книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

* С теплоотводом.

службы полупроводниковых приборов и могут возникать внезап­ ные отказы.

Особое внимание следует обращать на тепловой режим, так как параметры полупроводниковых приборов существенно зависят

s) 011Л

•Цветная точка *

Рис. 8.7. Типы транзисторов: а — ШО—П42; б — П414; в — П201

К — коллектор; Б — база; Э — эмиттер

200

от температуры окружающей среды. Нельзя размещать полупро­ водниковые приборы ни около нагревающихся элементов схемы, ни над ними, ни в неоднородных потоках, которые могут вызвать большой перепад температуры в разных точках корпуса прибора.

Если полупроводниковые приборы включают в схему посред­ ством пайки, то необходимы теплоотводы. Место пайки должно быть удалено не меньше чем на 10 мм от корпуса, продолжитель­ ность пайки не должна превышать 2—3 с.

Крепление триодов и диодов к теплоотводам должно обеспе­ чивать надежный тепловой контакт. Недопустимы перекосы, за­ усеницы и грязь.

§ 8.4. Элементы из ферромагнитных материалов

Параметры ферромагнитных материалов. Основные характе­ ристики ферромагнитных материалов определяются по кривым зависимости магнитной индукции В в материале от напряженности

магнитного поля Я . На рис. 8.8 приведена схема включения и по­ казаны кривые намагничивания сердечников. Участок 1 опреде­ ляет кривую начального намагничивания; участки 2 и 3 — кри­ вые перемагничивания, когда происходит смена направления тока

201

в обмотке. Знаки ± условно характеризуют различные направле­ ния магнитного поля, соответствующие разным направлениям тока в обмотке.

Магнитные материалы характеризуются значительным числом параметров, однако на электрические характеристики изделий, изготовляемых из этих материалов, наибольшее влияние оказы­ вают магнитная проницаемость, индукция насыщения и потери в сердечнике.

жений.

П о т е р и в магнитопроводе определяются величиной удель­ ных потерь в стали Рс у д , которые выражаются в ваттах на кило­ грамм (Вт/кг) и указываются для определенных значений индук­ ции В и частоты f, с увеличением которых потери увеличиваются. Значения перечисленных параметров для отдельных марок электро­ технических сталей приведены в табл. 8.5.

Ферромагнитные материалы с ППГ. Особый интерес пред­ ставляют ферромагнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), применяемые в переключающих устройствах. Кривая намагничивания таких материалов (рис. 8.8, в) имеет участки (б'—б"), где индукция меняется очень резко, и участки (а'—а"), где индукция практически не меняется. Материалы с ППГ обладают ярко выраженным свойством неограниченно долго находиться в одном из двух различных магнитных состо-

202

яний без потребления энергии. На петле гистерезиса (рис. 8.8, в)

параметров, которыми чаще всего служат характерные точки петли гистерезиса. Особенностью процесса перемагничивания является запаздывание изменения индукции в зависимости от изменения напряженности поля. Поэтому, когда поле становится равным нулю, намагниченность остается. Значение индукции, получаемое при уменьшении напряженности поля до нуля, называется о с т а ­ т о ч н о й и н д у к ц и е й Вг. Значение размагничивающего поля, при котором индукция в материале становится равной нулю,

превышение которой означает резкий рост необратимых процессов

+ Вт. Это время характеризует инерционность материала сердеч­ ника и зависит от изменения напряженности поля. При больших значениях импульсных полей, в несколько раз превышающих Нс,

где Sw — коэффициент переключения, для большинства ферритовых материалов равный 32—80 А-мкс/м. Так, сердечник ВТ-1 с 5ц, = 32 А-мкс/м в поле Н = 240 А/м полностью перемагничивается за время

§ 8.5. Трансформаторы

Виды трансформаторов. Трансформаторы, применяемые в АПС, разделяются на силовые, низкочастотные и импульсные. Послед­ ние, используемые для трансформации импульсов малой длитель­ ности, образуют особую группу. Что касается силовых и низко­ частотных трансформаторов, то они, несмотря на различие функ­ ций, во многим сходны друг с другом. Во всяком случае в них протекают одни и те же физические процессы. Поэтому трансфера

204

маторы различного схемного назначения однотипны по своей конструкции: любой из них состоит из сердечника, изготовленного из магнитного материала, и размещенной на этом сердечнике катушки с обмотками. Часто для изготовления различных по на­ значению трансформаторов используют совершенно одинаковые материалы.

Все это позволяет применять для расчета и конструирования трансформаторов, используемых в АПС, одни и те же методы.

1)

©

W

Рис. 8.10. Типы магнитопроводов: а—броневые; б — стержневые; в — то­ роидальные

Вверху—штампованные; внизу— ленточные

Ниже рассмотрены лишь основы расчета маломощных силовых трансформаторов. Подробные расчеты низкочастотных и импульс­ ных трансформаторов можно найти в литературе.

Исходными данными для расчета силового трансформатора являются: а) напряжение и частота питающей сети; б) напряжение и токи вторичных обмоток; в) требования к габаритам, массе и стоимости; г) условия эксплуатации.

Цель расчета трансформатора — определить марку материала сердечника и его размеры, марку провода намотки, его диаметр и число витков, конструкцию каркаса и намотки и параметры элементов конструкции.

