общее число секций обмо-
ток w1	и w2 .
Емкость C3 между секциями равна
			C3			0		(q g) Lоб			,					(6.71)
								2 b'
									118

где b' - расстояние от внутреннего слоя обмотки до магнитопровода; 2q и 2 g - ширина секции (по средней линии магнитопровода) обмоток w1

и w2 .

При намотке секций в один слой

Расчет собственной емкости TV целесообразно производить, придерживаясь следующей последовательности:

а) на схематический чертеж наносятся все частные емкости; б) составляется электрическая схема обмоток TV;

в) полученная исходная схема путем последовательных упрощений с помощью формул приведения (функции f (w / wn ) ) преобразуется в элементарную схему, представляющую собой параллельное соединение полной собственной емкости TV и индуктивности первичной обмотки.

Пример 6.9. Расчет собственной емкости трансформатора

На магнитопроводе типа ШЛ25х25,	V 1197см3	размещены две обмотки	w	и
	c		1

w2 . Начало и конец обмоток обозначены буквами Н и К. Магнитопровод зазем-

лен. Число слоев первичной

обмотки

m1 5 , число витков

wсл1 60вит ;

w1 m1 wсл1 5 60 300 вит;

для

вторичной

обмотки m2 9 ,

wсл2 100,

т.

е.

w 900вит. Диаметр провода d

пр1

0,09 см, d

пр 2

0,05

см; рас

стояние

от

магнитопровода

до

обмотки

a 0,2 см. расстояние между осями проводов в

слоях обмотки: первичной 2а1 0,1см , вторич-

ной

2а1

0,06см ;

расстояние между

осями

проводов

смежных

слоев соседних обмоток

а2 0,1см,

диэлектрическая

проницаемость

3, средняя длина обмотки Lоб 20см .

Рис.6.8. Собственные ѐмкости

Определим собственную емкость обмоток, для

чего на конструктивную схему обмоток трансформатора (рис. 6.8) нанесены емкость С1 между первым слоем обмотки W1 и магнитопроводом; межслоевые

емкости С21 и С22 обмоток W1 и W2 ; ѐмкости С3 между обмотками w1 и w2 . Определяем значения емкостей [4]

119

8 0 rпр1 Lоб wсл1

1,74 10 10Ф,

2 а1

rпр1

4 0

rпр1

Lоб wсл1

2,45 10 10Ф,

(4 а1 rпр1 ) (m1 1)

4 0 rпр 2 Lоб wсл2

1 10 10 Ф,

(4а / r

) (m

пр 2

4 0 rпрср Lоб wсл.ср

2,05 10 6 Ф,

4 а2

rпр.ср

0,25 (dпр1

dпр 2 ) 0,035мм;

wсл.ср

0,5 (wсл.1 wсл.2 ) 80.

Полная электрическая схема приведена на рис. 6.7,а Приведем отдельные части емкостей к первичным обмоткам по формулам

приведения в соответствии с рис.6.7,б

			W					2						10 60		2				12
С		С			сл1					1,74 10							6,96 10				Ф ,
С		С								1,74 10							6,96 10				Ф ,
1а		1			W1
					W1										300
							W			2							900			2
С		С		1					2		2,05 10 10 1									8,2 10 10		Ф.
С	3а	С		1							2,05 10 10 1									8,2 10 10		Ф.
	3а		2
							W1											300
Полная собственная емкость трансформатора
С	0	С		С		21			С		22а	С	3а		6,96 10 12				(2,45 14,4 8,2) 10 10				2,53 10 9 Ф.
	0	1а				21					22а		3а

Согласно оценочной формуле (6.70) емкость трансформатора

С0 3,4 10 9 Ф.

Пример 6.10. Расчет собственной емкости повышающего ТММ

Рассчитать собственную ѐмкость повышающего трансформатора источника вторичного электропитания для следующих данных:

входное напряжение U1 =30 В, выходное напряжение U2 = 4500 В; собственная ѐмкость вторичной обмотки С12 =260 пФ. Определить ѐмкость на частоте 20

кГц.

120

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1512 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.02.20238.97 Mб13Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-1.pdf
#
05.02.2023423.21 Кб11Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-2.pdf
#
05.02.20232.85 Mб16Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-3.pdf
#
05.02.202314.01 Mб10Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-5.pdf
#
05.02.202315.6 Mб19Транспортные и мультисервисные системы и сети связи..pdf
#
05.02.20235.91 Mб61Трансформаторы и дроссели источников питания электронных устройств..pdf
#
05.02.2023547.03 Кб7Трафик, емкость и устойчивость систем мобильной связи..pdf
#
05.02.2023148.97 Кб2Требования к содержанию ИЭТР..pdf
#
05.02.2023440.58 Кб5Тренинг «Психология успеха»..pdf
#
05.02.2023641.3 Кб10Трехканальная система связи на основе шумоподобных сигналов..pdf
#
05.02.20234.09 Mб7Трехмерные твердотельные компьютерные модели..pdf