Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Подобное различие объясняется тем, что для установления более высокой проницаемости требуется большее время. Это иллюстрируется табл. 3.4, в которой приведены времена задержки магнитного потока для различных марок ферритов и рекомендуемые значения частоты преобразования инверторов источников электропитания.

Частотные характеристики ферритов ,Г =300~д, МГц. Рис. 3.16. Зависимости удельных потерь в статическом режиме от индукции для различных марок ферритов: ! — ННИ1; 3 — 1000ННИ; Я— 1000нмз; З вЂ” 2000нм; э— 1500НМ1 (1уст/1пер) ~ ~0 Б %. 121 120 Из табл. 3.4 следует, что при повышении частоты преобразования необходимо выбирать марку феррита с малым временем задержки и, следовательно, с низкой проницаемостью, Максимальная частота 1„, с достаточной для практики точностью определяется эмпирической зависимостью Отсюда следует, что максимальное значение частоты не может превышать 300 МГц (когда д~ = 1). Особенности выполнения трансформаторов в составе источников электропитания импульсного действия влияют на выбор переключающих транзисторов инверторав.

Этот выбор определяется тем, что в процессе установления намагниченного состояния феррита превалируют такие параметры, как активное сопротивление и емкость. Поэтому при включении трансформатора наблюдается бросок тока. Для ограничения броска тока намагничивания и, следовательно, снижения потерь, обусловленных переключением, время переключения 1„,р транзисторов инверторов должно быть значительно больше времени установления 1ует намагниченного состояния. Рекомендуемое соотношение Согласно этой рекомендации целесообразно применение полевых транзисторов, у которых график изменения тока переключения имеет треугольную форму. Биполярные транзисторы уступают в данном случае полевым, так как имеют большее время задержки и меньшее время нарастания тока.

Суммарные удельные потери в статическом и динамическом режимах для различных марок ферритов показаны на рис. 3.16 и 3.17. Сравнение зависимостей показывает, что потери в динамическом режиме существенно выше при одинаковых значениях индукции.

Выбор значения индукции определяется потерями в магнитопроводе и заданными массой и размерами трансформатора. Для высоковольтных и высокопотенциальных трансформаторов при мощности до 0,2 кВ-А и напряжении до 2 кВ рекомендуются кольцевые ферриты.

Подобная рекомендация обусловлена ограниченными размерами серийно выпускаемых кольцевых сердечников, диаметр которых не превышает 48 мм. Применение стержневых и броневых магнитопроводов в этом случае целесообразно только с точки зрения упрощения технологии изготовления. При больших мощностях и напряжениях используются П- и Ш-образные магнитопроводы.

В отличие от низковольтных трансформаторов вторичные обмотки высоковольтных трансформаторов обладают существеннои емкостью. При отсутствии нагрузок вторичные обмотки оказываются замкнутыми 0 З аП п,г В,тп йЗУП,1 ВЛЬтл Рис. з.1т. Зависимости удельных потерь от индукции в динамическом режиме намагничивания при 1 = 0,2 икс для различных марок ферритов: 1 — ЗООННИ1; З вЂ” 1000ННЗ; Ю вЂ” 1000ННИ; 4 — 2000НМ; 3— 1500НМ1 через собственную (паразитную) емкость, что вызывает увеличение тока холостого хода и времени нарастания фронта передаваемого сигнала. Уменьшение паразитной составляющей тока холостого хода достигается снижением емкости вторичных обмоток, которая прямо пропорциональна числу витков и обратно пропорциональна сечению провода обмотки.

Для снижения емкости. применяются также секционирование высоковольтной обмотки и разделение ее на отдельные катушки. Температурный режим высоковольтных трансформаторов в значительной степени определяется толщиной электрической изоляции, которая зависит от рабочего напряжения. Тепловой поток от обмоток проходит через изоляцию и далее передается от поверхности катушки охлаждающему воздуху непосредственно и через магнитопровод. Поскольку толщина изоляции различна со стороны боковой и внутренней поверхности и с торцов высоковольтной катушки, то.тепловые потоки через различные поверхности не равны между собой.

Значения этих потоков обратно пропорциональны тепловым сопротивлениям и прямо пропорциональны разности температур между наружной поверхностью и тем ературой внутри катушки. При упрощенном анализе температурного режима высоковольтного трансформатора катушку представляют в виде однородного тела с эквивалентной (усредненной) теплопроводностью. Предполагают также, что через торцевую и внутренние поверхности катушки плотность теплового потока на 30...40 % меньше, чем через Боковую поверхность, Поэтому при оценке поверхности теплоотдачи катушки Пк площади торцевых и внутренних поверхностей уменьшают на 30...40 %. Разность между температурой максимальной 1,е и температурой наружной поверхности катушки 1„,р можно оценить из соотношения Рх~~к юьх Ч вЂ” ПА к к где Є— мощность тепловых потерь в катушке, Вт, Ьк — половина толщины обмотки с литой изоляцией, см; Пк — площадь поверхности катушки с учетом снижения торцевых и внутренних поверхностеи, смз; А„— эквивалентная теплопроводность катушки, Вт/(см'С), После операции пропитки принимают Ак ье (2...3) 10 з Вт/(смх х'С).

