Материал: 847

11

Проектирование и расчет МЭ всегда возможны только после выбора его конструктивного исполнения, так как геометрические формы с соотношениями размеров необходимы для определения электромагнитных показателей элемента: мощности, индукции, плотноститока, собственнойемкости, индуктивностирассеянияидр.

Отличительные особенности МЭ ЭУ

Широко применяемые в технике и быту трансформаторы являются частным случаем многочисленных вариантов класса магнитных элементов. Будучи очень простыми по исполнению в принципе — магнитопровод с обмотками, магнитные элементы могут выполнять многие функции в зависимости от схемных вариантов включения их обмоток. Часть этих функций описано в разделе 2.1. Использование МЭ в электронных устройстах обусловило многие их отличительные особенности. Перечислим некоторые из них.

1.МЭ ЭУ имеют много вариантов конструктивного исполнения, наиболее распространенные из которых — броневые, стрежневые, тороидальные, чашечные, кабельные и другие (см. раздел 1.1).

В технических системах и быту используются в основном — броневые конструкции, как наиболее протые и дешевые.

2.МЭ ЭУ имеют в обмотках синусоидальную форму напряжения лишь в частных случаях, когда они являются силовыми трансформаторами. В других случаях это напряжение далеко несинусоидальное (см. раздел 2.6.4), что дает высокочастотные гармоники. Более того, требуются специальные методы расчета электромагнитных процессов в цепях с МЭ.

3.В системах преобразования параметров электроэнергии МЭ ЭУ часто работают на высоких частотах от 1 кГц до 1 мГц. Это требует применение для магнитопроводов ферроматериалов с малыми потерями мощности на перемагничивание: текстурованные электротехнические стали, сплавы типа пермаллой, прессованные из феррита или оксида и др. Высокие частоты влияют также на параметры проводников обмоток МЭ: сечение, тип, многожильность и др.

12

4. Поскольку в устройствах преобразования параметров электроэнергии удельный вес магнитных элементов составлен по объему до 80 %, то требуется их проектировать так, чтобы они имели минимальную стоимость и массу на единицу габаритной мощности. Это обуславливает особые соотношения линейных размеров магнитопровода, называемых оптимальными.

В целом анализ, синтез и оптимизация параметров МЭ ЭУ имеет свои особенности, которые учтены современными научными исследованиями и практикой, а также при изложении разделов данной монографии.

1.2 Геометрические показатели МЭ

К геометрическим параметрам МЭ относятся линейные размеры магнитопровода и связанные с ними сечение магнитопровода Sc (в месте расположения на нем катушек с обмотками), се-

чение окна магнитопровода Sок, средняя длина силовой линии потока Lc , средняя длина витка обмоток катушки Lк, объемы магнитопровода и катушек Vc , Vк, поверхности охлаждения магнитопровода и катушек Пос, Пок .

Указанные геометрические показатели входят в состав формул для расчетов электромагнитных величин МЭ: входной (габаритной) мощности, рабочей индукции, плотности тока, числа витков обмоток, температуры нагрева, коэффициента полезного действия и других.

В отечественной технической литературе и литературе зарубежных стран приняты следующие обозначения (строчными латинскими буквами) линейных размеров магнитопровода (показаны на рис. 1.1):

a — ширина и b — толщина сердечника, на котором расположена катушка с первичной обмоткой;

h, c — высота и ширина окна, соответственно; hк , ск — высота и толщина катушки.

Очень удобно пользоваться при расчетах относительными размерами магнитопровода, когда за базисную величину берется его ширина a. Тогда имеем для конструкций:

Пользуясь принятыми обозначениями линейных размеров магнитопровода, запишем геометрические показатели МЭ на примере броневой конструкции с неполным заполнением окна

(рис. 1.1, а).

Длина силовой линии потока (средняя длина магнитопровода)

Здесь nh = hк h — относительная величина, показывающая,

во сколько раз высота катушки меньше высоты окна (значения в табл. 1.1);

nк — число катушек, для стержневой конструкции nк = 2, для Б, Т, Ч — nк = 1.

14

Таблица 1.1 — Формулы для геометрических показателей МЭ