книги / Проектирование источников электропитания устройств связи

6Ф2.14 К 45

УДК 621.311.6:621.28

Китаев В. Е., Бокуняев А. А.

К45 Проектирование источников электропитания уст­ ройств связи. Учебное пособие. М., «Связь», 1972.

200 с. с илл.

В книге рассматриваются вопросы проектирования основных элемен­ тов электропнтающнх устройств: трансформаторов, дросселей, выпрямите­ лей, фильтров, стабилизаторов напряжения и преобразователей.

Книга предназначена для студентов электротехнических институтов связи, а также может быть полезна инженерно-техническим работникам, занимающимся разработкой источников электропитания.

3-4-1

Валентин Евгеньевич Китаев, Александр Александрович Бокуняе

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛОКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ,

связи

Издательство «Связь», Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2.

Типография издательства «Связь» Комитета по печати при Совете Министров СССР.

Москва-цеитр. ул. Кирова, 40. Зак. тип. 524.

ПРЕЩИСЛОВИЕ

В современных радиотехнических устройствах и ап­ паратуре связи значительное место занимают вторичные источни­ ки электропитания (выпрямители, инверторы, сглаживающие фильтры, стабилизаторы, регуляторы напряжения и тока). Вторич­ ные источники питания обычно занимают от 20 до 80% общего объема радиотехнического устройства или системы связи.^

Под первичными источниками электропитания обычно'понимают преобразователи энергии какого-либо вида (механической, хими­ ческой, тепловой, световой и т. д.) в электрическую. К таким ис­ точникам относятся электромашинные генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы, термоэлементы, солнечные и атомные элементы и т. д.

Вторичными источниками электропитания называют преобразо­ ватели электрической энергии одного вида (род тока, напряжение, частота, число фаз и т. д.) в электрическую энергию другого вида.

Снижение веса и габаритов вторичных источников электропи­ тания в настоящее время является одной из наиболее важных про­ блем при создании современных радиотехнических устройств и си­ стем связи. Широкое внедрение микросхем резко уменьшило вес и габариты радиотехнических устройств и аппаратуры связи, в то время как относительный объем и вес вторичных источников пита­ ния возросли, так как на выходе их требуется получить относи­ тельно большие токи (десятки ампер) при весьма низком напря­ жении. Повышение надежности, а также уменьшение веса, габа­ ритов и стоимости аппаратуры (изделия) в значительной степени зависят от правильного выбора и проектирования вторичных ис­ точников электропитания,

Настоящая книга рассчитана на студентов электротехнических •институтов связи и радиотехнических факультетов. Она также мо­ жет быть полезна инженерам НИИ и ОКБ, работающим в области электропитания. Пособие предназначено для читателя, знакомого с курсом электропитающих устройств, поэтому наибольшее вни­ мание обращено на расчет и проектирование элементов вторич­ ных источников питания.

Материал пособия будет полезен при расчете трансформато­ ров, дросселей фильтров, выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов напряжения и токД, преобразователей. В книге приведены примеры таких расчетов и справочный материал.

Авторы стремились привести все необходимые для расчета све­ дения и систематизировать расчетный материал. Все замечания и пожелания будут приняты с благодарностью, их следует направ­ лять по адресу: Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2, изда­ тельство «Связь».

Сравнивая свойства горячекатаной и холоднокатаной стали, ви­ дим, что холоднокатаная сталь отличается от горячекатаной не только меньшими потерями, но и более высокой магнитной прони­ цаемостью. При этом необходимо отметить, что у холоднокатаной стали в зависимости от направления проката магнитная проницае­ мость различна. По направлению проката (вдоль) для холоднока­ таных сталей она значительна больше магнитной проницаемости

горячекатаной стали. В направлении, перпендикулярном направле­ нию проката, магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. Поэтому мапнитопроводы трансформаторов из холоднока­ таной стали стремятся выполнять так, чтобы магнитный поток за­ мыкался вдоль проката стальных листов или ленты. Конструктив­ но сердечники трансформаторов подразделяются на три основных типа: стержневые, броневые и тороидальные. Соответственно и трансформаторы в зависимости от конструкции сердечника подраз­ деляются на три указанных выше типа.

Сердечники мощных трансформаторов набираются из отдель­ ных прямоугольных пластин трансформаторной стали. Сердечники трансформаторов малых мощностей выполняют наборными из штампо-ванных пластин или ленточными. Пластины трансформа­ торной стали изолируют друг от друга лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи. Сердечник стержневого трансформатора (рис. 1.1а) имеет два стержня с обмотками. На

Рис. 1.1. К'ОИСТрукц-ня трансформаторов:

а и б) пластинчатые стержневой и броневой; в) и г) ленточные стерж­ невой и броневой; д) то­ роидальный

каждом стержне помещается половина витков первичной и поло­ вина витков вторичной обмотки. Половины каждой обмотки сое­ диняются между собой последовательно так, чтобы намагничиваю­ щие силы этих половин обмоток совпадали по направлению. Стержневые сердечники применяются для любых трансформаторов.

