Трансформаторы и дроссели источников питания электронных устройств

Витые термообработанные сердечники из ленты 5БДСР хорошо разрезаются абразивным инструментом.

Сплав типа В имеет округлую петлю гистерезиса, высокую магнитную проницаемость в слабых полях.

Сплав типа П имеет прямоугольную петлю гистерезиса, экстремальную максимальную магнитную проницаемость в малых полях.

Сплав типа Т имеет плоскую петлю гистерезиса, малую остаточную индукцию Br , высокую в малых полях, постоянство уровня вплоть до насыщения. Зависимости B=f (H) петель гистерезиса типов В, П, Т сплава 5БДСР

тельная магнитная проницаемость в зависимости от типа при напряжѐнности магнитного поля Н= 0,1А/ м находится в пределах 80000-50000; коэрцитивная сила HC при В = 0,5 Тл и f = 100 кГц от 24 до 30 А м .

В настоящее время разработчики ИВЭП применяют: для трансформаторов высокой частоты нанокристаллически магнитные сплавы марки ГМ412В, а для дросселей ГМ54ДС-60….1000 вместо Мо-пермаллоя. Производители: Екатеринбургский завод «Гаммамет» и металлургический завод в г. Аша, Челябинской области. Поиск сайта по названию фирмы следует выполнять по адресу: www.chipinfo.ru.

Рекомендуемые толщины л магнитных материалов для трансформаторов

идросселей для различных частот приведены в табл.2.8.

Всредних и особенно сильных полях применяют марганец – цинковые ферриты, лучшими из которых являются марки М2500НМС1 и 2500НМС2. Их индукция BS 0,4 0,53Тл (табл. 2.5).

Применение в трансформаторах ИВЭП ферритов типа 2500НМС1(2) позволяет снизить массу и габариты ФМЭ соответственно на 8 и 15% и увеличить их мощность до 20%. Магнитодиэлектрики (табл. 2.1-2.3) имеют невысокую магнитную проницаемость и близкую к линейным зависимости B f H , поскольку частицы измельчѐнного ферромагнетика отделены друг от друга связкой системы [4;11].

Как отмечено выше, другим важным параметром является величина удель-

29

ных потерь руд в ферромагнетике. Для некоторых марок ЭТС в таблицах 2.9 и 2.10 приведены значения удельных потерь на частотах f 50Гц и f 400 Гц. Для других частот различных марок сталей и сплавов коэффициенты для расчѐта удельной мощности потерь для альсиферов даны в таблице 2.1.

Рулоны магнитного материала, из которых нарезают ленты для изготовления сердечников, изолируют лаком или эмалью, однако при этом снижается активное сечение ЭТС или сплава. Отношение площади активного материала к

Удельные потери и магнитная индукция для некоторых марок электротехнической

площади геометрического сечения сердечника учитывается коэффициентом заполнения стали kЗС , который учитывается только для листовых и витых магнитопроводов. Резка ленты на отдельные узкие полоски, из которых навивают сердечники, приводит к ухудшению магнитных свойств, в частности к увеличению потерь.

Потери в сердечнике из-за резки учитывают коэффициентом резки КР =1.3...3 , приведѐнным в таблице 2.11. Коэффициент заполнения стали

kЗС в зависимости от толщины ленты л изменяется от 0,93 до 0,62 – табл. 2.12. Для листа (ленты) толщиной 0,5мм kЗС = 0,95.

Из закона электромагнитной индукции следует, что с увеличением частоты при входной ЭДС Е = const необходимо уменьшать индукцию или число витков, при этом снижается масса и габариты ФМЭ. Учитывая, что потери в стали пропорциональны f 1,3, а B 2m , то для исключения перегрева ФМЭ приходится снижать индукцию с ростом частоты соответственно В 1/ f 0,65.

Итак, магнитные материалы в основном определяют массо-габаритные и энергетические показатели ФМЭ. Высокая индукция насыщения BS и малые удельные потери в материале сердечника позволяют выполнить ФМЭ с меньшими массой и габаритами, с более высоким КПД. На частотах f 400 Гц и выше следует применять ЭТС марок 3421-3425, 3441 и другие с толщиной лис-

30

та л 0,05 0,15мм (табл. 2.10). Минимальной масса сердечника (кг/ кВт) из стали 3423 с толщиной ленты 0,05 мм будет на частоте около 3,5 кГц, а затем с увеличением частоты масса снова возрастает из-за увеличения потерь.

При несинусоидальных формах токов и напряжений потери в стали ФМЭ также возрастают.

Удельные потери и магнитная индукция для некоторых марок электротехнической

2.2. Магнитопроводы витые и штампованные для ФМЭ

При выборе конструкции ФМЭ прежде всего надо знать достоинства и недостатки Ш (ШЛ) – образных, П (ПЛ) – образных и О (ОЛ) – образных магнитопроводов. Для наиболее распространѐнных броневых конструкций трансформаторов и дросселей применяются ленточные магнитопроводы типа ШЛ.

