Усилитель мощности миллиметрового диапазона длин волн (стр. 10 из 13)

Сопротивление первой обмотки

R1 =

* Lср1 * 2 * n1 / q1 (27)

где

— удельное электрическое сопротивление медного провода, равное 0,0175 Ом • мм2/м;

q1 — сечение провода первой обмотки из п. 6.1 (два провода по 0,5 мм2);

R1 = 0.0175 * 84.353 * 0.001* 2 * 32.5 / 1= 0.096 Ом

17.2. Сопротивление второй обмотки

R2 =

* Lср2 * n2 / q2 = 0,0175 * 107,336 * 0.001 * 1 / 25

=0.000075 Ом (28)

17.3. Сопротивление третьей обмотки

R3 =

* Lср3 * n3 / q3 = 0,0175 * 84.353 * 0.001 * 2.5 / 0.196 =0.0187 Ом (29)

18. Сопротивление обмоток переменному току

R_i = K_i * Ri (30)

где K_i — коэффициент увеличения активного сопротивления от частоты f, определяемый по i — 1; 2; 3.

18.1. Сопротивление первой обмотки

R_1 = К_1 *R1 = 1,18 • 0,096 = 0,113 Ом, (31)

где К_ определен для d = 0,8 мм при частоте f = 50 кГц.

18 2 Сопротивление второй обмотки

R_2 = К_2 * R2 = 1,18-7,5 * 10-5 = 8,85 * 10-5 Ом, (32)

где К_определен для d = 1,0 мм. при частоте f = 50 кГц.

18.3. Сопротивление третьей обмотки

R_3 = К_3 * R3 = 1,05-0,0183 = 0,0192 Ом. (33)

Масса меди обмоток

Масса первой обмотки

M1 = Lср1 * n1 * q1 * y (34)

где y — удельная масса медного провода, равная 8,9 г/см;

М1 = 84,353 * 0.1(2 * 32,5) - 1 – 0.01 - 8,9 = 0,0488 кг.

19.2. Масса второй обмотки

M2 = Lср2 * n2 * q2 * y= 107,336 * 0.1 * 1 * 25 * 0.01 * 8,9=

= 0,0239 кг. (35)

19.3. Масса третьей обмотки

M3 = Lср3 * n3 * q3 * y= 84,353 * 0.1 * 2,5 * 0,196 * 0.01 * 8,9 = =0,00037 кг. (36)

Суммарная масса меди обмоток

М = М1 + М2 + М3 = 0,0488 + 0,0239 + 0,00037 = 0,073 кг. (37)

20.Потери в меди обмоток

Рм = К * I * R_i (38)

где К — температурный коэффициент сопротивления, учитывающий температуру перегрева обмотки относительно температуры окружающей среды

t ос = 20° С ; i = 1; 2; 3;

Кz = 1 + Y * Z (39)

Для меди коэффициен Y= 0,004 1/°С. Задаемся допустимым значением нагрева обмоток Zдоп = 90°С. Тогда перегрев относительно температуры окружаюіцей среды +20°С составит

Z = 90 - 20 = 70° С (40)

и температурный коэффициент

Кz = 1+0,004*70= 1,28;

Рм1 = Кz * І1 * R_1 = 1,28 • 22 • 0,113 = 0,578 Вт: (41)

Рм2 = Кz * І2 * R_2 = 1,28 • 1.5• 8,85 • 10-5 = 0,408 Вт: (42)

Рм3 = Кz * І3 * R_3 =1,28*0,5 *0,0192=0,006 Вт. (43)

Суммарные потери в медм обмоток

Рм = Рм1 + Рм2 + Рм3 = 0,578 + 0,408 + 0,006 = 0,992 Вт. (44)

21. Потери в феррите магнитопровода .

Рф = Руд * Gф, (45)

где Руд — удельные потерм в магнмтопроводе, определяемые по фор-муле

Руд = Ро ( t / f ‘) * ( Bm / Bm’) (46)

где f ‘= 1 кГц — базовое значение частоты;

В’ = 1 Тл — базовое значение индукции;

Ро, — коэффициенты, полученные из экспериментальных данных ;

Gф — масса магнитопровода, равная суммарной массе двух Ш-образных деталей:

Gф = 0,046 кг * 2

= 0,092 кг.

Из табл. 4.2 находим для феррита маркм М2000НМ1 Ро = 68 Вт/кг;

Значение рабочей частоты f = 50 кГц берем из исходных данных, значение индукции Вm = 0,115 Тл — согласно п. 7. Таким образом,

Руд = 68(50/1)

(0.115/1) = 17,427 Вт/кг;

Рф = 17,427 • 0,092 = 1,603 Вт.

22. Потери в трансформаторе

Ртр = Ры + Рф = 0,992 + 1 ,603 = 2,595 Вт. (47)

23. Проверяем значение КПД на основании полученных' расчетных значений мощностей:

= Р2 / (Р2 + Ртр) = 245/(245 + 2,595) = 0,9895. (48)

Таким образом, значение КПД принято в п. 2 с достаточно хорошим приближением и изменения его не требуется.

