Воронин А.И., Шадрин Г.А. Трансформаторы и дроссели источников электропитания электронных устройств
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Учебное пособие
по дисциплине «Преобразовательная техника»
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия
Томск, 2009
Воронин А.И., Шадрин Г.А. Трансформаторы и дроссели источников электропитания электронных устройств. Учебное пособие по дисциплине «Преобразовательная техника». Томск: Изд-во ТУСУР, 2009. -145 с.
В пособии даны рекомендации по выбору магнитных материалов для
магнитопроводов, обмоточных проводов и изоляционных материалов, для
проектирования трансформаторов и дросселей промышленной и
повышенной частоты. Приведены уравнения для определения основных
параметров ферромагнитных элементов при различных формах питающих
напряжений рабочих частот от промышленной до сотен килогерц. Пособие
содержит ряд примеров, поясняющих методику расчетов, и справочных
таблиц.
Учебное пособие предназначено для студентов ВУЗов всех форм
обучения по дисциплинам “Преобразовательная техника” и специалистов,
занимающихся разработкой источников вторичного электропитания
радиоэлектронной аппаратуры.
Рецензенты:
профессор кафедры КИБЭВС ТУСУР, доктор технических наук Бейнарович В.А.;
доцент кафедры «Промышленная электроника» ТУСУР, кандидат технических наук Семёнов В.Д.
Воронин А.И., Шадрин Г.А., 2009
ТУСУР, 2009
Содержание книги Трансформаторы и дроссели источников электропитания электронных устройств
Введение. Области применения трансформаторов и дросселей
Глава 1. Классификация ФМЭ и основы их проектирования
1.1. Классификация трансформаторов и дросселей
1.2. Тип конструкции ФМЭ
1.3. Температурные условия ФМЭ
1.4. Оптимальные соотношения размеров магнитопроводов ФМЭ
1.5. Расчет маломощных трансформаторов ИВЭП низкой частоты
1.6. Оптимальные соотношения размеров дросселей
Глава 2. Магнитные материалы и магнитопроводы
2.1. Характеристики намагничивания магнитных материалов
2.2. Магнитопроводы витые и штампованные для ФМЭ
2.3. Материал обмоток ФМЭ
2.4. Конструкция обмоток ФМЭ
Глава 3. Особенности ФМЭ и их характеристики при повышенных и высоких частотах
3.1. Критерии выбора магнитного материала
3.2. Рекомендации по выбору ферромагнетиков
Глава 4. Мощность потерь в трансформаторах и дросселях
4.1. Мощность потерь в магнитопроводе ФМЭ при синусоидальном напряжении
4.2. Мощность потерь при импульсном напряжении или токе
4.3. Мощность потерь при периодическом несинусоидальном воздействии
4.4. Добавочные потери в обмотках ФМЭ
Глава 5. Расчет реакторов и дросселей повышенной частоты
5.1. Параметры дросселей и реакторов
5.2. Расчет дросселя фильтра
5.3. Порядок расчета коммутирующих дросселей преобразователей с принудительной коммутацией
5.4. Особенности расчета дросселей при импульсных напряжениях (с большой скважностью)
5.5. Расчет реакторов
Глава 6. Расчет трансформаторов повышенной частоты
6.1. Электромагнитные процессы в ТММ. Расчет индуктивности рассеяния
6.2. Параметры и геометрические соотношения в ТММ
6.3. Расчет ТММ повышенной частоты при питании синусоидальным напряжением
6.4. Расчет ТММ при несинусоидальном напряжении питания
6.5. Расчет ТММ при импульсном напряжении
6.6. Собственная емкость обмоток
Список литературы
Приложение
Введение
Трансформаторы для источников вторичного электропитания (ИВЭП) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) относятся, как правило, к трансформаторам
малой мощности (ТММ).
Габаритная мощность ТММ не превышает нескольких кВА, а в случае работы в импульсном режиме их мощность может быть существенно больше.
Проектирование ТММ имеет ряд особенностей, обусловленных отличием конструкций и многообразием их режимов работы. К ТММ для ИВЭП выдвигаются жесткие требования по массе и габаритам. У ТММ общепромышленного и
бытового назначения, работающих на частотах 50 и 400Гц, острее встают вопросы экономической эффективности, что вызвано большими масштабами их
производства.
ТММ, как правило, представляют собой сухие трансформаторы: броневые,
стержневые, тороидальные и трехфазные стержневые, выполненные на ленточных магнитопроводах.
