Главная » Книги и журналы

1 ... 26 27 28 29 30 31 32

Здесь источниками помех являются искровые промежутки свечей зажигания, прерыватель, включенный в первичную цепь катушки зажигания, и распределитель во вторичной цепи катушки. В цепь каждой свечи зажигания включается активное сопротивление R в качестве подавителя помех. Такое же сопротивление включается в цепь распределителя. Наилучшее подавление помех получается при включении этих сопротивлений в непосредственной близости от места прерывания тока. Хорошо также, когда конденсатор, шунтирующий контакты прерывателя, расположен непосредственно на корпусе системы распределителя и прерывателя.

При подавлении радиопомех, создаваемых генератором и реле-регулятором установки для зарядки аккумуляторов на автомашинах при помощи фильтра, следует обратить внимание на правильный монтаж этих элементов схемы (см. рис. 10-5, д - е). Фильтр должен быть максимально приближен к реле-регулятору; соединительные провода должны быть тщательно экранированы.

I

§ 10-3. ЗАЩИТА ОТ РАДИОПОМЕХ ПРИ ПОМОЩИ ФИЛЬТРОВ

Защитные фильтры, включаемые между источником помех и сетью, от которой питаются или которую питают устройства, являющиеся источниками помех, служат также для подавления помех в месте их возникновения. Например, при включении генератора или двигателя постоянного тока в сеть между ними и сетью





И


Рис- 10-6, Эквивалентные схемы включения защитных фильтров.

г' л -

включается защитный фильтр, защищающий сеть от помех генератора; при включении двигателя в сеть защитный фильтр предохраняет от проникновения помех из сети в цепи двигателя.

В качестве защитных фильтров могут быть использованы устройства, действие которых подобно действию сглаживающих фильтров.

В схеме рис. 10-6, а защитным фильтром служит конденсатор с реактивным сопротивлением Zc. Это сопротивление намного меньше сопротивления сети, и все составляющие спектра помех будут замыкаться через конденсатор и не будут распространяться по схеме.



При малом сопротивлении источп ,.,1и защита может

быть осуществлена с помощью индуктивности Zl, как показано на рис, 10-6, б.

Практически значительно чаще и эффективнее используются защитные Г-образные и П-образиые фильтры, эквивалентные схемы которых приведены на рис, 10-6, в-д.

Г-образный защитный фильтр с индуктивным входом применяется в случае, когда сопротивление источника помех мало, а сопротивление питающей сети велико,

П-образный фильтр по схеме рис. 10-6, д применяется с целью получения большей эффективности защиты, чем это возможно обеспечить при Г-образном фильтре.

При использовании защитных фильтров их следует рассчитывать так, чтобы исключить возможность возникновения резонансных явлений в диапазоне частот, на которых осуществляется работа защищаемой сети или радиоустройства, питаемого от сети.

Для этого часто приходится применять многозвенные защитные фильтры. Элементы защитных фильтров (дроссели и конденсаторы) имеют особенности, отличающие их от обычных. Реактивное сопротивление дросселей должно быть достаточно большим при малых активных сопротивлениях, их обмотки должны обладать минимальной собственной емкостью; обмотки размещают в металлических экранах и обычно компаундируют.

§ 10-4. ЗАЩИТА ОТ ПОМЕХ ПРИ ПОМОЩИ ЭКРАНОВ

Различают три вида экранирования: электростатическое, магнитостатическоеи электромагнитное. Разделение экранов на три типа является условным.

Электростатическое и магнитостатическое экранирование применяют при необходимости локализации электрических и магнитных полей в диапазоне относительно низких частот. Действие таких экранов, обладающих высокой электрической или магнитной проводимостью, основано на замыкании э. д, с. помех, возникающих в толще стенок экрана. При электростатическом экранировании применяют для экранов диамагнитные материалы, а при магнито-статическом экране -ферромагнитные.

Действие электромагнитного экрана, используемого в диапазоне достаточно высоких частот, сводится к тому, что экранируемое электромагнитное поле ослабляется полем противоположного направления, возникающим благодаря вихревым токам в толще

экрана при воздействии на него электромагнитного поля. Электростатический и магнитостатический экраны в высокочастотных

полях ведут себя почти так же. При этом повышать магнитную проводимость магнитостатического экрана не имеет смысла.

