4.4.4. Мощный высокочастотный высокопотенциальный

трансформатор

Для электропитания радиопередающих устройств требуются высокопотенциальные источники электропитания с выходной мощностью от единиц до десятков киловатт.

Если в составе источника использован сетевой трансформатор, то его рабочая частота не превышает 400 Гц, что определяет его завышенные объем и массу. Для снижения объема и массы высокопотенциальные источники выполняются на базе инверторов, работающих с частотой порядка 40 кГц.

В качестве примера рассмотрим особенности проектирования трансформатора мощностью 10 кВ А и рабочим потенциалом 24 кВ, входящего в состав модуля источника электропитания и устанавливаемого на выходе инвертора. Повышение мощности источника достигается последовательным или параллельным соединением модулей.

Сравнительный анализ различных магнитомягких материалов показывает, что при частоте преобразования 40 кГц эффективно могут быть использованы ферриты и аморфные сплавы. Магнито-проводы из аморфных сплавов, ввиду особенностей технологии их изготовления, в настоящее время используются в виде колец для трансформаторов сравнительно небольшой мощности. Поэтому для проектируемого трансформатора целесообразно использовать ферри-товый магнитопровод, удельные мощности полных потерь в котором определяются выражением (см. раздел 5.6 главы 5):

Руд = Ро В1

Константы Ро, V, для каждого конкретного материала приведены в табл. 5.20 главы 5.

Рассчитанные значения удельной мощности полных потерь для различных марок ферритов приведены в табл. 4.11.

Таблице 4.11. Значения потерь для различных ферритов

Из таблицы видно, что при выбранных значениях индукции (0,12...0,15) Тл предпочтительны материалы 2000НМ1-17, 1500НМЗ или 2000НМЗ. Конструкция магнитопровода должна удовлетворять ряду требований, а именно: иметь большую поверхность охлаждения трансформатора, малую индуктивность рассеивания, незначительное проявление поверхностного эффекта в проводах обмоток, высокую технологичность выполнения обмоток и высоковольтной изоляции. Этим требованиям в достаточной мере может удовлетворить П-образный магнитопровод при размеш;ении обмоток на двух стержнях.

Выбор типоразмера магнитопровода проводится с учетом зависимости:

ScSo -

2 кф f j кс ко В

где Sc - плош;адь сечения магнитопровода, см ;

So - плош;адь окна, см;

Рг - габаритная мощность трансформатора, В А;

кф - коэффициент формы преобразуемого напряжения;

f - рабочая частота, Гц;

j - плотность тока в обмотках, А/мм;

кс - коэффициент заполнения магнитопровода активным

материалом;

ко - коэффициент заполнения окна медью;

В - рабочая индукция, Тл.

в данном случае В = 0,15 Тл; j = 2,5 А/мм ; кф = 1; кс = 1; ко = = 0,1. Поскольку выходная мощность Рг рассматриваемого трансформатора отличается незначительно от его габаритной мощности Рг (Р2 = Рг), то получаем

ScSo = 334 см

Сравнивая это значение с аналогичным показателем известных магнитопроводов [41, 42], можно заключить: для реализации рассматриваемого трансформатора необходим новый магнитопровод, так как максимальное значение ScSo разработанных ранее П-об-разных магнитопроводов не превышает 78 см*. Пусть соотношение между площадью окна и сечением нового магнитопровода будет таким же, как у максимального по размерам магнитопровода ПК 48x20. Тогда Sc = 58 см

При выборе соотношения между линейными размерами окна необходимо руководствоваться компромиссными соображениями. С одной стороны, чем ближе это соотношение к единице, тем меньше масса магнитопровода и, следовательно, меньше потери мощности в нем. С другой стороны, необходимо стремиться к увеличению отношения высоты h окна к его ширине с для снижения индуктивности рассеивания и уменьшения потерь в обмотках. Учитывая изложенное, приходим к значениям h = 80 мм, с = 72 мм. Тогда площадь окна

So = h-c = 57,6 см;

площадь сечения магнитопровода

Sc = 334 / 57,6 = 5,8 см1

Для уменьшения размеров и повышения технологичности изготовления катушек целесообразно выбрать магнитопровод типа ПК. В этом случае диаметр D стержня

D = л/48с/п = 2,76 см.

С учетом отверстия для крепления магнитопровода принимается D = 2,8 см. Таким образом, получен магнитопровод ПК 72x28 с окном (7,2x8,0) см и сечением стержня Sc = 6 см. Объем магнитопровода

Ус = Sc 1с = 250 см, где 1с -- средняя длина магнитной силовой линии. Масса магнитопровода

Gc = Усрс = 1125 г,

где рс = 4,5 г/см - плотность феррита.

Перед определением мощности потерь в магнитопроводе уточним удельную мощность потерь в материале. Приведенные в табл. 4.11 значения удельной мощности получены экстраполяцией данных [43]. В работе [44] для определения Руд феррита 2000НМ1-17 предложена формула

Руд = Pi f BP, где Pi = 63 Вт/кг; а = 1,2; р = 2,85.