Стержневые ФМЭ изготавливают на сердечниках типа ПЛ. Для тороидальных ФМЭ применяются сердечники кольцевого типа ОЛ.

Обмотки броневых и стержневых ФМЭ выполняются в виде катушек с каркасной и бескаркасной намоткой. Используется, как правило, рядовая многослойная намотка обмоток на каркасе или гильзе прямоугольной формы. Рядовая намотка производится по всей высоте каркаса (гильзы) или секциями на его части. Секционная намотка применяется в высоковольтных трансформаторах и при намотке низковольтных ФМЭ медной и алюминиевой фольгой.

Сердечники ПЛ и ШЛ имеют продольный разрез по середине высоты окна. В тороидальных ФМЭ обмотки укладываются на изолированный и защищѐнный магнитопровод. Обычно намотка выполняется по всему периметру сердечника непрерывно, а в высоковольтных – секциями.

Крайние стержни конструкции броневого трансформатора или дросселя частично защищают обмотки от механических воздействий и по ним замыкается по половине магнитного потока Фm среднего стержня.

Недостатки броневых ФМЭ: значительная индуктивность рассеяния LS и собственная ѐмкость C, большая чувствительность к внешним воздействиям, а также увеличенная средняя длина витка обмотки Lоб .

В стержневых ФМЭ полуобмотки размещены на каждом стержне, что снижает индуктивность рассеяния LS и снижает поверхностный эффект (скинэффект) от тока, протекающего вдоль провода. В стержневых ФМЭ больше поверхность охлаждения катушек, но меньше поверхность охлаждения сердечника. Чувствительность к внешним магнитным полям у стержневых ФМЭ меньше, поскольку при однонаправленной намотке катушек наводимые в обмотках ЭДС помехи взаимно компенсируются. Тороидальные ФМЭ имеют минимальную индуктивность рассеяния LS , поскольку внешнее электромагнитное поле ФМЭ существенно только в осевом направлении. Основной недостаток тороидальных ФМЭ – плохая технологичность намотки.

Кольцевые сердечники применяются в силовых маломощных однофазных трансформаторах, в дросселях насыщения и в бесконтактных магнитных элементах радиотехнической и электронной аппаратуры.Магнитопроводы из ЭТС предназначены для работы в диапазоне частот от 400 до 5000 Гц. Допустимые отклонения для ОЛ на размер а D d 2 выбирают в зависимости от толщины

32

ленты: для ленты толщиной л 0,05 0,08мм - по 12-14-му квалитету, на размеры d и h - по 14-му квалитету, где d - внутренний диаметр кольца, h -высота кольца; a - толщина намотки ленты (рис.1.1).

Расчѐтные параметры кольцевых ленточных магнитопроводов типа ОЛ по ГОСТ 24011-80 приведены в табл. П.1.

Технические данные магнитопроводов ШЛ и ПЛ приведены табл. П.1-П.4, а основные данные сердечников типа К из феррита в табл.2.14.

Кольцевые магнитопроводы из аморфных сплавов марок 5БДСР и других, как и пермаллоевые, помещают в контейнеры из немагнитного материала (пластмассы, дюралюминия,полистирола и т. п)- табл. 2.13.

Магнитопроводы из ленты сплава типа 5БДСР применяются в измерительных трансформаторах тока, дросселях, импульсных и высокочастотных трансформаторах. В магнитопроводах дросселей с немагнитным зазором зависимость B f H - линейная.

Броневой цилиндрический магнитопровод показан на рис. 2.12, 2.13. В обозначении броневого сердечника из феррита, число стоящее за буквой Б (броневой), показывает примерное значение наружного диаметра d1 (мм)

Из рисунка 2.12 видно, что броневой сердечник состоит из двух чашек и подстроечного сердечника. Подстроечные сердечники по конструкции делятся на 3 типа: ПС – стержневой, ПТ – трубчатый, ПР – резьбовой.

Конструкция и размеры подстроечных сердечников показаны на рис.2.14 [11]. Конструкция и размеры чашек сердечников типа Б даны на рис.2.13 и табл.2.15

и 2.16.

Технические характеристики магнитопроводов кольцевого типа из аморфных и нанокристаллических сплавов по ТУ14-123-150-99 и ТУ14-123-1

Таблица 2.13

Продолжение таблицы 2.13

Применяются сердечники типа Б в качестве магнитопроводов реакторов (дросселей), к которым предъявляются следующие требования:

высокая добротность в заданной полосе частот; возможность регулировать индуктивность; обеспечение малого коэффициента нелинейных искажений, вносимых в схему; высокая устойчивость к механическим и климатическим воздействиям; отсутствие полей рассеяния; технологичность изготовления.

35

Продолжение таблицы 2.15

Каркасная катушка с внутренним диаметром d 3 , внешним d 2 и высотой 2h помещается между чашками. Подстроечным сердечником регулируется индуктивность дросселя. Преимущество броневых сердечников ряда Б –хорошее охлаждение , что важно при повышенных магнитных потерях на высоких частотах 20 кГц и выше при токах не более 5 А [6].