Важными параметрами ТММ являются электромагнитные нагрузки (индукция в сердечнике, плотность тока в обмотках), ток намагничивания, падение
напряжения при постоянном перегреве или перегрев при падении напряжения
ΔU=const. В ТММ, в отличие от силовых трансформаторов, другими будут соотношения активного и реактивного сопротивлений обмоток, потери в магнитопроводе и обмотках, намагничивающий и рабочий ток и т.п. В связи со стремительным развитием радиоэлектроники, автоматики, связи, приборостроения,
ИВЭП в промышленности и быту возникла задача проведения теоретических
исследований на основе оптимальных методов проектирования.
При расчете ферромагнитных элементов (ФМЭ) – трансформаторов, сглаживающих дросселей, дросселей насыщения, преобразователей числа фаз и
других устройств принято использовать несколько групп уравнений, отражающих важнейшие соотношения между электромагнитными и геометрическими
параметрами. Последние определяют связь между мощностью, потерями мощности и напряжения, тепловыми режимами электромагнитных величин, массой
и габаритами и рядом других показателей, влияющих на технико- экономические характеристики при тех или иных условиях проектирования аппаратов.
Уравнения, устанавливающие связь между мощностью, основными электромагнитными параметрами и геометрическими размерами (массой и габаритами) ФМЭ, являются одними из центральных для оптимизации [2,3].
За расчетную мощность используют габаритную мощность, представляющую
собой произведение входных напряжения и тока одной фазы ФМЭ. Довольно
часто пользуются значением мощности нагрузки, учитывающей, в отличие от
габаритной мощности, входной cosφ и КПД, которые задаются в техническомзадании, либо рассчитываются.
При проектировании оптимальных параметров ФМЭ удобно пользоваться габаритной мощностью, входными значениями тока и напряжения, определяющими электромагнитные режимы питающей сети и ФМЭ в целом. Это особенно важно, когда число фаз или частота от входа к выходу меняются. Дроссели применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
Проектированию оптимальной геометрии трансформаторов и дросселей
частотой до 400гц посвящены работы Бамдаса А.М.,Бальяна Р.Х., Белопольского И.И., Каретниковой Е.И., Ермолина Н.П. и ряда других ученых
[1...3,6,7,10,12]. Вопросам проектирования оптимальных дросселей сглаживающих фильтров также посвящено достаточно много работ, среди которых
следует отметить исследования, проведенные под руководством Гольдштейна
Е.И. [12]. По методам расчета и проектирования ФМЭ повышенной и высокой
частоты для ИВЭП проводились исследования под руководством Драбовича
Ю.И., Обрусника В.П., Ромаша Э.М., Русина Ю.С., Горского А.Н., Найвельта
Г.С. и других [2,4...6,8,13,14,15]. В [2,4...6] авторы рассматривают методы оптимального проектирования однофазных трансформаторов и дросселей по критерию оптимизации-минимальный объем ФМЭ. В данном учебном пособии этот критерий и принят за основу.
При заданных электрических параметрах всегда можно спроектировать
трансформатор или дроссель с наименьшими массой, габаритами и стоимостью.
Выполнение указанных критериев с целью получения от ФМЭ максимальной мощности или индуктивности дросселей может быть осуществлено следующими способами:
1. Выбором магнитных материалов, с большой магнитной индукцией насыщения BS при минимальных потерях и стоимости (для трансформаторов) и высокой магнитной проницаемости при достаточно высокой BS (для дросселей).
2. Повышением допустимой температуры перегрева сердечника и обмоток до такой величины, при которой еще возможна достаточно надежная работа в течение всего заданного срока службы.
3. Выбором наиболее эффективной конфигурации сердечников (броневой, стержневой, тороидальной или чашечной).
4. Определение оптимальных соотношений между основными линейными размерами магнитопровода выбранной конфигурации (оптимальной геометрии ФМЭ).
5. Рациональным электрическим расчетом, при котором выполняются электрические, конструктивные, экономические и различные специальные требования, поставляемые перед проектировщиком. Повышение частоты питающей сети позволяет значительно уменьшить массу и габариты ФМЭ, при использовании специальных материалов.
Проектирование и расчет ФМЭ возможны только после выбора его конкретной конфигурации, т.к. геометрические формы с соотношением размеров необходимы для определения индукции, плотности тока, мошности, индуктивности рассеяния, собственной емкости и других показателей.
Скачать учебник Трансформаторы и дроссели источников электропитания электронных устройств. Томск, Изд-во ТУСУР, 2009
|