Трансформаторы и дроссели источников питания электронных устройств

X

R

При наличии технологического зазора 0,025 мм (стык двух половинок сер-

Для уменьшения значения тока холостого хода и повышения КПД следует увеличить число витков,т.е. принять меньшее значение ЭДС на виток.

Пример 1.1. Ориентировочный расчѐт индуктивности дросселя

Определить максимальную индуктивность дросселя, выполненного на магнитопроводе ПЛ 20х30-50, если паспортная a = 4 10 4 Гн / м;

19

лента из ЭТС 3421 толщиной 0,2мм.

Решение

1. Определяем сеvчение сердечника и длину силовой линии по (1.3)

SC = a b kЗС = 2 3 0,9 5,4cм2 = 0,54 10 3 м2

lC =2( h + c +0,5 a ) =2( 5 +2 +0,5 3,14 2 ) 10см = 0,1м,

где коэффициент заполнения стали kЗС = 0,9 - по табл. 2.12.

2. Рассчитываем сечение провода обмотки дросселя при усреднѐнной плотности тока j = 2,5 А/ мм2 (охлаждение естественное)

Sпр = I / j =2 / 2,5= 0,8мм2.

3. Находим число витков, которое можно разместить в окне магнитопровода сечением SOK =10cм2 при полном заполнении проводом Sпр = 0,8мм2

w= Sок kок /Sпр = 1000 0,35 / 0,8 = 437вит.

4.Определяем значение индуктивности дросселя при немагнитном зазоре

=1мм =10-3м (обычно =0,5...5мм ) по уравнению (1.33)

Если убрать немагнитный зазор, то индуктивность дросселя увеличится в 4раза. Изменить идуктивность можно за счѐт изменения зазора, числа витков, се-

чения магнитопровода или абсолютной магнитной проницаемости.

В электронных устройствах электромагнитные дроссели являются неотъемлемой частью LC и L -фильтров.

20

Глава 2. Магнитные материалы и магнитопроводы

2.1.Характеристики намагничивания магнитных материалов

Вэлектромагнитной технике применяют электротехнические стали ЭТС – горячекатанные ГОСТ 21497.0-75 и холоднокатанные текстурованные (с явным направлением прокатки) – ГОСТ 21427.3-75. Стали с толщиной листа л от 0,5

до 0,02мм используются для изготовления магнитопроводов типов Ш, П, О (ГОСТ 20249-80) и витых ленточных типов ШЛ, ПЛ, ОЛ и трѐхфазные по ГОСТ 22050-76 ―Магнитопроводы ленточные‖.

Важнейшими характеристиками магнитного материала, используемого для изготовления магнитопроводов, - ЭТС, пермаллой, аморфные магнитные сплавы, ферриты, альсиферы, пресспермы и другие, являются кривая намагничивания и величина удельных потерь как на частоте 50 Гц, так и на частотах 100 кГц и выше. ЭТС обозначают четырьмя цифрами, а в пермаллоях – цифры обозначают процентное содержание никеля, у ферритов – цифры соответствуют начальной магнитной проницаемости, у альсиферов и пресспермов (Мопермаллоев) – цифра соответствует начальной магнитной проницаемости.

Параметры альсиферов, магнитопроводов из карбонильного железа МР-10, МР-20, пресспермов, сплавов и ферритов приведены в таблицах 2.1-2.5. На рисунках 2.1-2.5,2.7-2.8 приведены зависимости B = f (H) для разных магнитных материалов. На рисунках 2.4- для Mn - n и Ni- n ферритов, а на 2.6 и 2.9 -зависимости удельных потерь для ферритов 2500 НМС1 и 1500 НМЗ. Зависимости удельных потерь руд = f (Bm ,f ) от индукции и частоты для других магнитных материалов практически линейны.

Примечание: ТЧ - тональная частота, ВЧ – высокая частота, К – с компенсированным температурным коэффициентом магнитной проницаемости. Маркировочный знак марки альсифера (цветная риска) наносится на внешней поверхности кольца.

21

Вкачестве материалов магнитопроводов согласующих трансформаторов

идросселей (ферромагнитных элементов ФМЭ – магнитопровода с одной или несколькими обмотками), работающих на повышенных и высоких частотах, вы-

бираются материалы, имеющие минимальные значения руд.