При выборе материала экрана лучше всего оценивать его по глубине проникновения тока в материал экрана. В технике борьбы с индустриальными помехами при выборе толщины экрана поль-



зуются величиной проникновения тока, обеспечивающей спадание интенсивности поля в 100 раз. При этом глубина проникновения тока в металл определяется соотношением:

2,32 I

(10-4)

где

р

- удельное сопротивление материала экрана, ом -мм/м; магнитная проницаемость материала экрана; / - частота тока, Мгц, Из уравнения (10-4) следует, что чем выше частота электромагнитного поля и магнитная проницаемость материала экрана, тем меньше глубина проникновения и тем тоньше может быть стенка экрана. Высокочастотные токи помех в основном протекают по внутренней стороне экранирующей оболочки и лишь небольшая часть тока может протекать по наружной стороне экрана, вызывая в нем падение напряжения и^. Чем меньше это напряжение, тем качественнее экран.

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

И ДРОССЕЛЕЙ

§ 11-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Конструирование силовых трансформаторов, дросселей сглаживающих фильтров, феррорезонапсных трансформаторов и других подобных электротехнических элементов и блоков устройств электропитания осуществляется на основе ранее выбранных электрических схем этих элементов и предварительного электрического расчета. При этом конструктивный расчет трансформаторов и дросселей включает выбор и расчет магнитопроводов и обмоток в соответствии с данными электрического расчета и схем этих элементов.

Силовые трансформаторы устройств электрического питания условно классифицируют по следующим признакам: по мощности: малой (Р^р < еа), средней (Р^р = 100-1000 ва) и большой (Р^-р > ЮОО ва)\ по числу фаз

однофазные и трехфазные; по частоте (50 гц) и повышенной частоты (100-

низкого (до 500 в) и высокого

рабочего тока: тока: промышленной 2400 гц)\ по напряжению: (свыше 500 в); по конструкции магнитопровода: броневые, стержневые и тороидальные; по типу обмоток: секционные, цилиндрические и галетные; по специфическим свойствам: влагостойкие, вибростойкие и т. д.

россели сглаживающих фильтров условно классифицируют по следующим признакам: по мощности, определяемой величиной /?Lдp, примерно в такой же градации, как и трансформаторы, понимая под этим почти одинаковые магии-



частоте пуль-

топроводы трансформаторов и дроссь......;,

с а ц и и сглаживающего тока - низкочастотные и повышенной частоты; по конструктивным особенностям магнитопровода, обмоток, экранированию и т. д.

Классификационные признаки дросселей насыщения, феррорсзонансных трансформаторов и им подобных электромагнитных си-стемзначительноболеесложныеи обширные, чем для силовых трансформаторов и дросселей сглаживающих фильтров.

Как правило, конструктивные расчеты маломощных трансформаторов и дросселей сглаживающих фильтров отличаются заметным упрощением по сравнению с расчетами мощных электромагнитных систем. Часто упрощение расчетов сводится лишь к проверке основных данных по приближенным расчетным формулам. В еще большей мере упрощение касается расчета дросселей насыщения, импульсных и феррорезонансных трансформаторов.

Особенностью почти всех конструктивных расчетов является метод постепенных приближений, а не наперед заданное однозначное решение.

В литературе известны попытки создать методы расчета, не требующие большого приближения и повторных решений. Однако такие методы оказываются резко усложненными и часто ими нельзя пользоваться.

§ 11-2. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основным критерием выбора магнитных материалов для магнитопроводов трансформаторов и дросселей различного назначения являются потери, обычно разделяемые на два вида: гистерезис-н ы е и вихревые (динамические).

Гистерезисные потери, связанные с перемагничиванием магнитного материала, обусловлены наличием коэрцитивной силы магнитного материала и образованием гистерезисной петли характеристики. Эти потери тем больше, чем больше площадь гистерезисной петли. Мощность гистерезисных потерь

где 11 - коэффициент, зависящий от свойств магнитного материала; Вт - максимальная индукция, достигаемая в цикле перемагни-чивания; п ~ 1,6-ь-2,3-показатель степени; Кст-объем магнитного материала; уст ~ удельный вес магнитного материала; /

частота тока (магнитного поля), с которой производится перемаг-ничивание материала магнитопровода.

Динамические потери вызываются, в основном, вихревыми токами, индуктированными в массе магнитного материала. Только небольшую часть динамических потерь составляют потери, обусловленные магнитными последействиями из-за наличия магнитной вязкости материалов.

Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления магнитопровода: чем выше удельное сопротивление магнитного

и



материала магнитопровода, тем меньше потери. Поэтому для уменьшения потерь на вихревые токи в магнитопроводах используются не сплошные магнитные материалы, а тонкие листы ферромагнитных материалов, изолированных друг от друга диэлектриком (бумагой, краской или пленкой плохо проводящего электрический ток материала).

