Повышение частоты преобразования электроэнергии в источниках вторичного электропитания. Допускаемое отклонение читающего напряжения от номинального, страница 18

где - соответственно амплитуды переменных составляющих напряжения при заданной частоте пульсирующего тока и при частоте 50 Гц. Ухудшение параметров электролитических конденсаторов при повышении частоты преобразования приводит к необходимости значительного увеличения ёмкости конденсаторов по сравнению с расчётным значением. В первую очередь подобные изменения ёмкости конденсаторов следуем учитывать при расчёте сглаживающих фильтров по заданной амплитуде пульсаций.

Моточные элементы схем стабилизированных источников вторичного электропитания (трансформаторы и дроссели) отличаются многообразием электрических характеристик, конструктивных решений, типов и материалов магнитопроводов и пр. Различают два существенно различных вида трансформаторов: силовые трансформаторы промышленной сети переменного тока и трансформаторы статических преобразователей напряжения (инверторов и конвертеров). У первых на первичную обмотку поступает напряжение синусоидальной формы промышленной частоты, у вторых – напряжение прямоугольной формы относительно высокой частоты. Вопросы теории работы, расчёта и конструирования силовых низкочастотных трансформаторов при синусоидальной форме напряжения изложены в [4, 5, 6]. Гораздо меньше внимания уделено трансформаторам статических преобразователей напряжения [7]. Отметим кратко некоторые особенности их работы, связанные с высокой частотой коммутации.

Повышение частоты преобразования энергии в трансформаторе, позволяющее существенно уменьшить его массу и объём, вызывает необходимость применения очень тонких магнитных материалов для уменьшения потерь мощности в сердечнике. Ленточная конструкция трансформаторов позволяет использовать магнитные материалы с улучшенными магнитными свойствами, а также тонкие магнитные материалы. Из ленточных конструкций идеальным с точки зрения применения магнитных свойств является тороидальный сердечник. Он характеризуется минимальным внешним потоком рассеяния, малым магнитным сопротивлением, малой чувствительностью к внешним полям. Основной недостаток – большая трудоёмкость при изготовлении и намотке. Тороидальные трансформаторы выполняются на мощность до 150-200 Вт. Трансформаторы больших размеров и мощностей выполняются обычно на ленточных разрезных сердечниках, это позволяет значительно снизить трудоёмкость и стоимость намотки трансформатора.

У трансформаторов с высокой частотой перемагничивания основным фактором, определяющим его массу, являются потери в сердечнике. Для сердечников этих трансформаторов рекомендуется использовать специальные сплавы железа с никелем (пермаллой) с оптимальной толщиной ленты:   0,1-0,05 мм при работе на частотах 1-2 кГц, 0,05-0,02 мм для частот 5-10 кГц, 0,02мм на частотах 10-20 кГц. При работе на частотах 20-50 кГц и выше рекомендуется использовать ферриты (марки 2000НМ). При этом следует иметь в виду, что ферритовые материалы по сравнению с пермаллоем имеют значительно меньшие значения магнитной индукции.

В зависимости от назначения трансформаторы статических преобразователей напряжения могут работать в режимах с насыщением магнитопровода и без насыщения. В первом случае сердечник трансформатора должен быть выполнен из магнитного материала с прямоугольной петлёй гистерезиса (например, из пермаллоев марки 34НКМП, 79НМ, 50НП и др.). Трансформаторы, работающие без насыщения сердечника, выполняются из магнитных материалов с пологой петлёй гистерезиса. В преобразователях напряжения, где возможно появление несимметрии в форме питающего напряжения переменного тока, не следует применять магнитные материалы с прямоугольной петлёй гистерезиса, особенно пермаллой. Возникающее в этом случае постоянное подмагничивание приводит к несимметричному циклу перемагничивания сердечника с односторонним заходом в область насыщения, что может вызвать нарушение работы схемы и выход из строя полупроводниковых приборов.