Достоинства стержневого трансформатора: большая поверх­ ность охлаждения обмотки; малая индуктивность рассеяния вслед­ ствие половинного числа витков на каждой катушке и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у

броневого трансформатора, так как меньшая толщина намотки снижает среднюю длину витка обмотки; значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним маг­ нитным полям, так как знаки эдс помех, наводимых в обеих катуш­ ках трансформатора, противоположны и взаимно уничтожаются.

В трансформаторе (рис. 1.16) первичная и вторичная обмотки помещаются на среднем стержне сердечника. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (брониру­ ются) ярмом. Броневыми часто выполняются трансформаторы ма­ лой мощности. Броневой трансформатор обладает рядом конструк­ тивных достоинств: наличием только одной катушки с обмоткой, вместо двух на стержневом сердечнике; более высоким коэффи­ циентом заполнения окна сердечника обмоточным проводом; час­ тичной защитой обмотки ярмом сердечника от механических пов­ реждений.

Сердечники маломощных стержневых и броневых трансформа­ торов выполняются соответственно из П- и Ш-образных пластин трансформаторной стали, а также из ленточных сердечников под­ ковообразной формы (рис. l.le, г). Для уменьшения намагничи­ вающего тока пластинчатые сердечники трансформаторов делают с уширенным ярмом. В этом случае сечение ярма делают у стерж­ невого трансформатора больше сечения стержня, а у броневого — больше половины сечения стержня.

Пластинчатые магнитопроводы трансформаторов собирают встык или внахлест. При сборе встык все пластины сердечника составляют вместе, располагая одинаково. Сердечник состоит из двух частей, которые затем скрепляют вместе. При сборке встык просто осуществляется монтаж и демонтаж трансформатора, но в месте стыков необходимо поместить изоляционную прокладку, обладающую большим магнитным сопротивлением. Если изоля­ ционной прокладки нет, пластины ярма могут оказаться замкну­ тыми с пластинами стержня. Замыкание пластин ярма и стержня увеличит вихревые токи и может недопустимо нагреть сталь в месте стыка. Нагрев может быть настолько большим, что осталь­ ные пластины сплавятся и трансформатор выйдет из строя.

Сборка внахлест уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода (пластины могут плотно прилегать друг к другу в мес­ те стыка), но усложняет монтаж и демонтаж трансформатора. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у соседних пластан разрезы были с разных сторон сердечника. После сборки магнитопровода его стягивают болтами или шпильками. Стяжные планки, болты и т. д. изолируют от тела магнитопровода электро­ картоном или бумагой, чтобы предотвратить образование короткозамкнутых .витков вокруг сердечника или его часта.

Стержневые и броневые магнитопроводы из ленточных сердеч­ ников собирают встык. Для минимизации магнитного сопротивле­ ния в местах стыка сердечников их торцевые поверхности шли­ фуют.

Для трансформаторов, работающих на повышенных частотах, применяются тороидальные сердечники (рис. l.ld). Достоинствами таких трансформаторов являются: относительно малое магнитное сопротивление; минимальный внешний поток рассеяния; нечувст­ вительность к.внешним магнитным полям независимо от их направ­ ления (при условии равномерного распределения обмоток транс­ форматора по окружности тороида).

Все перечисленные выше конструкции магнитопроводов приме­ няются в качестве сердечников однофазных трансформаторов.

Трехфазные трансформаторы выполняются, главным образом,

тельно больших мощностях и при больших токах обмотки изготав­ ливают из шин прямоугольного поперечного сечения.

Обмотки и другие токоведущие части трансформаторов изоли­ руются. Изоляция должна обеспечивать надежную эксплуатацию трансформаторов в условиях значительных колебаний температу­ ры. В зависимости от нагревостойкости изоляционные материалы разделяются на семь классов со следующими предельно допусти­

СВ(Н) — 180°С; класс С — более 180°С. Марки некоторых электро­ изоляционных материалов приведены в табл. 1.3.

Конструкция обмоток должна обеспечивать хорошее их охлаж­ дение, чтобы температура нагрева обмоток не превышала преде­ лов, установленных для соответствующих классов изоляции. Изо­ ляция обмоток должна выдерживать длительное воздействие на нее переменного электрического поля, возникающего в трансфор­ маторе при нормальной его работе, и возможные кратковремен­ ные перенапряжения. Обмотки трансформаторов должны выдер­ живать механические воздействия, возникающие в процессе сбор­ ки трансформатора, а также при коротких замыканиях и пере­ грузках.

По способу размещения на магнитопроводе обмотки трансфор-