Мощность потерь, обусловленная наличием вихревых токов в ферромагнетике, определяется в виде:

PflfBlycTy.r em, (И-2)

где i - коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления магнитного материала с учетом толщины листа, из которого набран магнитопровод, и качества изоляции между от* дельными листами. Остальные величины здесь обозначены так же, как в (П-1).

Поскольку потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, а потери гистерезисные пропорциональны частоте в первой степени, то при работе магнитопровода в цепях тока высокой частоты учитываются главным образом удельные потери Ру. При более низких частотах (промышленной и повышенной частоты) учитываются суммарные потери, обычно приводимые в справочных таблицах как удельные потери в вт/кг при заданной частоте.

Как видно из расчетных соотношений (П-1) и (11-2), удельные мощности потерь пропорциональны величине fi;. Поэтому выбор

величины магнитной индукции Вщ при заданной частоте тока в обмотках трансформатора практически ограничивается величиной допустимых потерь и условиями охлаждения всей конструкции трансформатора или дросселя. Как правило, при более низких частотах / можно выбрать большую величину 5, чем это было бы возможно при более высоких частотах рабочего тока.

Для изготовления магнитопроводов трансформаторов промышленной и повышенной частоты используются магнитномягкие материалы, обладающие высокой магнитной проницательностью, небольшой коэрцитивной силой, малыми удельными потерями и хорошо механически обрабатывающиеся. К таким материалам относятся электротехнические (трансформаторные) стали, специальные стали с повышенной проницаемостью в слабых и сильных магнитных полях, никелевые и кобальтовые сплавы (пермаллой, пермин-вар, пермендюр и др.). Практически эти же магнитные материалы используются в дросселях сглаживающих фильтров.

Для изготовления магнитопроводов трансформаторов достаточно высокой частоты используются ферриты различных составов (аль-сиферы, оксиферы и др.), обладающие сравнительно малыми поте* рями при высоких частотах. В низкочастотных трансформаторах эти магнитные материалы не применяются из-за низкой допустимой магнитной индукции. Как правило, такие трансформаторы используются лишь в устройствах электрического питания с высокочастотными преобразователями тока.

10 в. Ю. Рогинский



Листовая электротехническая ста...,. х..я,1.- аиляет сплав жеаеза с кремнием. Введением в сплав кремния повышается удельное сопротивление и снижаются потери на вихревые токи. Кроме того, присутствие кремния способствует выделению углерода в стали в виде графита и полному раскислению стали, вызывая при этом увеличение начальной магнитной проницаемости [Iq, снижает потери на гистерезис и уменьшает коэрцитивную силу Н^. При содержанги кремния до 4% сталь обладает хорошими механическими свойствами, становясь хрупкой, если кремния свыше 4,5%.

Трансформаторную сталь с содержанием кремния не более 4%, изготовленную путем горячей прокатки, стандартных марок Э41, Э42 и Э43 предназначают для трансформаторов промышленной частоты. Горячекатаная сталь марки Э44 предназначена для магнггго-проводов повышенной частоты.

Наряду с горячекатаной трансформаторной сталью широкое распространение получила холоднокатаная сталь высокой проницаемости (ХВП), обладающая хорошими магнитными свойствами благодаря наличию магнитной текстуры, которая улучшает магнитопроводящие свойства стали в направлении проката. Применение такой стали оправдывает себя в конструкциях магнитопровода, в которых обеспечивается совпадение направлений магнитного потока и магнитной текстуры вдоль всей длины магнитных силовых линий. Обычно такие условия обеспечиваются в ленточных магнитопроводах.

Холоднокатаные трансформаторные стали выпускаются под марками Э31, Э32, Э35 и Э36 разной толщины (0,05-0,5 мм) в виде лент. Прецизионная холоднокатаная сталь марки ЗСТА обладает еще более высокими магнитными свойствами, даже по сравнению с ХВП.

Сплавы железа с никелем имеют весьма большую проницаемость вслабыхэлектрических полях. Из наиболее распространенных сплавов широко известен пермаллой (78,5% никеля). Начальная магнитная проницаемость учших сортов пермаллоя достигает Ло = 10 000-20 000, в то время как у обычной трансформаторной стали р-о = 500-700. Недостаток пермаллоя - его низкое удельное сопротивление. Путем комбинирования некоторых присадок в пермаллой улучшают его магнитные свойства и повышают удельное сопротивление. На этом основано изготовление высококачественных магнитных сплавов Мо-пермаллой, мегапермаллой, супермал-лой, молибденовый и меднистый пермаллои. Характерным для всех материалов типа пермаллоя является резкое снижение магнитной проницаемости с повышением частоты перемагничивания. Например, если = ООО при /с = 500 гц, то этот же материал обладает \kq = 400 при /с = 500 кгц,

Магнитодиэлектрики, ферриты и сплавы из алюминия, кремния и железа (альсифер), карбонильное железо, магнетиты и другие подобные магнитные материалы практически получили применение для изготовления магнитопроводов с высокой частотой перемагяи-



Lf:.

