Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Важнейшим фактором, определяющим массогабаритные показатели трансформатора, является его рабочая частота. Так, например, прн синусоидальной форме напряжения на обмотках трансформатора (или реактора) потери в его магнитопроводе, изготовленном нз стали или магнитных сплавов, согласно [8] определяются по формуле Р А/'з1аВз (1.1) где Р,— удельные потери, Вт/смз; / — 'частота перемагничивания, Гц;  — амплитуда магнитной. индукции, Тл; А — эмпирический коэффициент, характеризующий удельные потери для конкретного материала. Параметр А для наиболее распространенггых материалов имеет следующие значения: 580 (электротехнические стали толщиной 0,05 мм), 360 (сплав 5ОН толщиной 0,05 мм), 90 (сплав 80НХС толщиной 0,05 м).
Для ферритов удельные потери определяются значением тангенса угла потерь по' формуле Р', = иВмз 188/)гг, '- (1.2) 31 где и,— относительная магнитная проницаемость. Формулы (1.1) и (1.2) справедливы для сннусоидального напряжения. При несинусоидальном напряжении удельные потери возрастают, что можно учесть введением коэффициента 7„: Р,'= Т„Р,', (1.3) где уа †коэффицие, определяемЫЙ при разложении периодической функции в ряд Фурье. Г1о~ери в меди обмоток при переменном токе любой формы определяюгся известным соотноШением Р„=1'г, (1.4) где 7 — дейсгвующее значение тока обмотки; г — эквивалентное сопротивление обмотки.
Сопротивление г может быть выражено через омическое сопрогивление Я, и коэффициент 7гя, учитывающий увеличение сопротивления на переменном токе: г =)Гя)1„. (1.5) С повышением частоты возрастает влияние индуктивностеи рассеяния Е„и Е,т, а также «паразитных» емкостных связей С,, Сы и Ст (см. рис. 1.15)„ Формулы (1.1) и (1.2) приближенно определяют соотношение между габарнчными размбрами и мощностью трансформатора.
Более точные соотношения, учитывающие влияние частоты, основаны па введении критериев подобия. В основе системы таких критериев лежат условия подобия и процессов в каждом классе электромагнитных элементов, например трансформаторов или реакторов. В гастиости, в 18) получена следующая зависимость объема магннтопровода 1; трансформатора от его мощности Я, и частогы 7'. )с=~/А/lсм Етое где ЛТ вЂ” превышение температуры, ' С; lг„— коэффициент заполнения окна магии~опровода проводниковым материалом. Из (1.6) следует, чем выше частота, тем лучше удельные показатели объема и массы трансформатора.
Однако возможности повышения частоты в этом отношении не беспредельны. Все а существует граничная (критическая) частота, превышение гда которой не ведет к дальнейшему уменьшению объема эл ектромагннтного трансформатора. Кроме потерь энергии в магнитопроводе необходимо учитывать также влияние иццуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, существенно влияющих на коэффициент передачи напряжения при повышенной частоте. Так, например, в 181 показано, что для определенного к)тасса однофазных трансформаторов средней мощности, с уче- 32 том взаимосвязи их параметров, включающих индуктивность рассеяния, значение граничной частоты может быть определено из следующего соотношения: 1,75 10е /ЬТ А«а Ю, (1.7) где йв — коэффициент, учитывающий способ резки магнитного материала. Если принять объем трансформатора на частоте 7;=50 Гц и при перегреве на 50' С за базовое значение, то с учетом соотношения (!.7) можно определить, во сколько раз уменьшится объем трансформатора при увеличении рабочей частотвп р'.,г ~ — пв — '=гз рй„/К,) (1.8) где 1'и и '1г„,— объемы магнитопроводов при Д и /;, соответственно.
Из (1.8) следует, что предельное уменьшение объема трансформатора при увеличении рабочей частоты обусловлено потерями в магннтопроводе, мощностью и допустимым перегревом. В качестве примера в табл. 1.1 приведены значения граничных часгот для стержневых (ПЛ) магнито проводов различных марок. Таблица 11 Чаетатваа ивваатеваетаиа магавтаававаяа Влияние частоты на объем магнитопроводов стержневого типа для трансформаторов мощностью 2 кВт, выполненных из различных материалов, показано на' рис. 1.16. Согласно приведенным зависимостям степень предельного уменьшения объема магнитопровода незначительно изменяется в зависимости от марки применяемого материала.
