на вот читай
это не писари из кащенки
список литературы глянь
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее трудных вопросов, возникающих в процессе конструирования ИИП, является вопрос расчета трансформаторов и катушек индуктивности, в том числе и дросселей. Как известно, дроссель - это катушка индуктивности, но выполненная таким образом, что может выдерживать большие токи и имеющая незначительные потери в рабочем режиме. Чаще всего дросселями называют катушки индуктивности, работающие при большом уровне постоянного тока, протекающего через обмотку. Трансформатор тоже является разновидностью катушки индуктивности. Для краткости далее везде катушки индуктивности будем обозначать КИ.
Изложенный ниже материал дает возможность не только создавать КИ самостоятельно. Автор также надеется, что читатели будут использовать эту информацию для проверки и изменения КИ при повторении и ремонте радиолюбительских или промышленных конструкций. Ведь иногда препятствием для этого являются трудности в приобретении ферритовых сердечников указанного типа или намоточного провода определенного диаметра.
Следует оговориться, что приводимые ниже формулы и таблицы могут применяться при расчете любых КИ, а не только при расчете дросселей и трансформаторов для ИИП. Точность расчета параметров КИ на основе изложенной ниже методики составляет 25-35%, что в большинстве случаев достаточно для практических целей. Встречаемые же иногда в литературных источниках претензии на более высокую точность расчета вызывают недоверие автора, поскольку справочные данные изготовителей сердечников сами по себе имеют точность порядка 25%, и только некоторые ферриты для сигнальных цепей определены более точно.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основными электрическими характеристиками КИ являются индуктивность, омическое сопротивление обмотки, максимальный рабочий ток и величина потерь в сердечнике. Кроме того, небезынтересными характеристиками являются габаритные размеры и вес, а также цена и трудоемкость изготовления.
Требования к КИ варьируются в зависимости от конкретного места применения. Например, для многих понижающих преобразователей и для большинства помехоподавляющих фильтров индуктивность дросселя может быть выбрана большей, чем требуется по расчету. При этом качество работы преобразователя или фильтра не ухудшается, напротив, становится лучше. В то же время дроссели для инвертирующих преобразователей и для повышающих преобразователей должны иметь определенную, довольно строго заданную расчетом, величину индуктивности. В таких случаях существенное отклонение индуктивности примененной КИ от требуемой - как ее уменьшение, так и увеличение - приводит к нежелательным режимам работы ИИП, излишним потерям и перегрузкам полупроводниковых приборов.
Аналогичная картина наблюдается и для трансформаторов. В некоторых применениях, таких как двухтактные преобразователи и однотактные преобразователи с передачей энергии "на прямом ходе ключа", индуктивность первичной обмотки трансформатора не является критичной и всегда может быть увеличена или, при соблюдении некоторых условий, даже уменьшена. В то же время однотактные преобразователи "на обратном ходе ключа", которые по своей сути являются инвертирующими преобразователями, весьма чувствительны к величине индуктивности трансформатора. В этом случае трансформатор фактически является видоизмененным дросселем.
Что касается максимального рабочего тока и сопротивления обмоток, то здесь предела хорошему нет, практически любой дроссель или трансформатор можно успешно заменить другим, с большим максимально допустимым током и с меньшим сопротивлением обмоток.