1 J* -



чпвания. Для силовых трансформаторов и дросса1ей с относрттельно низкой частотой рабочего тока или пульсации такие материалы не пригодны.

Основные свойства магнитных материалов обычно приводятся в справочных таблицах. Более наглядными являются данные в виде семейств характеристик. На рис. 11-1, а приведено семейство характеристик Вщ = ф (Я). Из этих характеристик видно, что: 1) чем выше магнитная индукция В^г, тем большее число ампер-витков намагничивания па каждый сантиметр длины магнитной силовой линии требуется; 2) чем выше частота перемагничивания, тем большее число ампер-витков намагничивания требуется для достижения заданной величины индукции 5 j.


fO 12 qB/cm

1? 1 1в нес

Рис, 1Ы. Семейства характеристик магнитных материалов.

В качестве иллюстрации к сказанному можно привести следующие данные, определенные по характеристикам рис. 11-1, а. Для стали Э44 толщиной 0,2 мм при /с = 400 гц для достижения В„г = = 10 кгс требуется 5 ампер-витков намагничивания на 1 см длины магнитной силовой линии, а при частоте /с = ЮОО гц и той же мак-

симальной индукции Вт =

той же частоте = 400 гц для достижения Вт

намагничивание в 5 ав/см, а при В

10 кгс требуется 8 ав/см; на одной и

10 кгс требуется

т

12 кгс требуется 10 ав/см.

На рис. 11-1, б приведено семейство характеристик, из которых видно, что удельные потери в магнитном материале зависят от максимальной магнитной индукции В^ при разных частотах рабочего тока. На основании этих характеристик могут быть сделаны следующие выводы: 1) чем выше максимальная магнитная индукция В ту тем больше удельные потери в магнитопроводе; 2) при одной и той же магнитной индукции В,п удельные потери в магнитопроводе увеличиваются с частотой рабочего тока в обмотках трансформатора.

Эти выводы очевидны и из соотношений (11-1) и (11-2). Их можно иллюстрировать следующими данными: при частоте fc = 400 гц



8 кгс Рс

4 вт/кВу а при

а удельные потери 8 кгс и частоте

при Вт

Р^ = 16 вт/кг; при постоянном значении В /с = 400 гц Рст = 4 вт/кг, а при = 1000 Рст === 16 вт/кг.

Конкретные величины потерь и ампер-витки намагничивания, как вся характеристика намагничивания того или иного магнитного материала, разумеется, зависит от свойств этого материала, толщины листов и частоты рабочего тока. Поэтому при расчете трансформаторов и других подобных устройств с магнитопроводами должны быть все исчерпывающие характеристики материалов, которые обычно приводятся в справочниках.

§ 11-3. МАГНИТОПРОВОДЫ и ОБМОТКИ

Магнитопроводы силовых трансформаторов и дросселей сглаживающих фильтров подразделяют в зависимости от конфигурации на броневые (Ш-образные), стержневые (О-об-разные) и тороидальные. Схематическое устройство таких


У











ч

п

Рис. 11-2- Магнитопроводы и размещение обмогок на магнитопроводах.

магнитопроводов и расположение обмоток на них показано на рис. 11-2, а - в. Б свою очередь, некоторые из этих магнитопроводов можно еще различать по технологии их производства: штампованные, витые, литые и т. д. Например, тороидальные магнитопроводы могут быть набраны из тонких шайб трансформаторной стали (рис. 11-2, г). Наряду с этим могут быть тороидальные магнитопроводы, витые из ленты, и литые из соответствующего магнитного материала (например, отформованные и отожженные ферритовые магнитопроводы).

