Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

дительном охлаждении. Отношение минимального тока нагрузки ВПН к максимальному (А) -важный параметр для трансформатора в ВПН обратного действия.

Дополнительным достоинством рассматриваемых плоских конструкций трансформаторов и дросселей является возможность реализации модульного принципа конструирования, заключающегося в том, что модуль одного типоразмера используется для создания трансформаторов и дросселей с разными параметрами путем последовательно-параллельной их стыковки. Они приспособлены для крупносерийного производства и имеют стабильную, хорошо воспроизводимую конструкцию, упорядоченную систему выводов.

Для оценки энергетических возможностей конструкции бъ-1 проведен расчет предпочтительной геометрии модулей, обеспечивающей максимальную выходную мощность при заданных габаритных размерах устройства ;[112].

Для проверки работоспособности трансформатор был изготовлен и подключен в ВПН, выполненный по полумостовой схеме. При входном напряжении 220 В и выходном напряжении 5 В, токе нагрузки 60 А, рабочей частоте 50 кГц КПД трансформатора составил 97%о; при магнитной индукции 0,1 Тл и плотности тока в проводниках около 5 А/мм суммарные потери мощности в трансформаторе составили ~10 Вт, перегрев трансформатора 45°С.

6.3. КОНДЕНСАТОРЫ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ФИЛЬТРЫ Конденсаторы

Для эффективного применения в ВПН конденсаторы должны, с одной стороны, иметь минимальные габариты при заданном рабочем напряжении, а с другой - возможно большие емкость и реактивную мощность, должны работать в широком диапазоне частот. Выполнить эти противоречивые требования можно, если использовать конденсаторы различных типов. Например, электролитические конденсаторы имеют лучшие удельные характеристики, однако ограниченный частотный диапазон. Наиболее пригодными для высокочастотных ВПН принято считать керамические конденсаторы. Поскольку собственная индуктивность их не очень велика, предельная рабочая частота конденсатора зависит от способа его монтажа в аппаратуре.

Однако применять в рассматриваемых ВПН керамические конденсаторы при импульсных изменениях тока нагрузки нельзя. Для отработки переходных процессов в десятки микросекунд- единицы миллисекунд, рассмотренных в гл. 3, необходимы наборы именно электролитических конденсаторов.

Наиболее популярны, учитывая их дешевизну и хорошие объемные показатели, алюминиевые электролитические конденсаторы типа К50. Значительно лучшие характеристики (особенно частот-



ные) имеют конденсаторы типа К52 (танталовые), однако они дороги. Приемлемыми показателями для использования в выходных фильтрах ВПН обладают оксидно-полупроводниковые конденсаторы типа К53. Перечисленные конденсаторы устанавливаются во входных высоковольтных и в выходных низковольтных цепях.

Разработаны и выпускаются промышленностью конденсаторы для использования в помехоподавляющпх фильтрах [115]: проходные, шайбовые, двух- и четырехпроводные, опорные и конденсаторные блоки. Используются проходные керамические конденсаторы типа КТП, шайбовые типа К10-44, двухпроводные типов К73-16, К73-17, К75-10, четырехпроводные типа К73-21, опорные типа К75П-4, конденсаторные блоки типов К75-37, К75-41. Конденсаторы типов К73 - пленочные, типов К75 - с комбинированным диэлектриком. Как правило, в ВПН рассматриваемого класса перечисленные конденсаторы применяются как дополнительные к электролитическим или оксидно-полупроводниковым, увеличивая полосу пропускания такого конденсаторного набора.

Электрический расчет конденсаторов проводится для входных и выходных фильтров. И в том и в другом случае он заключается в определении их параметров при действии периодических пульсаций или выбросов (периодических или единичных) напряжения с различными частотами.

Известно два подхода к исследованию частотных зависимостей конденсаторов. Первый представляет собой определение эффективной емкости конденсатора Сэфф(1), обратно пропорциональной мозулю комплексного сопротивления конденсатора Zk(/). Второй подход заключается в определении емкости конденсатора C(ri) и внутреннего омического сопротивления конденсатора Гк(/).

Значения частот пульсаций напряжения на конденсаторах выходного фильтра имеют следующие составляющие: единицы - десятки мегагерц от осцилляции на фронтах импульсов (при переключениях транзисторов), десятки килогерц от выпрямленных импульсов (с частотой fn), сотни герц -единицы килогерц от выпрямленного напряжения первичной сети, крайне широкий спектр частот от импульсных изменений тока нагрузки. Первые из перечисленных пульсаций уменьшаются высокочастотными малогабаритными керамическими конденсаторами, несильно влияющими на объем фильтра. На прочие пульсации оказывают воздействие электролитические конденсаторы.

Проведены исследования частотных свойств электролитических конденсаторов, например, типа К50-24, а также некоторых других с определением емкости конденсатора C(f) и внутреннего омического сопротивления Гк(1). Индуктивность конденсатора Lk при этом не учктьшалась, так как конденсаторы исследовались на частотах, много меньших их собственных резонансных частот.

Экспериментально получены амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики ряда конденсаторов (рис.



Рис. 6.10. Упрощенная эквивалентная схема электролитического конденсатора


Рис. 6.11. Схема проведения замеров для получения АЧХ и ФЧХ конденсаторов:

/ ~ генератор синусоидальных сигналов; 2 - двухлуче-вой осциллограф

Рис. 6.12. Векторная диаграмма напряжений

6.10, 6.11). Исследуемый диапазон частот 1 ... 100 кГц при окружающей температуре воздуха около 20 °С.

Частотные зависимости C(f) и Гк(1) определялись из АЧХ и ФЧХ по формулам, получаемым из векторной диаграммы (рис. 6.12):

С (f) = Ur/2jtf Uk (f) sin Ф (f) Гд, (6.3)

r„(f) = U,(f)cos9(f)r„/U3r, (6.4)

где Uk({)-амплитуда напряжения на конденсаторе в зависимости от f (АЧХ); ф (ii) - сдвиг по фазе напряжения на конденсаторе относительно напряжения на токозадающем дополнительном сопротивлении Гд в зависимости от f (ФЧХ); Ugr -амплитуда напряжения генератора.

На диаграмме показаны следующие напряжения: Од - на Гд; UK(f)-на конденсаторе, Ua(f) и Up(f)-его активная и реактивная составляющие.

На рис. 6.13 приведены зависимости C(f) и Гк({) для ряда типономиналов конденсаторов. Показаны усредненные кривые, полу-

пот I


S

Рис. 6.13. Зависимости емкости (а) и внутреннего омического (б) конденсаторов различных типов от частоты:

; - К53-1-6В-100 мкФ; 2 - К50-24-25В-ШО мкФ; 3 - К50-24-25В-220 мкФ; мкФ; 5; « - K50-24-63B-220 мкФ

30 fKFu,

сопротивления

К:52-2-6В-80



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53