Практическое занятие 8. Определение промежуточной (критической) частоты и размеры и потери в сердечнике

Определение промежуточной (критической) частоты и размеры и потери в сердечнике трансформатора.

Цель работы:Научить навыкам расчета и выбора частоты и размеры и потери в сердечнике трансформатора.

Задание:Рассчитать промежуточную частоту и определить параметры однофазного трансформатора по заданной частоте, а также потери энергии.

При заданном номинальном напряжении первичной обмотки и вторичной обмотки , мощности на выходе, КПД и коэффициента мощности определить:

1) коэффициент трансформации трансформатора ;

2) мощность на входе ;

3) токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;

4) Полная мощность на входе трансформатора равняется ;

5) коэффициент мощности на входе трансформатора .

Инвертор, теоретически может выдавать любую частоту, однако есть кри­тическая частота, при которой потери от вихревых токов в сердечнике мини­мальны. Эта частота зависит от мощности трансформатора, температуры пере­грева и коэффициента потери на единицу объема, которая постоянная для кон­кретного сердечника.

Промежуточную (критическую) частоту сердечника определяют следующим образом, в герцах:

, (12)

где = – мощность, которая дано в задании, = С – температура пере­грева, А=360 представляет собой коэффициент потери на единицу объема эта величина постоянная для всех размеров магнитопровода (сердечника) транс­форматора, выполненного из феррита.

Если > 20 000 Гц, то берут = 20 000 Гц, так как при > 20 000 Гц по­тери в сердечнике трансформатора возрастают и нет смысла увеличивать промежуточную (критическую) частоту.

В качестве сердечника трансформатора выбирают ферриты кольцевого типа. Данные кольцевого магнитопровода из ферритов представлен в таблице 10. Объем магнитопровода определяют из выражения:

, см . (13)

После вычисления объема магнитопровода из таблице 10 выбирают сер­дечник и определяют его размеры наружный и внутренний диаметры и вы­сота . Площадь поперечного сечения кольцевого магнитопровода определяют следующим выражением, в см²:

. (14)

Определим число первичных витков трансформа­тора:

, (15)

где значение индукции = 0,2 10⁴ Тл (задаются этим значением).

С выхода инвертора переменное напряжение высокой частоты f_пр пода­ется на первичную обмотку трансформатора, который повышает или занижает это напря­жение до заданного значения, поэтому следует определить коэффициент трансформации трансформатора.

(16)

где - действующее напряжение на входе трансформатора, - дейст­вующее напряжение на выходе трансформатора, W₁ и W₂ – количество витков первичной и вторичной обмотки трансформатора.

Таблица 10

Данные кольцевого магнитопровода из ферритов

Через коэффициент трансформации можно определить число вторичных вит­ков трансформа­тора:

. (17)

Потери в магнитороводе

, Вт. (18)

В общем случае трансформатор рассчитывают на полную мощность, кото­рая определяется

(19)

определяем зависимость средней мощности в нагрузке, то есть мощность в сопротивле­нии R, сохранив допущение о близости формы тока к синусоидаль­ной. В этом случае необхо­дима учесть только первую гармонику напряжения

(20)

Транзисторно – тиристорный инвертор работает следующим образом.

Постоянное напряжение ин­вертором И преобразуется в переменное напряже­ние высокой промежуточной частоты f_п, и это напряжение трансформатором увеличивается до требуемого значения (Фиг.1). Далее в момент вре­мени t₁ (Фиг. 2) открывается одна из двух тиристорных мостовых выпрямителей (В₁) и в нагрузку попадает выпрямленное напряжение высокой промежуточной частоты до требуемого полупериода заданной на выходе частоты инвертор, т.е. до вре­мени t₂ и в этот вре­мени t₂ тиристорный выпрямитель (В₁) закрывается. Так формируется положительная полуволна выходного напряжения. Для фор­мирования отрицательной полуволны выходного напряжения в момент вре­мени t₃ (Фиг. 2) открывается второй тиристорный мостовой выпрямитель (В₂) и в нагрузку попадает выпрямленное напряжение высокой промежуточной частоты до вре­мени t₄ и в этот вре­мени t₄ тиристорный выпрямитель (В₂) за­крывается.

Напряжение на выходе транзисторно – тиристорного инвертора имеет ступенчатую форму, состоящие из выпрямленных напряжений высокой час­тоты и частота напряжения на нагрузке будет равна

, (1)

где f_п – промежуточная частота на выходе инвертора, n – число выпрямлен­ных периодов напряжении промежуточной частоты.

Как видно из графика выходного напряжения (Фиг. 2) и из последнего вы­ражения (1) на нагрузке происходить формирование ступенчатого напря­жения необходимой частоты на выходе транзисторно – тиристорного инвертора, при­чем форма кривой напряжения имеет широтно – импульсную модуляцию.

Например, при промежуточной частоте на выходе инвертораf_п=20 000 Гц ипри числе выпрямленных периодов n= 400 частота напряжения на нагрузке будет равна

Гц,

Известно, что при высокой частоте напряжения массогабаритные размеры трансформатора снижаются, поэтому инвертор, питающий трансформатор ра­ботает при высокой промежуточной частоте. Так же известно, что в инверторе основным составляющим параметром массогабаритных показателей является трансформатор, и снижение этих показателей трансформатора приводит к сни­жению массогабаритных размеров всего инвертора.

Гармонический анализ многоступенчатого выходного напряжения, пока­зал, что для устранения высших гармоник составляющих с номерами от 3-го до p-го необходимо иметь всего «ступенек» в кривой аппроксимирую­щей синусоиду напряжения. При этом амплитуда произвольно набранной m-ой «ступеньки» М_m и ее фазовый угол Q_m, отсчитанный от мо­мента прохождения переменного напряжения через нулевое значение, должны быть выбраны из условий:

где А₁ – амплитуда основной (первой) гармоники выходного напряжения ин­вертора; m – порядковый номер «ступеньки» (m = 1,2,3,…,n).

Надо построить от трех до пяти ступеней выходного напряжения согласно значениям заданного напряжения и определить амплитуду каждой ступеньки напряжения М_m и ее фазовый угол Q_m. При тиристорном управлении ступени напряжения достигается управлением угла открывания тиристоров, которая для схемы рисунка 1.1 определяется следующим образом:

,

откуда угла открывания тиристоров m - «ступеньки».

.

Например, если определена амплитуда первой ступени напряжения М₁ и ее фазовый угол Q_1, то угол открывания тиристоров для первой (m =1) «ступеньки» будет равен

.

Для схем рисунка 1.2 и 1.3 угол открывания тиристоров определяется из ус­ловия:

,

откуда угла открывания тиристоров m - «ступеньки».

.

Например, если определена амплитуда первой ступени напряжения М₁ и ее фазовый угол Q_1,

то угол открывания тиристоров для первой (m =1) «ступеньки» будет равен

.

Для получения нужной мощности солнечные элементы соединяются по­следовательно, параллельно, смешанно и образуют модуль, а модули объеди­няются в батареи (рисунки 1.4,1.5) . В таблице 2 приведены характеристики солнечных модулей. В зависимости от при­менений солнечные модули могут иметь разные конструктивные решения и разные выходные мощности.

В настоящее время выпускаются различные солнечные модули:

1) солнечные модули в алюминиевом каркасе;

2) бескаркасные солнечные модули;

3) солнечные модули на металле.

Поиск по сайту: