Лекция 4 - Конспекты (1095372), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Выходной сигнал трансформаторатока должен практически линейно соответствовать измеряемому току.Первичную обмотку измерительного трансформатора тока образуютодним или, реже, несколькими витками провода и включают последовательно вцепь с током, который надлежит измерить. Зачастую роль первичной обмоткииграет шина большого сечения, на которую надевают магнитопровод суложенной на него вторичной обмоткой. Магнитопровод обычно выбираюттаким, чтобы он не входил в режим насыщения.

В качестве материаламагнитопровода используют аморфные металлы или нанокристаллическиесплавы.Вторичную многовитковую обмотку выполняют проводом малогодиаметра. Коэффициент трансформации может достигать нескольких тысяч.Вторичных обмоток может быть несколько. Между первичной и вторичнойобмотками часто прокладывают слой изоляции.45Электропитание РЭАГлава 4К выходу трансформатора тока обычно подключают прецизионныйрезистор и с этого резистора снимают напряжение, соответствующее току черезпервичную обмотку.Трансформаторы тока используют в измерителях величины тока и всистемах защиты ИЭП от перегрузок и коротких замыканий в нагрузках.Реактор – это статическое электромагнитное устройство, обладающееиндуктивностью.

Термин "реактор" применяют обычно в электротехнике исиловой электронике. В слаботочной электронике и радиотехнике то жеустройство называют дросселем (drossel – от немецкого "сглаживать").Обычно дроссель – это катушка из провода, намотанного на сердечник смагнитопроводом. В этом смысле реактор отличает от трансформатора наличиетолько одной катушки (хотя встречаются и двухобмоточные, и трёхобмоточныеварианты дросселей – в основном для подавления синфазных помех на входеИЭП).

В высокочастотных схемах исполнение дросселей может быть одно- илимногослойным,приэтомчастосердечники(какстальные,такиферромагнитные) не используют. Иногда в качестве основы для навивкиприменяют обычные резисторы или пластмассовые каркасы.Дросселибываютэкранированнымиинеэкранированными.Неэкранированный дроссель может иметь магнитный сердечник или бытьнамотанным без сердечника.Применение магнитных сердечников позволяет существенно уменьшитьгабариты дросселей при тех же заявленных параметрах индуктивности.

Такжесердечник снижает величину рассеяния магнитного потока, концентрируябо́ льшую его часть внутри себя и непосредственно снаружи провода (хотя всёже существует значительный магнитный поток за пределами сердечника).Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрическиесердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели,предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковойчастот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких46Электропитание РЭАГлава 4сплавов (пермаллоев).

Сердечники могут иметь форму бобины, втулки,стержня.В экранированном дросселе магнитный сердечник должен полностьюзакрывать обмоточный провод. Для этой цели применяют Ш-образный,броневой и некоторые другие виды сердечников, в том числе дляповерхностного монтажа на печатные платы.Все дроссели имеют паразитную ёмкость, возникающую вследствиеблизкого расположения соседних витков. Обычно она очень мала (так какдроссель с магнитным сердечником имеет малое количество витков), и нарабочих частотах импульсных ИЭП её влиянием можно пренебречь.В случае, когда через дроссель течёт довольно большой постоянный ток,необходимоучитыватьвеличинусопротивленияобмоточногопровода.Например, для 10-амперного ИЭП потребуется около 10-20 витков провода(около 60 см).

Его сопротивление составит примерно 0,02 Ом, однако на нёмбудет рассеиваться до 2 Вт тепла.Сопротивление провода переменному току обусловлено в первую очередьскин-эффектом (сопротивление проводника увеличивается с ростом частоты).Величину сопротивления, обусловленного скин-эффектом, можно снизить,используя несколько параллельных проводов, литцендрат или плоскиепроводники.Намотка в несколько параллельных проводов снижает сопротивление,однако увеличивает межвитковую ёмкость. Литцендрат состоит из несколькихпроводников, переплетённых таким образом, чтобы минимизировать ёмкостьмежду ними (эффективен примерно до 3 МГц).