Штампованные магнитопроводы набираются в пакет нужной толщины из тонких пластин (0,15-0,50 мм), изолированных друг от друга лаком, бумагой или кремнийорганической пленкой. Иногда применяется в качестве изолирующего вещества смесь фосфатов железа и марганца с лаком. Для удобства сборки



- г

i

I

< J

магнитопровода пластины делаются составными (см. рис. 11-2,3) и собираются в пакет уже после того, как на сердечник магнитопровода надеты обмотки. Весь пакет магнитопровода стягивается шпильками или скобой. Конструкции магнитопровода уделяется особое внимание: с одной стороны, при недостаточном сжатии пластин пакета создается излишний шум (дребезжание), с другой стороны, при сильном стягивании пакета шпильками и плохой их изоляции от пакета возможно короткое замыкание пластин и увеличение потерь в магнитопроводе, вследствие чего повышается его нагревание.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются способами гибки или разрезания. В первом случае пакет тонкой ленты сгибается по нужной форме, скрепляется и его края шлифуются так, чтобы две части магнитопровода полностью соприкасались. Во втором случае на оправку наматывается непрерывная лента до получения нужного сечения магнитопровода, затем последний виток ленты приваривается к пакету; полученный замкнутый магнитопровод разрезается на две части и торцевые края шлифуются с тем, чтобы при сборке магнитопровода с наложенными на него обмотками торцевые поверхности ярма магнитопровода хорошо соприкасались между собой.

Ленточные магнитопроводы по сравнению со штампованными допускают магнитную индукцию на 20-30% выше, потери в них

Г/1 !

меньше, заполненне объема магнитопровода активными материалами выше и к. п. д. трансформатора больше.

Тороидальные магнитопроводы суш,ественно отличаются от штампованных и ленточных тем, что в них все магнитные силовые линии замыкаются через тор и поэтому магнитное рассеяние мало. Прессованные тороидальные магнитопроводы могут быть различных форм сечения (круглые, прямоугольные, эллиптические). Так как технология изготовления обмоток при полностью замкнутом торе сложна, то часто предусматривается разрезание тора с последуюш,им его закреплением после расположения на них отдельно изготовленных обмоток.

Магнитопроводы дросселей сглаживаюш,ихфильтров почти такие же, как и у трансформаторов. Они отличаются тем, что в них предусматривается воздушный зазор на пути прохождения магнитных силовых линий. Практически этот зазор заполняется изоляционной (диэлектрической) прокладкой, чем длина зазора фиксируется. Если испмьзуется штампованный магнитопровод Ш- или П-образной формы, то сборка листов производится встык, чем обеспечивается наличие воздушного зазора. В магнитопроводах такого же типа для трансформаторов сборка листов производится внахлестку с тем, чтобы уменьшить возникаюш,ий зазор.

Зазор в магнитопроводе дросселя сглаживаюш.его фильтра необходим для сохранения величины индуктивности дросселя Lдp почти одинаковой при изменении тока в обмотке от Iq до 2 /д. Практи-



чески встречаются п другие ограничения пределов тока 1, при которых должна сохраняться индуктивность дросселя неизменной.

На диаграмме режима работы магнитопровода дросселя сглаживающего фильтра (рис. 11-3) показаны отдельные циклы перемагничивания, происходящие под воздействием переменной составляющей тока и перемещении рабочей точки по характеристике намагничивания магнитопровода в зависимости от тока /©.

Из рис. 11-3 видно, что величина 2Ф„акс при одном и том же значении меняется в зависимости от местоположения рабочей точки на харагаернстике намагничивания магнитопровода. Если же

вспомнить, что индуктивность


фосселя L

а отношение Фмакс - можно выразить через tg а, то легко показать также, что

10-S гя, (11-3)

где а

Рис. 11-3. Диаграмма режимов работы дросселя сглалсивающего фильтра при

разных токах !,у

- угол наклона оси гистерезисной петли, изменяющийся в зависимости от тока Iq.

Наличие воздушного зазора в магнитопроводе увеличивает общее магнитное сопротивление характеристики, вследствие чего не очень резко меняется с из-

цепи и уменьшает нелинейность величина индуктивности дросселя менением тока подмагничивания Iq. Расчет необходимой величины зазора приводится ниже (§ 11-6).

Магнитопроводы феррорезонансных трансформаторов и дросселей с подмагничиванием имеют свои специфические особенности и коротко рассматриваются при расчете этих устройств.

Электрическая схема обмоток трансформатора или дросселя определяется их навначением. В простейшем случае Б дросселе сглаживающего фильтра имеется одна обмотка, а в силовом трансформаторе - две. Практически же обмотки трансформаторов и дросселей могут быть выполнены по одной из схем рис. 11-4,а. При этом расположение обмоток на отдельных частях магнитопровода может быть различным. Некоторые варианты расположения обмоток показаны на рис. 11-4, б-г.

По своему устройству обмотки трансформаторов и дросселей подразделяются на цилиндрические и дисковые (галетные). Те и другие могут быть выполнены с каркасами или без них (бескаркасные). Витки обмоток могут быть расположены в ряды



1 ... 26 27 28 29 30 31 32
Яндекс.Метрика