Лекция 4 - Конспекты (1095372), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Величина наведённого токазависит от проводимости материала. Поэтому в сердечниках стараютсяприменятьматериалсбольшимудельнымсопротивлением,априиспользовании проводящего материала, как, например, электротехническаясталь, сердечники делают наборными, состоящими из большого количестватонких стальных пластин, изолированных друг от друга плёнкой окисла.38Электропитание РЭАГлава 4Вихревые токи, возникающие в тонких пластинах, оказываются во много разменьше, снижая общие потери в магнитопроводе.Итак, сформулируем основные требования, предъявляемые к магнитнымматериалам сердечников.
Они должны обладать:- узкой петлей гистерезиса кривой намагничивания;- большой начальной магнитной проницаемостью;- высокой индукцией насыщения;- малыми потерями на вихревые токи.По величине удельной проводимости ферромагнетики делят на тригруппы:- проводниковые (электротехнические стали и сплавы);- полупроводниковые (ферриты);- диэлектрические (магнитодиэлектрики).Стали и сплавы хорошо работают на частотах от 50 Гц до 10 кГц. Ониимеют довольно высокую индукцию насыщения – около 1 Тл, и высокуюмагнитную проницаемость (до 105), что позволяет применять их на низкихчастотах, в частности в сетевых трансформаторах.
В то же время у нихдовольно высокий уровень потерь на перемагничивание, а из-за высокойпроводимости материала сердечники приходится набирать из тонких пластин(от долей миллиметра до 80 мкм), чтобы снизить вихревые токи. Эти факторыограничивают применение стальных магнитопроводов на высоких частотах.Ферриты – это поликристаллические соединения, с общей химическойформулой MeFe2O3, где Ме – какой-либо ферромагнетик, например, Mn, Zn илиNi. Ферриты обладают существенно ме́ ньшей проводимостью, чем стали (болеечем в 50 раз), а также более узкой петлёй гистерезиса, что позволяет применятьихнаболеевысокихраспространеннымичастотахявляются–от10кГцивыше.Наиболеемарганцево-цинковыеиникель-цинковыеферриты. В отечественной номенклатуре они обозначаются марками НМ и ННсоответственно.
НМ по сравнению с НН ферритами имеют более низкое39Электропитание РЭАГлава 4удельное сопротивление, худшую термостабильность, но зато ме́ ньшие потерина гистерезис и более высокую рабочую температуру. Обычно НМ ферритыприменяюя в силовых трансформаторах импульсных ИЭП с рабочимичастотамидо100кГц.ННферритынаходятприменениевболеевысокочастотной области – до 5-7 МГц. По сравнению со сталями ферритыболее чувствительны к изменениям температуры.Магнитодиэлектрики по своей структуре состоят из магнитного порошкаи полистирольной непроводящей основы.
Поскольку магнитные частицывнутри основы не связаны между собой электрически, общая проводимостьтакого материала оказывается низкой, образуя диэлектрик с относительноневысокоймагнитнойпроницаемостью.Одноизпреимуществтакойтехнологии состоит в том, что, меняя концентрацию магнитного порошка,можно получать материал с произвольной, довольно точно определяемойвеличиной μ, чего нельзя добиться, скажем, для ферритов.
Наиболеераспространёнными магнитодиэлектриками являются альсифер, состоящий изтрёх компонентов Al-Si-Fe, и молибден-пермаллой, изготавливаемый изпорошка пермаллоя (сплава железа и никеля), легированного молибденом.Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков составляет всего 20-250, ноблагодаря"разреженной"структуремагнитноговещества,насыщениенаступает при гораздо более высоких полях – до 104 А/м, а криваянамагничивания имеет более линейный вид.
Магнитодиэлектрики редкоиспользуют в трансформаторах из-за их низкой проницаемости, в основном наних делают дроссели, работающие в цепях с постоянной составляющей тока.В отличие от широкой номенклатуры силовых полупроводниковыхприборов, насчитывающей многие тысячи разновидностей, отличающихсятипомипараметрами,номенклатурасиловыхтрансформаторовпромышленного изготовления для ИЭП значительно скромнее. Это связано сограниченным рядом значений промышленных напряжений как для сетейэлектроснабжения, так и для типовых потребителей электрической энергии. В40Электропитание РЭАсвоюочередь,трансформаторовкоторыевГлава 4этоссоставеопределяетнеобходимостьфиксированнымипреобразователявыпускакоэффициентамиопределённогосиловыхтрансформации,типасосвоимкоэффициентом преобразования по напряжению обеспечивают передачупреобразованной энергии с уровня напряжения питающей сети на уровеньнапряжения потребителя. В СССР это привело к тому, что фактически былиунифицированы трансформаторы только для выпрямителей.
Трансформаторыдля других типов преобразователей, работающие при нестандартной частоте50 Гц, нестандартной форме напряжения (несинусоидальной), с нестандартнымкоэффициентом трансформации, проектировались и выпускались обычно тамже, где и преобразователь в целом. Поэтому они унифицировались на уровнепредприятия, а не отрасли.Стремление к снижению габаритов трансформаторов, а также профиляИЭП, привело к созданию планарных магнитных компонентов.На рисунке 4.21 приведены изображения многослойной печатной платы,с помощью которой реализован планарный трансформатор, а также сампланарный трансформатор.
