Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Зная плотность тока, можно рассчитать плошадь поперечного сечения провода и диаметр провода: 1 Я =— 1В7 2.4. Трансформато ы По найденному значению диаметра провода выбирают стандартный диаметр и марку провода (см. табл. 2.6). Следующим этапом является расчет размещения обмоток в окне сердечника. Основание, на котором размещаются обмотки трансформатора, называют каркасом. По конструкции каркасы разделяют на две группы: со щечками (рис.
2АЗ, а) и без щечек — гильзы (рис. 2.43, б). Рис. 2.43 Размеры отверстий а» и Ь, в каркасе со щечками должны быть на 0,1-0,2 мм больше, чем размеры соответствующей части магнитопровода, а длина каркаса должна быть на 0,5-1,0 мм меньше высоты окна в магнитопроводе. Это обеспечивает свободную установку каркаса на магнитопровод. Толщина стенок каркаса в зависимости от его размеров составляет от 0,7 до 1,5 мм. Трансформаторы, в которых каркасы катушек выполнены в виде гильз, обладают лучшими технологическими характеристиками, поскольку гильза значительно проще каркаса со щечками и процесс изготовления гильз лучше поддается механизации.
Намотку провода на каркас осуществляют одним из двух способов: беспорядочно (чвнавал») и правильными рядами, виток к витку (рядовая намотка). Укладка «внавал» возможна только для каркаса со щечками. Однако такая намотка применяется крайне редко, так как при хаотическом расположении витков возможно появление больших напряжений между соседними витками, что ведет к пробою изоляции провода и короткому замыканию. При использовании гильзы применяют рядовую намотку (рис. 2,43, б). Сначала на гильзу 1 наматывают первичную обмотку 2, состоящую нз нескольких слоев, разделенных изоляционными прокладками 3. Поверх первичной обмотки накладывают межобмоточную изоляцию 4, затем наматывают вторичную обмотку 5, поверх которой накладывают наружную изоляцию 6.
Чтобы исключить чсползание» провода с гильзы и замыкание его на магнитопровод, обмотка не должна доходить до края гильзы. Ширина кольцевой изоляции Ь обычно составляет 2ВВ Глава 2. Пассивныв компоненты адиоэле нной аппаратуры 1,2-1,5 мм. Чтобы исключить «сползание» крайних витков, ширина каждого последующего слоя должна быть меньше по отношению к предыдущему на один виток Расчет размещения обмоток ведется в описанной далее последовательности. Сначала определяют число витков в каждом слое обмотки: %', = —, й„ Н где (тг — коэффициент, учитывающий неплотность укладки провода (табл.
2.11); 1 — ширина слоя намотки (см. табл. 2.9); Ым, — диаметр провода в изоляции для рассчитываемой обмотки. Таблица 2.11. Зависимость диаметра от коэффициента неплотности 0,06-0,2 0,21-0,3 0,31-0,4 0,41-0,65 Более 0,65 0,83 0,86 0,92 0,93 ' 0,95 н,,км Далее вычисляют число слоев каждой обмотки: )У, и »и где йг — число витков рассчитываемой обмотки. Полученное значение л округ-. ляют до большего целого числа.
После этого проверяют, уложится ли обмотка в рассчитанное число слоев с учетом того, что в каждом последующем слое число витков на один меньше, чем в предыдущем. Для этого должно выполняться условие % и...— Ь'йг> 1«г» где и, — округленное число слоев; Ь 1«г- уменьшение числа витков обмотки, округленное в соответствии с табл. 2.12. Таблица 2.12. Зависимость общего числа слоев обмотки от его уменьшения Числю слоев 1 2 3 4 5 б 7 8 9 Лиг 0 1 3 6 10 15 21 28 36 10 11 12 13 14 45 55 66 78 91 Если зто условие не выполняется, то увеличивают число слоев на 1. Далее рассчитывают толщину каждой обмотки: а,мп 4,„+(п,-1) Ь, где Ь„и — толщина межслойной изоляции.
При толщине провода до 0,3 мм применяют конденсаторную бумагу КОН-2 толщиной 0,022 мм; при проводе 0,3-0,65 мм — электроизоляционную бумагу ЭН-50 толщиной 0,05 мм; для проводов, диаметр которых превышает 0,05 мм, — кабельную бумагу К-120 толщиной 0,12 мм. 169 2.4. Трансфо матс Рассчитывают толщину катушки 5„(рис. 2.44) с учетом толщины межобмоточной изоляции Ь„, толщины гильзы Ь„и толщины наружной изоляции Ьи.
Ги к-! Я„='~ ~ч!„а, +~ч! Ь„,. 1,1 + Л, + Ь„, !!!! где Ф- число обмоток. Гильза Сердечник а! аь! 4а аьз а! Рис. 2.44 Величину о, определяют из табл. 2.9; в качестве межобмоточной о„и наружной изоляции Ьк применяют несколько слоев кабельной бумаги К-120. Рассчитанная толщина Я„должна быть меньше ширины окна (см. табл. 2.9).
Если в результате расчета окажется, что радиальная толщина обмотки больше ширины окна, то следует либо несколько уменьшить диаметр проводов, либо использовать сердечник большего размера. Следующим этапом является расчет потерь в меди. Для этого рассчитывают среднюю длину витка каждой обмотки: 1,„= М+ 2яб„ где М вЂ” внешний периметр гильзы (см. табл. 2,9); Ь! — расстояние от гильзы до середины з-й обмотки (см. рис. 2.44). Величину б; рассчитывают по формуле г-! !-! (Х, Ь, = ~ а! +ч~! ь„,. + — '.