Магнитопроводы. В трансформаторах широко используют магнитолроводы двух видов: броневые и стержневые и значительно реже магнитопроводы третьего вида — тороидальные (рис. 8.10). При использовании б р о н е в ы х магнитопроводов все обмотки трансформатора размещают на одной катушке, которую надевают на средний стержень. При использовании с т е р ж н е в ы х магнитопроводов на двух стержнях располагают две катушки. Маломощные силовые и низкочастотные трансформаторы осна-

205

щают броневыми сердечниками, так как наличие в них только одной катушки упрощает конструкцию и позволяет довести до максимума коэффициент заполнения окна магнитопровода медью. Стержневую конструкцию используют обычно для трансформа­ торов большой и средней емкости, так как наличие двух катушек увеличивает площадь теплоотдачи и улучшает тепловой режим обмоток. К достоинствам стержневой конструкции относится и ма­ лая величина внешнего поля, так как поля двух катушек, направ­ ленные навстречу друг другу, вычитаются.

Еще меньшее поле получается при использовании в трансфор­ маторах т о р о и д а л ь н ы х сердечников, но их применяют редко из-за низкой производительности труда при намотке про­ вода.

В конструктивном отношении броневые и стержневые магнитопроводы делятся на два вида: а) собранные из отдельных ш т а м ­

то торцы сердечников после установки в катушку склеивают па­ стой, содержащей ферромагнитный материал. Если зазор нужно сохранить, то на стыке двух сердечников устанавливают изоля­ ционные прокладки. Сборка трансформатора с ленточными сердеч­ никами значительно менее трудоемка, чем сборка трансформаторов из штампованных пластин, особенно малой толщины. Поэтому в силовых трансформаторах ленточные сердечники получили наи­ большее распространение.

Для расчета трансформаторов важны следующие параметры сердечников: площадь поперечного сечения 5С , средняя длина магнитной силовой линии /с , масса Gc , площадь окна SQ и средняя

где kc — коэффициент заполнения, учитывающий, что часть пло­ щади поперечного сечения магнитопровода занята окислами металла и другими немагнитными материалами. Величина kc зависит от толщины материала, из которого изготовлен магнитопровод, и способа изготовления. Для ленточных магнитопрово-

206

Площадь окна

ch. (8.12)

Средняя длина витка катушки (при полном заполнении окна намоткой).

малая толщина, большое пробивное напряжение, хорошая меха­

Обмоточные провода изготовляют диаметром от 0,03 мм.Однако применения проводов диаметръм менее 0,06-—0,08 мм следует из­ бегать, так как они имеют малую механическую прочность и могут рваться во время эксплуатации трансформаторов (при измене­ ниях температуры и других воздействиях). Если применяют щечки с отверстиями или гильзы, то при диаметре провода менее 0,2 мм выводы делают отдельным гибким изолированным проводом, ко­ торый припаивают к проводу намотки; место припайки тщательно изолируют. При большем диаметре провода специальных выводов не делают, а на провод надевают изоляционные трубки. Если на щечках каркаса отверстий нет, а установлены контакты, то провод намотки припаивают или приваривают непосредственно к ним.

Важной характеристикой намотки является коэффициент за­

207

Укладка провода на катушку может производиться двумя способами: беспорядочно (внавал) и правильными рядами, виток к витку (рядовая намотка). В последнем случае между рядами намотки укладывают изоляционные прокладки, несколько слоев конденсаторной бумаги толщиной от 0,01 до 0,07 мм или кабельной бумаги.

Намотка внавал дает лучший коэффициент заполнения, однако применяется редко, так как хаотическое расположение витков соз­ дает большие напряжения между соседними витками, что угро­ жает пробоем изоляции и коротким замыканием.

Снаружи намотку также обертывают несколькими слоями ка­ бельной бумаги. Толщину междуобмоточной или наружной изо­ ляции определяют, исходя из того, что испытательное напряжение между обмотками, а также между обмоткой и сердечником должно составлять

где (Ур а б — рабочее напряжение в схеме между указанными эле­ ментами конструкции; пробивное напряжение изоляции должно быть в 1,5—-2 раза больше испытательного напряжения.

Расчет размеров катушки и проверка возможности ее разме­ щения на магнитопроводе. Если известны размеры магнитопровода, размеры каркаса, диаметр проводов в изоляции и число вит­ ков обмоток, то можно выполнить расчет размещения обмоток. Приведем последовательность этого расчета.

1. Определяют длину намотки hH, которая для каркаса со щечками равна расстоянию между щечками.

2. Определяют число витков в слое для каждой обмотки

где w — число витков рассчитываемой обмотки. Полученное зна­ чение пс округляют до ближайшего большего целого числа.

4. Определяют радиальную толщину каждой обмотки

208

тушки при намотке. Значение а 0 , рассчитанное по формуле (8.18), должно быть меньше ширины окна с выбранного магнитопровода.

Сопротивление провода обмотки может быть найдено по фор­ муле

(8-19)

где р — удельное сопротивление провода (для меди р = = 0,0175 Ом-мм2 /м; / — длина провода обмотки, м; d — диаметр провода, мм.

где w — число витков обмотки; /а , — средняя длина витка, мм. Чтобы определить длину провода, необходимо знать среднюю длину витка каждой обмотки. Однако с достаточной для практики точностью можно подставить в формулу среднюю длину витка

всех обмоток lw.

Рассчитанное таким образом по формуле (8.19) сопротивление будет для нижних обмоток на 10—15% больше, а для наружных — на 10—15% меньше истинного значения.

§ 8.6. Расчет силового трансформатора

Задача расчета — определить такие минимальные размеры трансформатора, при которых нагрев обмоток не превосходил бы' определенных допустимых значений. Максимально допустимая температура нагрева обмоток определяется свойствами исполь­ зуемых изоляционных материалов. Чтобы размеры трансформа­ тора были минимальными, надо уменьшить рассеиваемую в нем мощность и применить изоляционные материалы, пригодные'к ис­ пользованию при высоких температурах.

Выбор индукции в сердечнике. Величину индукции в сердеч­ нике можно определить по выражению