Гусев - Электроника (944138), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Кривые псрсматниннвапия магнитопровопа ИТ 35 3411, 3421 и др. Они имеют пониженные удельные потери, высокую индукцию насыщения, высокую магнитную проницаемость в средних и сильных полях. Для сигнальных трансформаторов широко применяются пермаллои 50НП, 79НМ, 80НХС и т. д., причем сплавы 79НМ и 80НХС ввиду малой индукции насыщения (В,х0,7 Т) не рекомендуют использовать в цепях, где имеет место подмагничивание постоянным током. Ферриты используются обычно в трансформаторах, работающих на повышенных частотах (выше нескольких десятков кГц). Их применение ограничено из-за низкой индукции насыщения 10,4 — 0,5 Тл) и сильной температурой зависимости параметров. В основном используются марганец-цинковые ферриты марок 6000 НМ, 4000 НМ, 2000 НМ, 1500 НМЗ, 1000 НМЗ, 700 НМ (первые цифры указывают номинальные значения магнитной проницаемости 1г магнитного материала), Расчет трансформатора в общем случае представляет задачу, в которой число неизвестных больше числа связывающих их уравнений.
Ввиду этого приходится задаваться некоторыми исходными электромагнитными и конструктивными величинами на основе опыта ранее спроектированных трансформаторов. В настоящее время для многих условий разработаны унифицированные трансформаторы. Поэтому необходимо определить возможность применения этих трансформаторов для заданных условий и требований. Если это не удается, то исходя из условий работы должна быть определена конструкция трансформатора, выбран материал сердечника, определены числа витков обмоток, диаметры их проводов и другие параметры неунифицированного трансформатора, При этом, как правило, должны быть учтены требования к определенным техникоэкономическим показателям, которые зависят от назначения трансформатора.
При проектировании трансформаторов для летательных аппаратов они должны иметь минимальные удельные массу и объем. Требованию наименьшей стоимости должны отвечать трансформаторы стационарной аппаратуры, выпускаемой большими сериями, и т. д. Инженерный расчет трансформатора состоит из четырех этапов: 1) выбор типа трансформатора и его принципиальной конструкции; 2) выбор и расчет магнитопровода с определением его основных размеров; 3) электрический, конструктивный расчеты; 4) поверочный расчет. В проектировании трансформатора любого назначения существенным является выбор магнитопровода, эта операция сводится к решению следующих двух задач: выбор типа, конструкпии, материала магнитопровода; выбор (расчет) типоразмера магнитопровода. Для маломощных трансформаторов источников питания электронной аппаратуры типоразмер магнитопровода определя- ется по так называемой электромагнитной мощности Р (на одну фазу): Р= С,Р„4, где Ся — коэффициент, учитывающий отношение между электромагнйтной и вторичной мощностями (выбирают нз специальных таблиц); Р„4 - -габаритная мощность, Габаритная мощность Р„„равна полусумме мощностей всех обмоток ,"> Р„включая первичнунт: г=1 ) Рг Ргаб Р, ='' —; 1Д двухпериодной =г Рг = — '=-.—, 1,41 ' Рг= г Рь МОСТОВОЙ г= 2 По значению электромагнитной или габаритной мощности из специальных таблиц, имеюшихся в литературе по расчету трансформаторов, находят размеры магнитопровода.
При этом также учитывают заданные заранее допустимую температуру перегрева обмоток (70 "С для бор~оной аппаратуры, 55 "С для наземной, 45 'С при повышенном сроке службы н сниженной стоимости) и допустимую нестабильность напряжений, которая зависит от типа аппаратуры. После выбора размеров магнитопровода проводят электрический расчет. Для этого определяют электродвижушую силу е, индуцируемую в одном витке: е= 4,44 ВуЯ,К„ где В выбранная магнитная индукция в магнитопроводе; à — частота; В, — площадь сечения магнитопровода, 5,г аЬ (см.
рис. 1.15); К, коэффициент заполнения площади сечения магнитопровода сталью; К,=0,8 —;0,95. Затем находят числа витков И' в обмотках: Игг=17,,ге 117г."напряжение на г'-й обмотке). Определяют диаметры или сечения проводов обмоток, подсчитывают числа витков в слое, количество слоев, размеры катушки. 37 Мощность первичной обмотки зависит от значения намагннчивающего тока и схемы выпрямленна.
Для наиболее распространенных схем выпрямления ее можно считать равной для схем: однополупериодной При определении сечения проводов 5„„исходят из допустимой плотности тока /, значения которой зависят от конструкции трансформатора и его мощности: о„„=1;~3. Значения / также приведены в таблицах для определенных размеров магнитопровола. При их отсутствии можно брать 1=2А~мм~, что гарантирует обмотки от перегрева даже при плохом охлаждении. После электрического и конструктивного проводят поверочный расчет: уточнение токов, падения напряжения на обмотках, значения магнитной индукции, определение температуры перегрева, Если требуемые параметры обеспечить не удается, то выбирают следующий больший типоразмер магнитопровода и повторяют расчет.
Сигнальные трансформаторы, обеспечивающие точную передачу аналоговых информационных сигналов, проектируют так, чтобы вносимые ими частотные и нелинейные искажения не превышали заданных при коэффициентах трансформации, требуемых для согласования сопротивлений источников сигнала и нагрузок. Частотные искажения сигнала наблюдаются как в области низких, так и в области высоких частот. В области низких частот они обусловлены малым значением сопротивления взаимоиндуктивности М (рис. 1.19, и), в результате чего определенная часть электрического тока, созданного входным сигналом, ответвляется в нее. В области высоких частот частотные искажения обусловлены наличием у обмоток индуктивностей рассеивания 2,„электромагнитными потерями в магнитопроводе Я„„, а также наличием у обмоток и между обмотками паразитных емкостей С.