Существенно изменяется лишь абсолютное значение самого объема. Следует еще Раэ отмегить, что значение 7та в значительной меРе опРеделкется сопротивлением индуктнвностей рассеяния. Поэтому для 3 3Ъ 3653 33 ве, см 1 5аа Оаа За а 2 О В В 4а 52 40 4В Фа4а,ря Рис. 1.!б. Зависимость объемов магиитопровоиа от частоты: 1 — сталь ЭЗООА, 0,08 мм; 2 — сплав 50Н, 0,05 мм; Я вЂ” сплав ООНХС; 4 — феРРит 250ОНМС увеличения 1;и следует принимать специальные меры, приводящие к умейьшению этих индуктивностей: секционирование обмоток, улучшение конструкции и др. В целом же определяющим фактором в объеме трансформатора является материал магнитопровода.
На повышенных частотах применяются холодиокатаные стали с малыми удельными потерями на перемагничивание. Чем меньше толщина ленты, из которой изготавливается магнитопровод, тем меньше потери от вихревых токов и слабее зависимость магнитной проницаемости от частоты. На частотах свыше 20 кГц рационально использовать ферриты, обладающие высоким удельным электрическим сопротивлением токам повышенной частоты. Перспективными электромагнитными материалами для силовой электроники являются металлические сплавы с аморфной структурой. Они обладают высокими магнитными и механическими характеристиками, обеспечивающими значительные преимущества' перед традиционными материалами в отношении улучшения массогабаритных показателей электромагнитных элементов. Особенно следует отметить низкие потери отдельных марок аморфных сплавов на повышенных частотах 1например, сплав марки 24КНСР имеет удельные потери О Вт/кг при частоте 20 кГц и магнитной индукции 0,2 Тл).
Однако высокий уровень магнитных свойств аморфных сплавов достигается после специальной термической обработки в магнитном поле. Большая зависимость магнитных свойств от технологии изготовления сдерживает широкое серийное внедрение аморфных сплавов. Вышеизложенное во многом относится не только к трансформаторам, но и реакторам. Объем реактора на повышенных частотах также в основном определяется потерями в маг-, 34 ннтопроводе. С этой точки зрения при малых значе я энергоемкости Реактора целесообразно использовать магнито диэлектрики, например альсиферы или ферр энергоемкость реактора велика ри малои требуемои индук тивности рациональным оказывается использование воздушн~1х конструкций (без магнитопровода).
1.3. КОНДЕНСАТОРЫ преобразователях электрической энергии конденсаторы переменного тока являются основными элементами силовых же время в этих схемах явно выражены такие факторы, как несинусоидальность токов и напряжений, а также широкое изменение рабочего частотного диапазона при частотно-импульсном регулировании. Важнейшей характеристикой режима работы конденсатора является значение активных потерь энергии в нем. Именно эта характеристика в основном определяет допустимые значения напряжения на конденсаторе, точнее, его действующие значения, формы и др.
Известно, что при синусоидальном напряжении потери в конденсаторе пропорциональны тангенсу угла потерь в диэлектрике. При этом в расчетах часто принимают это значение неизменным в то врем зависит т о условии работы: температуры, напряжения, частоты и др., что необходимо учитывать при расчете потерь и определении рациональных параметров конденсаторов в конкретных условиях эксплуатации. Приведенные в технических у частотны ких условиях е зависимости гйб для конденсаторов неполярного типа (напрг5гмер, К75-10) показывают практическую его незаи виснмость 'от частоты в диапазоне от 50 1000 Г возрастание примерно в 10 раз при увеличении ч нии частоты до 0000 Гц. Изменение температуры в меньшей мере вели влияет на об для этих типов конденсаторов 1в среднем 1 б й у еличивается в два раза при изменении температу ь +20 ргот ), целом же точная оценка потерь в конденсаторах лаже при идеальном синусоидальном напряжении является достаточно сложной многофакторной задачей.
Еще более сложной задачей является- оценка потерь в конизве денсаторе при несинусоидальных токах и напряжени . С ях. реди об ий,нов вестных методов такой оценки следует выделить наиб щ, есьма приближенный метод, основанный на анализе олее поте и мо гармонической кривой напряжения, При расчете этим м т етодом р ощности в конденсаторе от каждой гармоники приложенного к нему напряжения суммируются: Р.=Сго1 Х лу2106„, (1.9) 35 о7, меар/м и аа р,б р,ь 0,7 Рис. 1.18.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
