Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 53

Сокращение расстояния между элементами конструк ции позволяет снизить паразитные параметры, что особенно важно при высокочастотном преобразовании напряжения. Снижение массы и повышение КПД трансформатора достигаетс~ применением конструкции, показаннои на рис. 5.65. Сердечник тра"с форматора выполнен в виде двух наборных трубок из стандартных то роидальных ферритовых сердечников.

Первичная обмотка размещает ся в окнах тороидов, а вторичная намотана на сердечник. Запоя"е ние окна сердечника в таком трансформаторе существенно выше, чем в традиционной тороидальной конструкции (в 1,5...2 раза). уча~~ ки обмоток, не охваченные сердечником, имеют небольшую длину что определяет небольшое значение потоков рассеяния и искажение тра" ансформируемого сигнала. О О Рис. 5.85. Конструкция трансформатора с сердечником из ферритовых колец Таблица 5.23 Основные параметры совмещенных конструкций трансформаторно-выпрнмительных узлов Значения параметров Параметры Взриант 2 кВ Вариант 6 кВ Выходная мощность, Вт Ряд выходных напряжений, В 45 500, 1000, 1500, 2000 Тип, марка сердечника М20ООНМА, К20х12хб — 4 шт.

6000 20 10-е 75 10 0,2 10 98 300 230 200 0,86 0,86 Основные расчетные параметры функциональных узлов, выполняющих функции трансформации и выпрямления и построенных на описанной конструкции трансформатора, приведены в табл. 5.23, из которой видно, что удельный показатель совмещенной конструкции трансформатора и выпрямителя может достигать Г50...

300 Вт/дмз. Для электропитания мощных устроиств (от 6 до 60 кВт) высокого напряжения постоянного тока применяются ВТВМ типа ПВ, особенностью которых является конструктивное исполнение выпрямителя в виде секций. Последние соединяются электрически и механически с секционированными обмотками трансформатора Этим достигается снижение рабочего напряжения между входным и выходным контактами каждой секции. Высоковольтные трансформаторно-выпрямительные модули выполняются на выходные напряжения от 10 до 50 кВ и рассчитаны нз входное напряжение 220ш11 В переменного тока частоты 400ш20 кГц. Испытательное напряжение, В Индуктивность рассеяния, Гн Межобмоточная емкость, Ф Длительность фронта импульса, с КПД, % Удельный показатель по объему, Вт/дмз удельный показатель па массе, Вт/кг Показатель унификации 60 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 М2000НМА, К20х12хб — 6 шт.

13000 10 10 160 10 0,35 10 96 150 322 323 77п 77 4~( У С( в (5.110) 77„= с,',У' Iзэ 3 = '/Гэ ' (273 +1ьс) /с Й (5.111) Основные пути снижения массы и размеров мощных ВТВМ закл~ чаются в повышении допустимой рабочей температуры обмоток и ма,, нитопровода, применении электротехнической стали со сниженными ак тивными и реактивными потерями в области высоких индукций дл изготовления шихтованного магнитопровода целесообразно использова. ние стали марок 3424, 3425 и изоляции пластин материалами с долу стимой рабочей температурой до 200 'С. В этом случае изоляция об моток должна выдерживать аналогичную температуру.

Рекомендуется первичную и вторичную обмотки выполнять в виде отдельных узлов герметизированных эпоксидным компаундом. Разделение вторичной обмотки на самостоятельные секции с заменой заливки на опрессовку их изолирующим материалом позволяет улучшить условия охлаждения обмоток и повысить технологичность их изготовления.

При этом каждая секция представляет собой конструктивно законченный функциональный узел. В зависимости от рабочего напряжения обмотки варьируется число секций, входящих в ее состав, благодаря чему достигается высокий коэффициент унификации и повышается ремонтопригодность моточной части ВТВМ. Электрическая изоляция первичной и вторичной обмоток ВТВМ обеспечивается слоем компаунда или пресс-материала и воздушным зазором между концентрическими обмотками.

Воздушный зазор для определенного напряжения 77„, при котором возникает корона, в существенной мере зависит от давления окружающей воздушной среды. Эмпирическая формула для определения 77, имеет следующий вид: где с — константа; г — радиус кривизны на углах электродов, см; з— воздушный зазор, см. С учетом поправок на изменение давления окружающего воздуха от 327 до 560 мм рт.ст.

и температуры среды от +65 до +85 'С, а также коэффициента запаса, принимаемого равным 1,6, формула (5.110) преобразуется к виду где (7 — максимально возможная амплитуда напряжения, кВ; 7с — коэффициент, определяемый формой напряжения и принимаемый Рав ным 0,007, 0,015 или 0,032 для напряжений постоянной, пульсирую щей или переменной формы соответственно; ге, — температура окру жающей среды. Большая часть (около 60 %) занимаемого ВТВМ объема приходи~ ся на изолирующие воздушные зазоры 6~...бв (см рис. 5.66). Поэтому Рис.

