Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Чем выше частота, тем тоньше должна быть толщина металла, однако изготовить пластины илн ленты толщиной менее 0,02 мм крайне затруднительно, поэтому для изготовления маточных компонентов, работающих на более высоких частотах, металлические магнитопроводы не используют. 2.3. Моточные компоненты 45 2.3.7. Потери в магнитопроводах компонентов, работающих на высоких частотах. Магнитная вязкость В моточных изделиях, работающих на высокой частоте, можно наблюдать спад эффективной проницаемости и магнитной индукции в процессе перемагничивания сердечника, что происходит вследствие магнитной вязкости.
Магнитной вязкостью, или, говоря по-другому, магнитным наследействием называют запаздывание изменения магнитной индукции при изменении напряженности поля [175, с. 23]. В результате проявлений магнитной вязкости ухудшаются магнитные параметры феррита при прохождении высокочастотных или импульсных токов через обмотку компонента. Возвращение к исходному состоянию зависит от материала магнитопровода и для одних материалов длительность релаксации составляет сотни пикосекунд, а для других — несколько часов [175, с. 23]. Магнитной релаксацией применительно к ферритам называют процесс, в результате которого возникает термодинамическое равновесие в веществе, благодаря установлению равновесия между спинами электронов и кристаллической решеткой. При механическом воздействии на феррит скорость изменения индукции может быть значительно выше, и магнитная вязкость может быть меньше, чем при отсутствии сдавливания [175, с.
24]. Подытоживая, следует подчеркнуть, что магнитная индукция и проницаемость ферритов магнитопроводов в импульсных источниках питания в результате магнитной вязкости снижается, что обязательно необходимо учесть, введя запас по указанным параметрам во время проведения расчетов трансформаторов и дросселей. 2.3.8. Обмоточные провода Обмотки трансформаторов и дросселей обычно выполняют из провода и иногда — из проволоки круглого или реже прямоугольного сечений. Проволока — это тонкий и длинный металлический прут, не покрытый изоляцией. Покрытую изоляцией проволоку называют проводом. Конкретный тип изоляции выбирают, исходя из напряжения между витками и обмотками, Например, изоляция может быть осуществлена трансформаторным маслом, шелком, фторопластом, эмалью или другими диэлектрическими веществами.
Трансформаторное масло используют в моточных компонентах высокого напряжения и очень большой мощности, начиная примерно от 30 кВт. Гильзы, на которых располагают обмотки, обычно цилиндрической или прямоугольной формы. Цилиндрическая форма превосходит прямоугольную, поскольку при укладке обмоток отсутствуют резкие изгибы проводов, и изоляция проводов в местах перегиба не приходит в негодность. Обмоточные одножильные провода покрывают одним или двумя слоями изоляции из эмали (так изготавливают провода марок ПЭЛ, ПЭВ и ПЭТВР), а для увеличения пробивного напряжения их иногда дополнительно заключают в шелковую оплетку (так получают провода ПЭЛШО, ПЭЛШД). Одножильные провода малого диаметра используют, в основном, в низкочастотных моточных изделиях, например; в силовых линейных трансформаторах, подключаемых к сети 220 В переменного тока. Диаметр круглого одножильного провода можно вычислить по формуле [136], [245, с.
110, 111]: 4 1эфф и-1 46 компоненты источников питания где 1эфф — эффективный ток через провод, А; 1 — плотность тока, А/мм . г На высокой частоте обмотки обычно содержат мало витков, и все витки можно уместить в один сильно разреженный слой. В таком случае более предпочтителен не медный нли алюминиевый обмоточный провод, а посеребренная проволока. При этом витки укладывают с интервалом для предотвращения смещения и замыкания соседних витков. Также используют многожильные провода из скрученных между собой особым образом жил, покрытых изоляцией.
На более высокой частоте (особенно в случае необходимости пропускания большого тока) обмотки выполняют из посеребренной медной ленты 112, с. 33). Мощность потерь в проводах обмоток, через которые протекают синусоидальные или несинусоидальные токи высокой частоты, будет больше мощности потерь в этих же проводах в случае, если через обмотку пропускают постоянный ток 1! 77, с. 54]. Отношение мощности потерь на переменном токе к потерям на постоянном токе называют коэффициентом добавочных потерь или коэффициентом вытеснения тока н обозначают Кяс/Кос. Добавочные потери представляют собой арифметическую сумму потерь на скин-эффект, эффект близости, концевой эффект, эффект внешнего проводника и эффект зазора.
