1.5.3 Магнитопроводы и сердечники

При выборе типа магнитопровода необходимо учитывать назначение изделия, рабочую частоту, необходимость подстройки параметров катушки и возможности технологии производства. В свою очередь, типоразмер магнитопровода зависит от передаваемой мощности, требуемой индуктивности катушки и возможности ее размещения в пределах базовой конструкции. Важными электрическими параметрами магнитопроводов являются магнитная проницаемость, индукция насыщения и рабочая частота.

Изделия из ферромагнитных материалов для катушек, дросселей и трансформаторов выпускают в виде кольцевых ферритовых и листовых магнитопроводов, замкнутых стержневых и броневых листовых магнитопроводов, броневых магнитодиэлектрических и стержневых ферритовых сердечников (Рис. 1.16). Размеры изделий каждого вида нормализованы и образуют ряды. Ряд образуют и номинальные значения магнитной проницаемости μ.

Рис. 1.16 Виды магнитопроводов катушек:

а кольцевой;

б- замкнутый стержневой;

в-броневой;

г-магнитодиэлектрическийброневой;

д-степжневой ферритовый

Достоинствами замкнутых магнитопроводов являются малые поля рассеивания (магнитное поле локализовано) и минимальные габаритные размеры моточных изделий на их основе. Однако технологически они сложнее изделий, выполненных на основе стержневых сердечников, которые к тому же обладают и большей температурной стабильностью.

При расчете трансформатора на заданную мощность нагрузки P_H определяют параметры магнитопровода и обмоток, потери и тепловой режим. Магнитопроводы применяют в зависимости от частоты входного напряжения: при f= 50... 10³ Гц — броневые и стержневые, а при f = 400 10⁵ Гц — тороидальные.

При синусоидальном входном напряжении для материала магнитопровода со значением магнитной индукции В_тax (например, трансформатора с идеальным сердечником броневого типа), для плотности тока обмоток j и идеального заполнения окна сердечника по заданному значению КПД выбирают типоразмер в соответствии с формулой

S_ок S_c =Р_н k_η ∕(20fB_max j)

где S_ок — площадь сечения окна сердечника;

S_c — площадь сечения стали;

k_η > 1 — коэффициент, зависящий от КПД трансформатора.

Произведение Р_н k_η называют габаритной мощностью трансформатора.

Число витков на вольт ЭДС, индуктируемой в обмотке трансформатора, w₀=2,5∕(fB_maxS_c). Соответственно число витков первичной и вторичной обмоток без учета падения напряжения на них w = w₀U₁; w₂ = w₀U₂.

Токи первичной и вторичной обмоток трансформатора без учета тока холостого хода I_хх рассчитываются по формулам I₁ = Р_н ∕(ηU₁) и I₂= Р_н ∕(ηU₂)

Формулы для расчета сечения и диаметра проводов обмоток имеют следующий вид:

S₁ =I₁ ∕j ; d₁= 1,13√S₁; S₂ =I₂ ∕j; d₂= 1,13√S₂

Далее рассчитывают параметры обмоток: высоту слоя, число витков в слое, число слоев и толщину каждой обмотки. Затем по значению напряжения между обмотками выбирают толщину и число слоев пленки межслоевой и межобмоточной изоляции и рассчитывают толщину катушки.

Если толщина катушки превышает допустимую, выбирают другой типоразмер магнитопровода и уточняют параметры трансфор­матора, его активные потери и тепловой режим.