Удельная мощность силовых индуктивностей и емкостей

  • Дмитрий [Dmitriy] Сергеевич [S.] Смирнов [Smirnov]
Ключевые слова: конденсатор, реактор, дроссель, реактивный элемент, удельная мощность, коэффициент производительности, параметры Штейнмеца, уравнение Штейнмеца

Аннотация

Рассмотрены причины, ограничивающие удельную реактивную мощность, которую возможно пропускать через материалы силовых индуктивностей и емкостей. Эти причины можно условно разделить на энергетические и тепловые. Энергетические ограничения вытекают из конечной удельной энергоемкости материалов и заданной частоты преобразования. Тепловые ограничения возникают из-за наличия тепловых потерь в реальном реактивном элементе и неидеальных условий охлаждения. Расчет тепловых режимов материалов ведется с учетом тангенса угла потерь, максимальной температуры работы и термического сопротивления элемента. В работе предложена универсальная методика расчета оптимальной частоты преобразования и максимально допустимой удельной реактивной мощности активных материалов. Данная методика позволяет выбрать режим работы реактивного материала, при котором полностью используются его возможности как по энергетическим, так и тепловым параметрам. Применяемая оценка материалов по максимально допустимой удельной реактивной мощности отличается от традиционного рассмотрения коэффициента производительности и параметров Штейнмеца, но является их логическим продолжением. Разработанная методика расчета ориентирована на практические инженерные расчеты — в ней используются общепринятые параметры, приводимые производителями в описаниях к материалам. Также для упрощения расчетов при анализе не учитываются амплитудная и частотная нелинейности потерь. Проведенный по предложенной методике анализ показал, что наибольшей удельной реактивной мощностью обладают высокочастотные материалы с малой энергоемкостью в диапазоне значений частоты преобразования 0,3…3 МГц. Согласно результатам анализа, наиболее перспективными материалами являются высокочастотная конденсаторная керамика и никель-цинковые ферриты с низкой проницаемостью. Большая удельная реактивная мощность достижима при использовании реактивных компонентов без активных материалов в диапазоне 3…300 МГц. В данном диапазоне возможна реализация высокодобротных реактивных элементов без применения материалов с высокой диэлектрической или магнитной проницаемостью. При исключении активных материалов оказывается возможна штатная работа реактивных элементов при температурах, близких к температуре плавления проводника.

Сведения об авторе

Дмитрий [Dmitriy] Сергеевич [S.] Смирнов [Smirnov]

Место работы: Вятский государственный университет; группа схемотехники электроавтоматики обособленного подразделения центра проектирования АО «Технодинамика», г. Киров

Должность: аспирант; инженер-конструктор

Литература

1. Hanson A.J., Belk J.A., Lim S., Perreault D.J., Sullivan C.R. Measurements and Performance Factor Comparisons of Magnetic Materials at High Frequency // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE. 2015. Рр. 5657—5666.

2. Han Y., Perreault D.J. Inductor Design Methods with Low-Permeability RF Core Materials // IEEE Transactions on Industry Applications. 2012. V. 48. No 5. Pp. 1616—1627.

3. Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет / под ред. А.В. Коваля. М.: Сов. радио, 1977.

4. Arnold A.H.M. The Resistance of Round-Wire Single-Layer Inductance Coils // Monograph. Radiosection. 1951. No.9. Рp. 94—100.

5. Knight D.W. An Introduction to the Art of Solenoid Inductance and Impedance Calculation: Part II. Solenoid Impedance and Q. URL: http://g3ynh.info/zdocs/magnetics/SolenoidZ.pdf. 4 Feb. 2016
#
1. Hanson A.J., Belk J.A., Lim S., Perreault D.J., Sullivan C.R. Measurements and Performance Factor Comparisons of Magnetic Materials at High Frequency // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE. 2015:5657—5666.

2. Han Y., Perreault D.J. Inductor Design Methods with Low-Permeability RF Core Materials // IEEE Transactions on Industry Applications. 2012;48;5:1616—1627.

3. Radiodetali, Radiokomponenty i ikh Raschet / Pod Red. A.V. Kovalya. M.: Sov. radio, 1977. (in Russian).

4. Arnold A.H.M. The Resistance of Round-Wire Single-Layer Inductance Coils // Monograph. Radiosection. 1951;9:94—100.

5. Knight D.W. An Introduction to the Art of Solenoid Inductance and Impedance Calculation: Part II. Solenoid Impedance and Q. URL: http://g3ynh.info/zdocs/magnetics/SolenoidZ.pdf. 4 Feb. 2016
Опубликован
2019-01-14
Раздел
Электротехника (05.09.00)