Оптимальное значение частоты для ЭТС находится в диапазоне 3...5 кГц, для пермаллоев - 5...15 кГц, для ферритов – 15...40 кГц.

22

Наибольшее применение для ФМЭ находят сплавы (пермаллои) 34НКМП, 79НМ, 50Н, 50НП,80НХС, 65НП с толщиной ленты л 0,05 0,01мм..

Железоникель-кобальтовые сплавы 47НК, 47НКХ, 64Н, 40НКМ после отжига в поперечном магнитном поле имеют линейный участок основной кривой намагничивания (ОКН) и неизменное значение магнитной проницаемости при напряженности постоянного магнитного поля до 600-800 А м .

Рис. 2.1. Кривые намагничивания стали 3424 Рис. 2.2. Кривые намагничивания для альсиферов в для ленты толщиной 0,08 мм при частотах, постоянных полях: 1- ТЧ-60, 2- ВЧ-32, 3- ВЧ-22.

Гц: 400 (2), 1000 (1), 3000 (3)

Сердечники из альсиферов и ферритов (табл.2.1) имеют малую частотную зависимость В=f (Н) на частотах до 100 кГц, однако, потери на перемагничивание в них при этом значительны. Зависимости удельных потерь ферритов от частоты и температуры имеют линейный характер (рис.2.6,2.8).

В таблице 2.6 приведены частотные характеристики некоторых марок магнитных материалов [8], а в табл. 2.7 - рекомендуемые толщины листов.

В последние годы выпускают аморфные магнитные сплавы АМС (метал-

АМС обладают комплексом уникальных свойств с высокими прочностными, магнитными, коррозионными свойствами, большим удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом. В процессе изготовления получают ленты микронной толщины, не требующие дополнительного проката. Иностранное название АМС – метглас.

По своим магнитным свойствам АМС фактически заменяет ЭТС и пермаллои. Большинство из них имеют прямоугольную петлю гистерезиса. Магнитные пот ниже потерь кристаллических сталей и на частоте f 1кГц при индукции Вm потери в переменном поле частотой до 100кГц и малых значениях индукции

25

Рекомендуемые толщины магнитных материалов для ФМЭ на повышенные частоты, (мм) приведены в таблице 2.7.

Витые кольцевые магнитопроводы марок АМС10-20 и АМС10-31 прямоугольного сечения применяются в катушках индуктивности и трансформаторах, в проводной связи и в ИВЭП и работают на частоте до 0,2 МГц. Пример условного обозначения АМС10-31, витой кольцевой ВК20 12 6, маркировка красная. В обозначении: 20 12 – диаметры, 6 – высота 6мм.

С 1992г. освоено производство новых сплавов: 2НСР, 30КСР, 56БДСР, 71НКСР, 82КЗХСР, 82КГМСР, 84КСР, 84КХСР, 86КГСР, которые обозначают цифрами и только два сплава 82КГМСР, 84КХСР обозначают цифрами и буквой – 82М и 84Х.

Магнитопроводы из нанокристаллической или аморфной ленты производятся по ТУ14-123-150-99 и ТУ14-123-152-99. Основные компоненты у сплавов 71, 82, 82М, 84Х, 86 – кобальт (6%), у остальных – железо.В состав также входят: никель-Н, кремний-С, бор-Р, ниобий-Б, медь-Д, хром-Х, молибден-Г, марганец-З.

Магнитопроводы из нанокристаллического сплава 5БДСР успешно заменяют все известные магнитомягкие материалы (ЭТС, пермаллои, ферриты, магнитодиэлектрики). Лента из сплава 5БДСР производится трѐх типов В, П, Т.

Изделия из ленты этого сплава нуждаются в обязательной термомагнитной обработке без наложения магнитного поля (тип В), в продольном (тип П) или поперечном (тип Т) магнитном поле при температурах 520-550 оС в воздушной атмосфере или в среде инертного газа.Сплав производится в виде тончайшей ленты, имеющей аморфную (стеклообразную) структуру, подобную АМС.

27