получаем допустимое эквивалентное синусоидальное напряжение ном. по которому выбирается конденсатор:

15-4-20 Г-

= S (n"K«tg6H0M)]/ -

- . (6-81)

/ном tg Оном

При этом использовано то обстоятельство, что параметр tg б„ связан с частотой практически линейно: tg б„ = л tg бном» где бном - угол потерь при номинальной частоте [24]. Это выражение можно использовать для конкретизации значений 6р/(/ном. приведенных в табл. 6-2, в пределах диапазонов частоты и скважности.

Общие вопросы расчета коммутирующих дросселей и выходных согласующих трансформаторов. Такой трансформатор показан, например, на рис. 4-6. Там же показаны индуктивности и La коммутирующих дросселей. Очень часто для рассматриваемого в книге класса инверторов трансформаторы и дроссели проектируются на стандартных разрезных ленточных сердечниках по ГОСТ 22050-76.

Размеры и основные конструктивные параметры наиболее широко применяемых сердечников приведены в табл. 6-3 (сердечники ШЛ броневого типа) и в табл. 6-4 (сердечники ПЛ стержневого типа). Сердечники ШЛ используются при меньших, ПЛ - при больших мощностях трансформаторов и дросселей.

В таблицах приведены также дополнительные данные, нужные для последующих расчетов. Конструктивные данные табл. 6-3 соответствуют также шихтованным пластинчатым сердечникам Ш. В таблицах обозначено: Vc - объем сердечника; kSc - активное сечение сердечника; Мс - масса сердечника (подсчитана при коэффициенте заполнения сердечника = 0,85); - сечение окна сердечника; - коэффициент его заполнения проводниковым материалом; 4 - длина средней магнитной линии в сердечнике; Iw - средняя длина витка катушки, см.

Для трансформаторов и дросселей всегда важным является их тепловой режим, определяемый обычно превышением температуры катушки т. Величина т определяется по формуле (6-76) с учетом (6-74) и (6-77), но здесь - высота катушки, а эффективная поверхность охлаждения Я и потери р выражаются зависимостями, приведенными в работе [9]. Получаем

Рс + Рк .

oujn

р = Рс+Рк;

/• у + О. -у 1+0,2

6 2pv

(6-82; 6-83)

(6-84)

где Як - поверхность охлаждения катушек согласно работе [9], см; Яс - поверхность охлаждения сердечника, см; Бс - параметр, характеризующий роль сердечника в охлаждении; р = = njriy,; V = pjpv:, Рк ---потери в катушке (в меди), Вт; р - потери в сердечнике (в стали), Вт.

со СЗ

Величины Як, P, ос также даны в табл. 6-3 и 6-4 (значение а взято для перегрева т = 50 °С и умножено на 10).

Потери в сердечнике массой М, в формуле (6-82) определяются зависимостью [9]

(6-85)

Рде в - амплитуда магнитной индукции в сердечнике, Тл; ро - удельные потери в магнитном материале сердечника в исходном состоянии при рабочей частоте / и индукции Во, Вт/кг; kp - коэффициент увеличения потерь в готовом сердечнике вследствие технологических воздействий при его изготовлении (включая разрезку). Параметры ро и kp зависят от вида магнитного материала и существенно растут с увеличением частоты. Поэтому с ростом частоты выбирают более качественный материал (например, железо-никелевые сплавы) и уменьшают его толщину. При высокой частоте иногда применяют ферритовые сердечники.

Рекомендации по выбору толщины ленты (листа) для сердечников приведены в табл. 6-5.

Таблица 6-5

Коэффициент kp для неразрезных, например тороидальных, сердечников близок к 1, а для разрезных с ростом частоты от 50- 500 Гц до 10 кГц меняется следующим образом: для стали 3421-3423 от 1,3 до 1,6; для сплава 50Н от 1,6 до 1,9; для сплавов 80НХС, 79НМ от 2,7 до 3.

При дальнейшем повышении частоты коэффициент kp соответственно возрастает.

Из-за роста потерь индукцию В с увеличением частоты при прочих равных условиях приходится понижать, однако при большой скважности удается сохранять достаточно большие значения В. Во всех случаях величина В не должна превышать некоторого значения Bs.

В Bs. (6-86)

Величина Bs приведена в табл. 6-5. Значения удельных потерь pq при указанных в таблице типовых частотах f = и индукциях Во даны в табл. 6-6; ро = р\ при В = \; = ро,ъ при = 0.5 И т, д.

Таблица 6-6

Ориентировочно пересчет потерь ро к другой частоте f по отношению к типовой /т при той же индукции можно произвести по зависимости

Р/ = Ро№.

где примерно 0 = 1,5.

Пересчет потерь к другой индукции при той же частоте ориентировочно произвести по зависимости

р = Ро{В/ВоУ.

Потери в катушках р определяем обычным образом, при частоте в несколько килогерц и выше приходится уже вать возрастание активного сопротивления обмоток за счет ностного эффекта и эффекта близости. Это возрастание для i-й обмотки на основании работы [22 ] может быть при / > учтено коэффициентом

kri = 0,45 +1,151/7 + «ж (0,551/Г-0,15) X

можно

(6-87)

однако учиты-поверх-каждой 0,4 кГц

(6-88)

где / - частота в килогерцах; - число жил в проводнике; с/ж - диаметр одной жилы; - наружный диаметр всего проводника без изоляции (с = при = 1); - наружный эквивалентный диаметр обмотки; wi - число витков /-й обмотки; - коэффициент по рис. 6-16, зависящий от геометрии катушки.

На рис. 6-16 К - высота катушки (обмотки); а - толщина t-й обмотки.

Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника определяется по формуле

1 + бсЦ с

рде - зазор в сердечнике, мм; р - относительная магнитная проницаемость сердечника без зазора-. Расчет коммутирующих дросселей.

1. Из ряда задаваемых параметров определяющими для расчета дросселя являются собственная частота колебательного контура инвертора /о. необходимая индуктивность дросселя L, его минимально допустимая добротность Q„p, перегрев т.

2. Действующий ток в обмотке

/др=1/"/?+/1.

0,6 0,8 bjB,

Рис. 6-16. Зависимости для коэффициента kr

др-г м., (6-90)

где /i, /2 - действующие значения двусторонних импульсов тока через дроссель.

3. Энергоемкость в джоулях

Wp = Lll,. (6-91)

4. Добротность Рдр рассчитывается по формуле

Q,p=UIJp, (6-92)

где и - действующее напряжение на дросселе; р - по выражению (6-83).

5. Конструктивный тип дросселя определяется выбором воздушной катушки или катушки с сердечником и во втором случае - выбором материала сердечника. При наиболее широко используемых значениях Wj и других параметров меньшими габаритами обладают конструкции с сердечником. В порядке предпочтительности следует применять следующие материалы сердечника: ферриты, магнитодиэлектрики, сплавы 80НХС, 79НМ, сплавы 50Н, 47НК, стали 3421-3423, воздух. Однако в той же последовательности уменьшаются максимально реализуемые удельные энергоемкости Адр/Кдр, где Удр - конструктивный объем дросселя, см*. Поэтому при больших требуемых значениях WpfV применение ферритов и магнитодиэлектриков невозможно.

Исследования показали, что при разных конструкциях возможны следующие предельные значения параметра др/Удр:

Ферриты.................. 0,25

Магнитодиэлектрики............ 0,5

Сплавы:

80НХС, 79НМ ............. 0,7