Учесть емкости достаточно сложно из-за того, что они имеют распределенный характер и существенно меняются в зависимости от технологии изготовления обмоток. Но с их наличием приходится считаться. На эквивалентной схеме приведенного трансформатора для области высоких частот (рис. 1.19, д) часто вводят приведенную собственную емкость С (иногда емкость подключают параллельно взаимоиндуктивности или подключают к входным и выходным зажимам).
Для упрощения часто используют эквивалентные схемы трансформатора для областей низких (рис. 1.19, в), средних 1рис. 1.19, а), высоких (рис. ! .19, д) частот и приведенную к первичной обмотке эквивалентную схему (рис. 1.19, б). Нелинейные искажения обусловлены тем, что взаимоиндуктивность М и сопротивление потерь А„„ зависят от значения магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора: м=г'(В), Я„„ =11л). В результате этого соотношение между сопротивлениями эквивалентной схемы меняется в зависимости от уровня входного сигнала, а соответственно изменяется коэффициент трансформации трансформатора.
Это приводит к искажениям формы выходного сигнала, которые называются нелинейными искажениями. Я«г-5« ггг «рг ат а1 гг«гм ьггг Яг Я«гтг Хт лг ивл г', Я„'„и,„, гтвмл г) Рис. 1.19. Эквивалснтныс схемы: а ра сфор а ора, б — лриведснното трансформатора; е — дл» областеи низки» частот, г — средних; д с «ас о, Яо Я, активн с сопротивления аровола обмоток; г.,', «о инлуктивпос и расее иия обмо ок; М вз им инхук невесты Я„., сопротивление, отрада«ситес наличие потерь в ма«««и~от«доводе, С" . примлен««ая собспминая емкость «рансф рма|ара Математическая модель двухобмоточного трансформатора в общем случае имеет вид аУИ г ИлгЛэу ~~~+/геИ'гЛо где л,=Ау+гога г' ~г=21г+/ЕУ2г' ИтгИтгЛо=М; И'гав=~.'г« Ло --магии.гная проводимость магнитопровода для магнитною йотока„ггроцизывающего все обмотки, Л„= 1«УУ„; ӄ— магнитное сопротивление магнитопровода 1йаходят айалогично тому, как рассмотрено в 9 1.3 для катушек индуктивности); И'-- число витков обмоток; М вЂ” комплексная взаимоиндуктивность, в которой учтено наличие потерь в магнитопроводе 1А„„,); Е,'г — комплекснаЯ индУктивность намагничивании пРиведснного трансформатора, в которой учтено наличие потерь в магпитопроводе 1Я„.,).
Если вторичная обмотка трансформатора работает на холостом ходу 1ӄ— сс), то ток 1г=О и, преобразовав (1.1), можно записать Гг„„„угон'т и', Л„ И 1.«га) о Гу,„~о-~уговтга~ Из (1.2) видно, что в общем случае даже на холостом ходу коэффициент передачи трансформатора Ит(1гл) отличается от коэффициента трансформации п = И'г ( И'ы и только если выполняется условие ~ У, ~ к ~1еуИ'ггЛб ~, коэффициенты передачи и трансформации равны. При этом следует помнить, что в (1.1) не учтены емкости обмоток, наличие которых может привести к дополнительным погрешностям преобразования сигналов. 39 Если ток вторичной обмотки отличается от нуля гг ФО, то уравнение (!.1) имеет вид: го (1.3) где дои '., л. - о г — К ог о- у ог И' г Л „' УЧТЯ ЧТО ( ого» Угро НОЛучИМ г'огпг~ И г ао ('" -ггои') ао)(~„о-Š— ~ -ги" 'Нг ) откуда (~',~~ого",гх,) (~„-и," ~з',~~",,~н -,') Из (1.4) видно, что подключение сопротивления нагрузки нс приводит к появлению погрешностей преобразования только г'г тогда, когда выполняются условия У,)~ У2+Уги —,).
Так -о о Иг г как значение сопротивления I", увеличивается с повышением частоты из-за увеличения члена у аз ИгЕ,г, а также растет сопротивление Хо„то даже в случае линейной частотно- независимой магнитной цепи коэффициент передачи уменьшается. Это позволяет утверждать, что в диапазоне низких частот основную роль в появлении погрешностей играет соотношение между активным сопротивлением первичной обмотки и индуктивцостью намагничивания (приведенный трансформатор на холостом ходу; рис.
1.19, в). При наличии нагрузки погрешность вносит также активное сопротивление вторичной обмотки. В диапазоне средних частот, где сопротивление индуктивности намагничивания ( у!вТ ', =/св И", Л „) достаточно велико, а сопротивление индуктивностей рассеивания еще мало, погрешность преобразования обусловлена активными сопротивлениями обмоток Яг и Яг (рис. 1.19, г). В диапазоне высоких часгот погрешность растет из-за увеличивающегося влияния индуктивностей рассеивания обмоток и паразитных емкостей, оцениваемых эквивалентной емкостью С' (рис. 1.!9, д). Типоразмер сердечника для указанных трансформаторов выбирают по двум показателям: конструктивной постоянной нижних частот В, определяющей частотную характеристику трансформатора в области низких частот, и конструктивной постоянной индукции г), определяющей максимальную амплитуду переменной составляющей магнитной индукции 8, аа а следовательно, и величину нелинейных искажений сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