Такие трансформаторы активно применяют и вРоссии, и за рубежом при разработке малогабаритных модулей электропитания.а)б)Рисунок 4.21 – Многослойная печатная плата с элементами планарноготрансформатора (а) и сам планарный трансформатор в сборе (б)41Электропитание РЭАГлава 4Планарные трансформаторы впервые были разработаны в конце1980-х гг., однако из-за сложной технологии изготовления они не получилиширокогораспространения.Современнуютехнологиюпроизводствапланарных трансформаторов тоже нельзя назвать простой, однако благодаряпостоянному совершенствованиютехнологическогопроцесса,стоимостьпланарных трансформаторов снизилась – и это позволило им конкурировать нарынке ИЭП.Планарные трансформаторы являются отличной альтернативой обычнымтрансформаторам, когда возникает необходимость в малоразмерных магнитныхкомпонентах.Планарныетрансформаторымогутвыступатьввиденавесныхкомпонентов, в виде однослойных печатных плат или в качестве небольшоймногослойной платы.Основные преимущества планарных трансформаторов приведены ниже.1.
Имеют малые размеры. Благодаря этому планарные компонентыстановятся перспективными для применения в портативной РЭА с высокойплотностью монтажа.2. Подходят для разработки высокоэффективных ИЭП. Медь напеременном токе имеет малую величину потерь, а благодаря высокомукоэффициентусвязистановитсявозможнымболееэффективноепреобразование электроэнергии.3. Высокая плотность проходной мощности. Возникает благодаряхорошим температурным характеристикам.4.
Имеют отличную повторяемость свойств. Повторяемость величинпаразитных параметров позволяет достигать высоких частот переключения исоздавать резонансные схемы.5. КПД до 98%. Если конструкция хорошо охлаждается, это позволяет ейпередавать мощность от десятков ватт до единиц киловатт.6. Рабочее напряжение между обмотками составляет более 1000 В.42Электропитание РЭАГлава 47. Возможности к увеличению мощности трансформатора путёмиспользования пакетов обмоток.Планарная технология производства предусматривает, что в процессеизготовления индуктивных компонентов в качестве обмоток выступаютдорожки на печатной плате или участки меди, которые наносятся печатнымспособом и разделяются слоями изоляционного материала. Также обмоткиможно сконструировать из многослойных печатных плат.Влюбомслучаеобмоткипомещаютсямеждумалоразмернымиферритовыми сердечниками.
Навесные планарные компоненты расположеныближе всего к обычным индуктивным компонентам и их можно использоватьвместо обычных деталей на одно- или многослойных печатных платах.В целом, планарные трансформаторы могут применяться везде, гдевозникает необходимость в силовых трансформаторах, которые бы имеливысокий КПД и в то же время обладали малыми габаритами.В случае изменения вторичного напряжения в сравнительно узкихпределах используют автотрансформаторы. Характерной их особенностьюявляется наличие непосредственной электрической связи между обмотками(рисунок 4.22).Любойавтотрансформаторимеетнеменеетрёхвыводов.Автотрансформатор способен отдать бо́ льшую мощность в нагрузку безразрушения в долговременном режиме, чем трансформатор такой жеконфигурации и с таким же магнитопроводом, но без электрической связимеждуобмотками.Этообстоятельствообъясняетсятем,чтовавтотрансформаторе часть энергии передают в нагрузку благодаря магнитномуполю, а другую часть энергии переносят сугубо электрическим путём.Следовательно,призаданнойнеизменноймощностинагрузкиавтотрансформатор будет иметь ме́ ньшие габариты и магнитопровод ме́ ньшеготипоразмера по сравнению с обычным трансформатором.
Это достоинство43Электропитание РЭАГлава 4автотрансформаторов чрезвычайно важно для мощных установок силовойэлектроники.Автотрансформаторынеимеютгальваническойразвязкимеждуобмотками, поэтому их применять следует, соблюдая правила техникибезопасной работы с высоким напряжением.Рисунок 4.22 – Схема автотрансформатораИмпульсные трансформаторы используют обычно в конверторахимпульсных ИЭП с целью согласования напряжений, инвертирования фазыимпульсов,измеренияпараметровсигналаилидляосуществлениягальванической развязки цепей друг от друга, причём возможна передачаэлектроэнергии в несколько гальванически развязанных цепей.Особенность импульсных трансформаторов заключается в импульсномхарактере тока, протекающего через обмотки и небольшом числе витков вобмотках.
Такие трансформаторы зачастую содержат магнитопроводы изферритов или аморфных сплавов.Основные параметры импульсных трансформаторов те же, что и унизкочастотных силовых, однако часто рассматривают ряд дополнительныхпараметров, среди которых резонансная частота трансформатора и температураперегрева.К достоинствам импульсных трансформаторов следует отнести:- малый расход меди;- небольшие масса и габариты.Среди недостатков необходимо выделить:44Электропитание РЭАГлава 4- низкая тепловая инерция и очень быстрое насыщение магнитопроводапри перегрузке, не превышающее миллисекунд, что не позволяет обойтисьплавкимпредохранителемдляорганизациизащиты:необходимабыстродействующая электронная защита;- высокий уровень излучений в окружающее пространство, которыйсложно подавить до заданного уровня даже при использовании экранов.Импульсный трансформатор, как и любой трансформатор, представляетсобоймногочастотнуюрезонанснуюсистему.Наличиеиндуктивностипервичной обмотки, паразитных индуктивностей и ёмкостей обмоток приводитк колебательным процессам на выходе трансформатора, то есть к искажениюформы импульса.Трансформаторамитоканазываютэлектрическийдатчик,предназначенный для считывания переменного тока и получения сигнала,практически не сдвинутого по фазе относительно измеренного тока иобладающего информацией о его величине.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