Диаметр круглого одножильного провода, по которому протекают импульсные токи с высокой частотой, с учетом добавочных потерь можно найти по следующей формуле (128, с. 57): где т — длительность импульсов; à — частота импульсов; йб — коэффициент близости [128, с. 57), учитывающий перераспределение плотности тока по сечению проводника; Л вЂ” глубина проникновения тока в толщу проводника.
Считают, что наиболее поддаются аналитическому анализу скин-эффект и эффект близости. Рассмотрим все указанные эффекты. 2.3.9. Скин-эффект Эффект, в результате которого ток в сечении неравномерен и вытесняется к поверхности проводника, называют скин-эффектом или, по-другому, поверхностным эффектом (по-английски — "Й1п е1Тес1"). Рассмотрим проводник с круглым сечением, по которому течет постоянный ток или ток низкой частоты. Магнитное поле, вызванное протеканием тока, в сечении проводника образует концентрические траектории, симметричные в радиальном направлении и расположенные как в толще проводника, так и вокруг него. Сила тока одинакова на любой глубине проводника, а потери в проводнике, в основном, зависят от величины его сечения и удельного сопротивления.
Если через тот же проводник пропускать ток высокой частоты, то возникающее вокруг проводника переменное магнитное поле индуцирует в проводнике ЭДС, которая препятствует приложенному воздействию. У центра проводника магнитное поле максимально и выталкивает протекающий через проводник высокочастотный ток к поверхности, т.е. туда, где магнитное поле минимально. 2.3. маточные компоненты 47 В толще проводника возникают контуры, по которым течет вихревой ток или завихрения напряжения с высокой частотой.
Этот вихревой ток вытесняет к поверхности ток через проводник. Величина тока, текущего через проводник, уменьшается по экспоненциальному закону к центру проводника. В результате наибольшая плотность тока будет у поверхности проводника, а в глубине проводника она будет незначительной. Глубиной проникновения тока называют расстояние между поверхностью проводника и таким расстоянием к центру проводника, на котором плотность тока через проводник снижается в "е" раз по сравнению с плотностью тока на поверхности проводника. Под символом "е" понимают основание натурального логарифма, т.е.
ток протекает и под поверхностным слоем, и у центра проводника, однако величина этого тока многократно меньше тока у поверхности. Глубину проникновения тока в толщу проводника в миллиметрах можно найти по формуле [235, с. 61: Р л.Г [г цо где р — удельное электрическое сопротивление материала проводника, зависящее от температуры [удельное сопротивление меди при температуре ! 5'С составляет 0,0175 1О Ом м [92, с.
751; при температуре 70'С вЂ” 0,0210 1О о Ом м, а при температуре 100 'С вЂ” 0,0235 1О ~ Ом . м); л — число Пи; à — частота, в МГц; 1т — относительная магнитная проницаемость, отражающая во сколько раз проницаемость материала проводника больше магнитной проницаемости вакуума; ро — магнитная постоянная вакуума, равная 4 и 10 ' Гнlм. Поскольку удельное сопротивление медного проводника возрастает при повышении температуры, согласно формуле можно заключить, что глубина проникновения тока при увеличении температуры и при прочих одинаковых условиях станет больше. Другими словами, при нагреве проводника глубина проникновения тока увеличится, уменьшится плотносп тока, и в итоге температура проводника станет меньше.
Потери на вихревые токи в проводнике тем ниже, чем выше удельное сопротивление материала. Если высокочастотный ток, который мы хотим пропустить через проводник, невелик, то целесообразно использовать не медный провод, а алюминиевый. Не исключено, что значительно снизятся потери на вихревые токи, несмотря на увеличение омических потерь. На низкой частоте и на постоянном токе для минимизации потерь в обмотках обычно используют относительно толстый провод, и чем сечение провода будет больше, тем меньше будут потери в обмотках ввиду того, что их омическое сопротивление станет меньше, а добавочные потери останутся ничтожными. Сечения проводов обмоток высокочастотных компонентов не должны быть значительно большего диаметра, чем глубина проникновения тока в толщу проводника, что является принципиальным отличием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