ИНДУКТИВНОСТЬ
Индуктивность КИ рассчитывается по формуле:
(1) L = AL * N2[мкГн] гдеAL - справочный параметр сердечника, [мкГн]
N - количество витков в обмотке Для кольцевого сердечника с замкнутым магнитным сердечником без зазора параметр AL легко вычислить самостоятельно по формуле
(2) AL = µ0 * µi * se / le [мкГн] где µ0 - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, физическая константа, имеющая значение 1.257*10-3 [мкГн/мм]
µi - начальная магнитная проницаемость материала сердечника
se - эффективная площадь сечения магнитопровода, [мм2]
le - эффективная длина сердечника, [мм] Справочные данные ряда сердечников без зазора приведены в таблицах:
- Таблица 1. Некоторые кольцевые ферритовые сердечники фирмы Philips
- Таблица 2. Сердечники RM и P (броневые)
- Таблица 3. Сердечники из двух Ш-образных половин
- Таблица 4. Сердечники из двух Ш-образных половин с круглым средним стержнем
Там же указаны эффективные геометрические параметры сердечников le и se, а также относительная магнитная проницаемость феррита. При использовании материала с другим значением магнитной проницаемости значение параметра AL следует пересчитать:
(3) AL = AL[табл] * µi / µi[табл] гдеAL[табл] - табличное значение коэффициента индуктивности сердечника
µi[табл] - магнитная проницаемость феррита, указанная в таблице
µi - магнитная проницаемость используемого материала Известно, что обозначение марки отечественных ферритов включает в себя указание на их начальную магнитную проницаемость. Например, феррит 1000HМ имеет магнитную проницаемость µi = 1000, и так далее. Типичный диапазон проницаемости для ферритов лежит в пределах 100...10000. Практически все разъемные сердечники для силовой электроники выполняются из ферритов с высокой магнитной проницаемостью, 1500 и более. Следует иметь в ввиду, что чем выше магнитная проницаемость феррита, тем выше потери в сердечнике на высоких частотах. Разъемные сердечники из материала с низкой проницаемостью предназначены для сигнальных цепей, их не рекомендуется использовать в силовых цепях ИИП.
Технические данные некоторых зарубежных ферритов приведены в
таблице 5.. Из-за недостатка места относительно подробный перечень приведен только для ферритов фирмы Philips, для других фирм автор ограничился популярными силовыми ферритами для разъемных сердечников ИИП.
Наиболее часто для разъемных сердечников ИИП употребляются марганец-цинковые ферриты следующих марок:
- 3C85, 3C90, 3F3 фирмы Philips;
- N27, N41, N47, N67 фирмы Siemens;
- PC30, PC40 фирмы TDK;
- B50, B51, B52 фирмы Thomson-LCC;
- F44, F5, F5A фирмы Neosid, и т.д.
Никель-цинковые ферриты предпочтительны для использования на высоких частотах, 2 [МГц] и более. Как видно из приводимой таблицы, ферриты разных изготовителей имеют схожие параметры и образуют взаимозаменяемые семейства. В том числе их можно заменить и отечественными ферритами марок 1500ММ, 2000ММ, 2500ММ
Кольца фирм Philips и Siemens имеют пластиковую оболочку, цвет которой указывает на марку феррита или порошкового железа. На разъемных сердечниках марка материала как правило указана в текстовом виде. К сожалению, не все магнитные сердечники имеют надлежащую маркировку. Приблизительно оценить магнитные свойства феррита можно следующим образом: как правило ферриты с более высокой проницаемостью темные, почти черные, они имеют зернистую структуру на сколах и разломах, тогда как ферриты с относительно низкой проницаемостью имеют серый цвет и более однородную структуру.
Значение AL для сердечников с зазором тоже можно получить на основе табличных данных. При увеличении зазора эффект получается такой же, как если бы магнитная проницаемость материала сердечника уменьшалась. Даже сравнительно небольшие зазоры уменьшают проницаемость сердечника в десятки и сотни раз. Получающаяся при этом эффективная магнитная проницаемость µe зависит в основном от геометрических размеров и почти не зависит от магнитной проницаемости материала:
(4) µe = le / g гдеle - эффективная длина средней магнитной линии сердечника, [мм]
g - суммарная толщина зазора, [мм] Формула
(4) справедлива при выполнении следующих условий: µe много меньше проницаемости материала сердечника µi, а зазор g много меньше размеров поперечного сечения сердечника.
Обратите внимание, что для разъемных сердечников в таблицах 2-4, помимо значения магнитной проницаемости феррита µi, приведено и значение эффективной магнитной проницаемости µe для сердечника без зазора, которое имеет меньшую величину. Дело в том, что разъемный сердечник реально всегда имеет некий зазор, хоть и очень маленький. Кроме того, часть магнитных линий проходит мимо сердечника, особенно если размеры его малы, а форма значительно отличается от кольцевой.