Плоские проводники (лентыили полоски) в дросселях практически не применяют из-за трудностиполучения требуемого числа витков. Кроме того, повышается паразитнаяёмкость обмотки.Основные свойства катушки индуктивности следующие:47Электропитание РЭАГлава 4- скорость изменения тока через катушку ограничена и определяетсяиндуктивностью катушки;- сопротивление (модуль импеданса) катушки растёт с увеличениемчастоты текущего через неё тока;- катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своёммагнитном поле (при отключении внешнего источника тока катушка отдастзапасённую энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи; при этомнапряжениенакатушкенарастаетвплотьдопробояизоляциииливозникновения дуги на коммутирующем ключе).Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного токаимеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но иреактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличениичастоты,посколькуприизменениитокавкатушкевозникает ЭДСсамоиндукции, препятствующая этому изменению.Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модулькоторого определяется какX L  L ,(4.7)где L – индуктивность катушки, ω – циклическая частота протекающего тока.Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тембольше её сопротивление.Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе,которую необходимо совершить для установления текущего тока I.

Эта энергияравна:LI 2E.2(4.8)При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значениекоторой:  L48dI.dt(4.9)Электропитание РЭАГлава 4Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел вмеханике, если аналогом индуктивности принять массу, тока – скорость,напряжения – силу. Для идеальной катушки индуктивности (не имеющейпаразитныхпараметров)ЭДСсамоиндукцииравнапомодулюипротивоположна по знаку напряжению U на концах катушки:    U .(4.10)При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциальноуменьшается в соответствии с формулой: tI  I 0 exp    . где I0 – начальный ток в катушке;  (4.11)L– постоянная времени; R –R  RLсопротивление резистора в цепи; RL – омическое сопротивление катушки.Во всех применениях дросселей используют их главное свойство –индуктивность (в общем случае индуктивность катушки пропорциональналинейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадратучисла витков намотки).

По конкретному назначению и решаемым задачамдроссели, применяемые в ИЭП, делят на:- токоограничивающие, применяемые на стороне переменного тока дляограничения амплитуды тока и скорости его нарастания в аварийных режимах;- сглаживающие, применяемые в сглаживающих фильтрах на сторонепостоянного тока для уменьшения пульсаций тока и ограничения скоростинарастания тока в аварийных режимах;- уравнительные, применяемые для обеспечения параллельной работыгрупп вентилей, включенных на общую нагрузку;- помехоподавляющие, входящие в состав высокочастотных фильтров,применяемых для ограничения радиопомех, генерируемых преобразователямии распространяемых по проводам в питающую и приёмную сеть;49Электропитание РЭАГлава 4- насыщающиеся, включаемые для задержки нарастания тока черезвентиль (применяют в стабилизаторах напряжения и тока);- магнитные усилители (представляют собой катушки индуктивности,сердечник которых подмагничивается за счёт постоянного тока: меняяпараметры последнего, можно изменять индуктивное сопротивление).Для обеспечения токоограничения индуктивность дросселя не должнауменьшаться с ростом тока, поэтому часто токоограничивающие реакторывыполняются без ферромагнитного сердечника.Сглаживающие дроссели должны сохранять индуктивность в условиях,когда через них проходит пульсирующий ток.

При этом обычно амплитудапульсаций значительно меньше постоянной составляющей тока.В общем случае все магнитные материалы состоят из очень малыхмагнитных доменов (буквально несколько молекул). Когда внешнее магнитноеполе отсутствует, эти домены ориентированы случайным образом. Припоявлении внешнего магнитного поля домены стремятся выравниться по егосиловым линиям. При этом происходит поглощение части энергии поля. Чемсильнее внешнее поле, тем больше доменов полностью выравниваются понему. Когда же все домены окажутся ориентированы по силовым линиям поля,дальнейшееувеличениемагнитнойиндукциинебудетвлиятьнахарактеристики материала, то есть будет достигнуто насыщение.По мере того, как напряжённость внешнего магнитного поля начинаетснижаться, домены стремятся вернуться в первоначальное (хаотичное)положение.