э.вв. Воздушные зазоры в конструк- Рис. з.вт. Эпюры нации высоковольтного преобразователя пряжений при обратной намотке средней обмотки уменьшение числа воздушных зазоров, особенно испытывающих воздействие переменного и пульсирующего напряжений, является эффективным средством уменьшения размеров ВТВМ. С этой целью в трехфаэном высоковольтном трансформаторе делается поворот вектора напряжения среднеи обмотки, для чего она выполняется обратной намоткой На рис. 5.67 показаны обмотки трехфазного высоковольтного трансформатора, причем средняя обмотка отличается от крайних обратной маркировкой концов и расположением зпюры напряжений. При таком исполнении трансформатора напряжение, действующее на межфазный промежуток, близко к фазному.

Благодаря существенному снижению напряжения сокращаются размеры межфазных промежутков, длина ярма и, следовательно, трансформатора в целом. Следует отметить, что эффективность снижения размеров увеличивается с ростом линейного напряжения расположенных рядом обмоток. Следующим конструктивным решением, позволяющим уменьшить напряжение на воздушном промежутке, является разделение вторичной обмотки высоковольтного трансформатора на отдельные секции. При увеличении числа секций снижается напряжение на каждой из них, что позволяет уменьшить воздушный зазор бе (см.

Рис. 5.66). С увеличением числа секций возможно уменьшение воздушных зазоров 5з при одном заземленном (нижнем) полюсе выпрямителя. Зазор также можно выполнить сравнительно небольшим, так как в нем действует лишь напряжение одной ступени. С увеличением числа секций напряжение в зазорах бз по форме приближается к постоянному, что позволяет уменьшить их примерно в 2 раза (в соответствии со снижением коэффициент ь. в формуле (5.111) с 0,015 до 0,007).

Воздушные зазоры бы Ьз, б„для устранения теплового влияния обмотки на узлы выпрямителей не рекомендуется уменьшать ниже 0,3...0,6 мм. Такие зазоры могут выдерживать напряжение до 5... 7 кВ. У становлено, что минимальное число секций, при котором достигается наибольшая электрическая прочность воздушного зазора, равно трем. При создании трансформаторно-выпрямительных устройств с высоким 324 325 б) а) Рис.

э.вэ. Варианты исполнения и расположения обмоток высоковольт- ного трансформатора а) Рис. з.вв. Конструктивное исполнение трансфарматорно-выпрямитель. ного узла (а) и устройства в сборе (б) выходным напряжением необходимо не только снижать собственную емкость вторичной обмотки трансформатора, но и улучшать электромагнитную связь между обмотками, удаленными одна от другой по соображениям электрической прочности изоляции.

Решению этой задачи способствует исполнение трансформаторновыпрямительного узла, показанного на рис 5.68,а. Каждый узел содержит несколько вторичных обмоток 1, к выходным выводам которых подключены предохранители 2, диоды Я, конденсаторы .1 и выравнивающие резисторы б. Перечисленные компоненты закрепляются на печатной плате б. Аналогично могут быть выполнены и первичные обмотки. На рис.

5.68,6 показано трансформаторно-выпрямительное устройство в сборе, где ! — сердечник; 8 — узлы с первичными обмоткзми; 3 — узлы со вторичными обмотками. Такое исполнение устройства обладает следующими преимуществами: благодаря небольшому коэффициенту трансформации в отдельных узлах достигается снижение тока холостого хода, уменьшаются динамические потери в выпрямителях и расширяется диапазон рабочей частоты преобразования; суммарная приведенная мощность вторичных обмоток не увеличивается при последовательном соединении выходов выпрямителей; повышаются уровни унификации и технологичности изготовления устройств; из унифицированных узлов собираются трансформаторновыпрямительные устройства на разные уровни напряжения (в том числ числе разнополярного), тока и мощности, что достигается выбором параметров вторичных обмоток и схемы их соединения; облегчается задача резервирования и, следовательно, повышен ения надежности устройства.

На рис. 5.69,а-в показаны варианты исполнения и расположения первичных (Игг) и вторичных (И'з) обмоток: дисковых (рис. 5.69,') цилиндрических (рис, 5.69,6) и дисковых чередующихся (рис. 5.6 .69,в). 326 Конструкцию на рис. 5 69,а целесообразно применять лишь в маломощных устройствах в связи с повышенным рассеянием, конструкции рис. 5.69,б,в — в устройствах средней мощности (до 100 Вт) Для устройств повышенной мощности применяется конструкция на рис. 5.69,в благодаря малому рассеянию 5.3.9. Узлы на печатных платах При конструировании печатных плат модулей ИЭП, на которых располагаются проводники и компоненты высоковольтных цепей, необходимо по возможности увеличивать расстояние между проводниками (в том числе контактными площадками), хотя это требование противоречит принципам миниатюризации.