2 Далее рассчитывают сопротивление обмоток при температуре +20 'С: 41! л,=р — ', р ' 170 Глава 2. Пассивные компоненты радиоэле онной апп ы где 1- =! И', — длина провода 1-й обмотки. Затем задают максима:льную температуру катушки и рассчитывают сопротивление обмоток при этой температуре: В„= В;(1 + 0,004ЬТ), где ьТ вЂ” превышение температуры катушки над нормальной температурой. Вычисляют падение напряжения на обмотках ЬУ, = 1.В„, выделяемую в них мощность Р„,.
= 1,ЬЦ и суммарные потери в меди На заключительном этапе рассчитывают тепловой режим трансформатора Энергия, теряемая в обмотках (Р„) и сердечнике (Р,), выделяется в виде тепла внутри трансформатора, доходит до поверхности и излучается в окружающуЮ среду. В стационарном режиме существует баланс мощностей, при котором выделяемая и излучаемая мощности равны, При этом в камской точке трансформатора устанавливается постоянная температура, определяющая надежность его работы. Максимальной температурой обладают обмотки трансформатора.
Определение распределения температуры внутри трансформатора встречает большие технические трудности, так как условия передачи теплоты от разных точек к поверхности различны, поэтому температурный режим трансформатора оценивают некоторой средней величиной 0 = Г„- г, называемой температурой перегрева, которая определяется эмпирическими формулами: с1 для трансформаторов, работающих на частоте 50 Гц: (В,Р„+ В, „.Р )' 4В Р„ с1 для трансформаторов, работающих на частоте 400 Гц: (Р„+ Р, ) В,,В, „ гВ, где В„, В, „„В, „— коэффициенты, значения которых приведены в табл.
2.9; Є— потери в меди; Р, — потери в стали, Температура нагрева обмоток трансформатора Т„выше температуры окружающей среды Т.„, на величину температуры перегрева: Т =Т +0. Температура Т„должна быть не выше максимальной температуры обмоток, которую задавали прн расчете сопротивления обмоток. Если эта температура окажется больше допустимой, то следует заново рассчитать трансформатор, применив магнитопровод большего размера, или снизить температуру окружающей среды, 2.4.Т ансформато ы 171 Рассмотренный порядок расчета показал, что вычисления получаются довольно трудоемкими. Этот расчет приведен с учебной целью, чтобы студент лучше усвоил все многочисленные факторы, определяющие работу трансформатора.
В условиях производства расчет трансформаторов проводят с применением электронно-вычислительных машин по программам, которые учитывают все рассмотренные физические процессы. Согласующие трансформаторы проектируют так, чтобы вносимые ими частотные и нелинейные искажения не превышали заданных значений. В области низких частот частотные искажения обусловлены малым значением индуктивности первичной обмотки, а в области высоких частот — наличием индуктивности рассеяния и паразитных емкостей. С целью уменьшения нндуктивности рассеяния применяют чередование обмоток: сначала наматывают половину первичной обмотки, затем вторичную, после чего вторую половину первичной.
В результате обмотка оказывается разделенной на три секции. Секционировать можно и вторичную обмотку. Чем больше число секций, тем меньше индуктивность рассеяния. Нелинейные искажения обусловлены нелинейной зависимостью между напряженностью поля и индукцней в сердечнике. Поэтому при синусоидальном токе первичной обмотки индукция в сердечнике изменяется по закону, отличному от синусоидального закона Соответственно, ЭДС, наводимая во вторичной обмотке, будет отличаться от синусоидзльной ЭДС. Чем больше индукция, тем больше нелинейность кривой намагничивания и тем больше нелинейные искажения. Поэтому согласующие трансформаторы работают прн небольшихзначениях индукции, Поскольку нндукция незначительна, потери в стали можно не учитывать.
Нагрев согласующего трансформатора определяется в основном потерями в меди. Требования, предъявляемые к импульсным трансформаторам, существенно отличаются от тех, которые предъявляются к трансформаторам согласования. Основной особенностью этих трансформаторов является работа в широком диапазоне частот. Обычно импульсные трансформаторы работают при длительности импульсов 0,2-100 мкс с длительностью фронта 0,01 — 0,2 мкс, поэтому для импульсных трансформаторов характерны сердечники тороидальной формы, изготовленные нз тонких листов электротехнических сталей или ферритов с высокой магнитной проницаемостью.
Для уменьшения индуктивности рассеивания намотку провода осуществляют с малым количеством слоев. Для уменьшения емкости обмотки разделяют на секции. Обычно трансформаторы рассчитывают для каждого конкретного радиоустройства, однако в настоящее время все большее применение находят унифицированные трансформаторы.
Широкое применение унифицированных трансформаторов дает большой технико-зкономический эффект, так как позволяет отказаться от мелкосерийного, а иногда и штучного производства трансформаторов для каждого радиоустройства и перейти к массовому производству на специализированных предприятиях, способных механизировать и автоматизировать производство, повысить надежность и снизить себестоимость. Трансформаторы являются компонентами радиоэлектронной аппаратуры. За последние годы они значительно усовершенствованы. Однако по сравнению с другими компонентами РЭА их габариты н вес относительно велики, поэтому в современной РЭА существует тенденция к сокращению использования трансформаторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