Однако некоторые домены сохраняют упорядоченность, а частьпоглощённой энергии, вместо того чтобы вернуться обратно во внешнее поле,преобразуется в тепло. Это свойство называется гистерезисом.С 1988 г. по настоящее время остаются лучшими в мире японскиеферритовые сердечники из материала PC-50 (H704), которые на частотах 250500 кГц имеют удельные потери Pуд = 8-12 Вт/кг при ΔB = 0,05-0,08 Tл.Аналогичная картина, в части стабильности параметров, складывается и для50Электропитание РЭАГлава 4материала, который используется в высокочастотных дросселях фильтровимпульсных ИЭП. Это молибденовый пермаллой марки МП140, МП250,который появился в 1980 г. и до сих пор является лучшим для сердечниковдросселей, работающих в сильных полях.Также часто для разъёмных сердечников дросселей используют марганеццинковые ферриты следующих марок:- 3C85, 3C90, 3F3 фирмы "Philips";- N27, N41, N47, N67 фирмы "Siemens";- PC30, PC40 фирмы "TDK";- B50, B51, B52 фирмы "Thomson-LCC";- F44, F5, F5A фирмы "Neosid" и т.

д.Никель-цинковые ферриты предпочтительны для использования навысоких частотах, 2 МГц и более, это вне рабочего диапазона частотбольшинства современных ИЭП. Вообще ферриты разных изготовителейимеют схожие параметры и образуют взаимозаменяемые семейства. В томчисле их можно заменить и отечественными ферритами марок 1500ММ,2000ММ, 2500ММ.Некоторые надежды разработчики импульсных ИЭП возлагали наиспользование сердечников из аморфных и нанокристаллических сплавов.Однако фактически этот материал, имея превосходные качества для частот до50-80 кГц в части удельных объемных потерь при относительно высокихзначениях индукции ΔB = 0,2-0,4 Tл, всё же практически мало применяется вимпульсных ИЭП при рабочих частотах более 120 кГц.

Кроме того, надоотметить, что технология изготовления сердечников из этих материаловдостаточно сложная и дорогостоящая, хотя и хорошо отлаженная.Определённые проблемы есть у аморфных сплавов и с таким параметром,как долговечность, которая оценивается, по разным источникам, от 30-40 до 60лет. Последнее обстоятельство в определённой степени ограничивает ихприменение в РЭА оборонного назначения, так как некоторые стратегические51Электропитание РЭАГлава 4виды радиоэлектронных систем имеют срок эксплуатации 30-50 лет с заменойнекоторых недолговечных компонентов. Очевидно, что силовой трансформаторне может просто заменяться в условиях ремонтных баз или после проведенияочередных регламентных работ.

Так что и в этой части материалов икомпонентов в силовых узлах импульсных ИЭП имеется проблема споявлением нового поколения этих изделий.4.4 КонденсаторыКонденсатор является пассивным электронным компонентом, егоиспользуютдлянакоплениязаряда.Основнымпараметромлюбогоконденсатора является ёмкость – отношение величины заряда к напряжению наобкладках.В простейшем случае конденсатор образован двумя обкладками изтокопроводящего материала, в качестве которого часто используют алюминий,ниобий, тантал, а между обкладками проложен слой диэлектрика. Диэлектрикможет быть выполнен из тефлона, фторопласта, слюды, керамики и другихматериалов.Внешнийвидсамыхраспространённыхконденсаторов, применяемых в ИЭП, приведён на рисунке 4.23.Рисунок 4.23 – Современные конденсаторы для ИЭП52современныхЭлектропитание РЭАГлава 4Основными параметрами конденсатора являются:- номинальная ёмкость и допустимый диапазон её отклонения;- номинальное напряжение на обкладках;- тангенс угла потерь, равный отношению активной мощности,выделяющейся в конденсаторе, к реактивной мощности;- максимальный переменный ток;- эквивалентное последовательное сопротивление (ESR);- эквивалентная последовательная индуктивность (ESL);- ток утечки;- диапазон рабочих частот.Взависимостиоттипаприменяемогодиэлектрикаразличаютконденсаторы:- с газообразным диэлектриком;- с жидким диэлектриком;- танталовые;- с твёрдым неорганическим диэлектриком (слюдяные, стеклянные,керамические и т.

Характеристики

Список файлов лекций