24. Уточняем значение входного тока трансформатора. Активная составляющая тока холостого хода

Iхха = Рф / U1 = 1,603 / 132 = 0.0121 А. (49)

Реактивная составляющая тока холостого хода

Iххр = H * Lсрф / n1 (50)

где Н = В /

, В = 0,115 Тл берется из п. 7;

= 4п * 10-7 Гн/м;

= 1655 — эквивалентная магнитная проницаемость, определяемая из табл. 4.2 для магнитопровода Ш12х15;

Lсрф = 9,67 см — длина средней линии магнитопровода Ш12х15 из табл. 4.2:

H = 0.115 / 4п * 1655 = 55,13 А /м = 0,5513 А / см ;

Iххр = 0.5513 * 9.67 / 32.5 = 0,164 А.

Ток холостого хода трансформатора

Iхх =

=0,164 А. (51)

Уточненное значение входного тока

I1ут’ =

=1,882 А. (52)

Учитывая возможные отклонения от технологии сборки, принимаем Іхх = 0,18 А. Окончательное уточненное значение входного тока

Iут’’ = 2,1 А.

25.Определяем падения напряжения на обмотках трансформатора. Падение на первой обмотке

U1 = Kz * Iут1’’ * R_1 = 1,28 * 2.1 * 0,113 = 0,303 В. (53)

Падение на второй обмотке

U2 = Kz * Iут1’’ * R_2 = 1,28 * 1.5 * 8,85 * 10-5 = 0,0068 В. (54)

Падение на третьей обмотке

U3 = Kz * Iут3’’ * R_3 = 1,28 * 0,5 * 0,0192 = 0,0123 В. (55)

В процентном выражении:

U1% = U1 / U1* 100 % = 0.229 %; (56)

U2% = U2 / U2* 100 % =0,17%; (57)

U3% = U3 / U3* 100 % = 0,123 %. (58)

Проверяем принятые в пп.7 и 10 значения падений напряжений. Для этого определяем приведенные падения напряжения

U1-2% (на обмотках 1 и 2} и U1-3% (на обмотках 1 и 3 ):

U1-2% = U1% + U2% = 0,229 + 0,17 = 0,399 %: (59)

U1-3% = U1% + U3% = 0,299 + 0,123 = 0,352 %. (60)

Полученное значение

U1-2% меньше значения 0,5 %, принятого в п.9, а значение U1-3%, меньше значения 0,4 %, принятого в п.10. Таким образом, принятые значения падений напряжений и, следовательно, число витков не требуют уточнения.

5. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Обеспечение защиты от электромагнитных полей при эксплуатации усилителя мощности миллиметрового диапазона длин волн

5.1 Влияние на организм человека электромагнитных полей радиочастотного диапазона

В результате научно - технического прогресса широкое применение и промышленности, науке и быту в последние десятилетие получила электромагнитная энергия различных диапазонов частот. Так, энергия высоких и ультравысоких радиочастот широко применяются в радиосвязи, радиовещании, телевидении, в промышленных установках и так далее. Электромагнитная энергия сверхвысоких частот (СВЧ) получила широкое применение в радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и так далее. Кроме того, дальнейшее совершенствование новых типов СВЧ - генераторов позволит в ближайшем будущем применять энергию СВЧ - диапазона в радарных системах транспортных средств для предупреждения столкновений, в дорожных системах сигнализации, в опорных воздушных линиях связи и линиях электропередач, в мощных системах наземной и спутниковой связи и других [8].

В связи с этим значительное влияние на электромагнитный фон Земли, который ранее формировался главным образом за счет естественных источников космического, земного и околоземного происхождения, стали оказывать искусственные источники электромагнитного поля (ЭМП). В результате уже в настоящее время практически все население земного шара в большей и меньшей степени подвергается воздействию надфоновых уровней ЭМРЦ [9].

В процессе эволюционного развития все живые существа на Земле приспосабливались к определенным изменениям природных электромагнитных полей и по мнению большинства исследователей вынуждены были вырабатывать по отношению к ним не только защитные механизмы, но н в какой-то степени включать их в свою жизнедеятельность. Поэтому увеличение или уменьшение параметров ЭМП, значительно отличающихся от адекватных, могут вызывать в организмах функциональные сдвиги, в ряде случаев перерастающие в патологические. О биологической значимости ЭМП свидетельствуют как давние наблюдения, так и экспериментальные исследования последних лет на различном уровне организации биологических систем. При этом установлено, что воздействие искусственных ЭМП на биообъекты обусловлено не только энергетическими, но и информационными его характеристиками, вызывая тепловое и нетепловое действие.

Исследования по изучению влияния ЭМП радиочастотного диапазона на организм человека выявили определенные функциональные сдвиги со стороны нервной, сердечно - сосудистой, дыхательной системы, изменения показателя крени, обмена веществ и некоторых функций эндокринных желез [10].