Если проведена последующая заливка, то Ах = (1,6...2,4) 10 з Вт/(см'С). При анализе теплового режима следует учитывать, что пропитка катушки уменьшает ее перегрев на 15...20%, а последующее нанесение литой изоляции увеличивает температуру катушки на 15... 20%. Толщина заливки определяется конфигурацией катушки, зависящей от значения рабочего напряжения. Отсюда следует, что для различных значений рабочего напряжения (при неизменной мощности трансформатора) различны площади поверхности катушки и коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи.

Различные конструктивные исполнения изоляции высоковольтных и высокопотенциальных трансформаторое могут быть приведены к следующим трем видам. На рис. 3.18,а показано однородное электрическое поле, в котором находится диэлектрик. Торцевые поверхности диэлектрика соприкасаются с электродами, а боковые поверхности расположены вдоль силовых линий электрического поля. На рис. 3.18,б,в показаны неоднородные электрические поля. На рис.3.18,бво всех точках поверхности диэлектрика (кроме небольших участков вблизи электродов) тангенциальная составляющая напряженности поля Е, превышает нормальную составляющую Е„. На рис.

3.18,в тангенциальная составляющая напряженности поля значительно меньше нормальной составляющей. Ряс, З.зэ. Характерные размещения диэлектрика в электрическом поле: у и 3 — электроды; 3 — диэлектрик В однородном поле (рис. 3.18,а) разряд происходит по поверхности диэлектрика, при этом разрядное напряжение по поверхности меньше пробивного напряжения в воздушном промежутке. Объясняется это наличием влаги с диссоциированными ионами, адсорбированной диэлектриком.

Поле вблизи электродов усиливается, а в остальной части воздушного промежутка ослабляется. Значительное влияние на уровень разрядного напряжения оказывают воздушные микрозазоры между диэлектриком и электродами. В этих включениях из-за отличия диэлектрических проницаемостей воздуха и диэлектрика создается локальное увеличение напряженности поля и возникает ионизационный процесс. Продукты ионизации выходят на поверхность диэлектрика и создают местное усиление поля, что приводит к существенному снижению напряжения пробоя (иногда в 2 раза и более). В конструкции, показанной на рис. 3.18,б, напряжение пробоя ниже по сравнению со случаем однородного поля.

Гигроскопические свойства диэлектрика не оказывают в данном случае решающего влияния на разрядное напряжение в связи с имеющейся неоднородностью поля. Воздушные зазоры между диэлектриком и электродами устраняются при помощи эластичных прокладок или пасты. В конструкции, показанной на рис.

3.18,в, процесс пробоя начинается с появления коронного разряда у короткого электрода. По мере увеличения напряжения область коронирования расширяется и на поверхности диэлектрика возникают стримеры, направленные а сторону электрода другой полярности. В связи с малым падением напряжения на стримерах почти все напряжение прикладывается к неперекрытой части промежутка, что приводит к лавинообразному процессу перекрытия промежутка между электродами. Надежность изоляции определяется не только ее поверхностной прочностью, но и возможностью появления частичных разрядов. Частичные разряды могут возникать в газовых включениях, которые образуются в изоляции в процессе изготовления или в процессе эксплуатации (при климатических или механических воздействиях).

Напряженность поля во включении в 2...4 раза выше, чем в изоляции, что объясняется различием диэлектрических проницаемостей газа и диэлектрического материала. В результате многократного воздействия на диэлектрический материал частичные разряды постепенно разрушают его. Такое постепенное разрушение изоляции называют электрическим старением. Чтобы исключить образование газовых включений или ограничить их число и размеры, при изготовлении изоляции применяют ее дегазацию под вакуумом и пропитку составом малой вязкости.

При напряжении постоянного тока количество частичных разрядов в единицу времени на 3...4 порядка меньше, чем при напряжении переменного тока. Поэтому электрическое старение изоляции при постоянном токе протекает в течение более длительного времени. В этих условиях изоляция может работать при более высоких напряжениях. если 122 123 обеспечивается высокое удельное объемное сопротивление диэлектрика 1исключается загрязнение и увлажнение изоляции при изготовлении и эксплуатации). На рис. 3.19 показаны зависимости электрической прочности Ела компаундов при напряжении постоянного тока от времени т действия приложенного напряжения. Для расчетов из рисунка можно принять значение Елр — — 3...4 кВ,Гмм.

Характеристики

Список файлов книги