СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ


RU (11) 2045810 (13) C1

(51) 6 H02M1/00, H01L25/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5031324/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.01.09 
(45) Опубликовано: 1995.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Парфенов Е.М. и др. Базовый принцип конструирования РЭА. М.: Радио и связь, 1981. 2. Бондаренко Н.Н. и др. Низковольтные преобразователи для гальваники и электрических станков, М.: Энергоатомиздат, 1987. 3. Архипов П.А. Тепловые режимы низковольтных комплектных устройств. М.: Энергоатомиздат, 1987. 
(71) Заявитель(и): Пяткин И.В. 
(72) Автор(ы): Пяткин И.В. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт силовой электроники 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 

Область использования: на ранних стадиях проектирования статических преобразователей. Сущность изобретения: для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8 1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и H, в соответствии с выражением L B H l b h, определяют объем аналога Va или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога a, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по выражениям, которые приведены в формуле изобретения. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способам определения габаритных размеров и массы статических преобразователей на ранних стадиях их проектирования.

Существуют различные способы определения габаритных размеров и массы статических преобразователей, например базовый способ [1, 2] При базовом способе проводят деление преобразователя на схемно и конструктивно законченные части, разрабатывают принципиальную схему, выбирают габаритные размеры и массу всех комплектующих изделий принципиальной схемы, проводят компоновку составных частей и в целом всего преобразователя, разрабатывают чертежи несущих конструкций составных частей и затем определяют габаритные размеры и массу составных частей и всего преобразователя.

Но этот способ определения габаритных размеров и массы имеет недостаток в том, что не учитываются при этом тепловая нагрузка составных частей и в целом преобразователя, вследствие чего изделие может не удовлетворить по тепловому режиму.

Наиболее близким способом определения габаритных размеров и массы применительно к изобретению является способ определения количества теплоты [3] выделяемого преобразователем в зависимости от его активной мощности и КПД путем расчета его теплового режима с учетом конструктивного исполнения преобразователя и дальнейшего определения габаритных размеров и массы преобразователя с удовлетворительным тепловым режимом, обеспечивающим допустимую рабочую температуру комплектующих изделий и составных частей.

Этот способ позволяет определить тепловой режим и соответственно габаритные размеры и массу преобразователя, когда разработаны его принципиальная схема и в основном конструкция, что неприемлемо на ранних стадиях проектирования (на стадиях технического предложения или эскизного проекта), когда еще не разработаны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но на ранних стадиях известны (задаются в ТЗ) мощность и КПД проектируемого преобразователя, а следовательно можно определить и его активную мощность. В то же время можно выбрать аналог с удовлетворительным тепловым режимом с известными габаритными его размерами, массой, активной мощностью и КПД.

Целью изобретения является обеспечение возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но известны активная мощность и КПД проектируемого преобразователя, активная мощность, габаритные размеры, масса и КПД аналога.

Для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, необходимо выбрать аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8-1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l, глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и Н в соответствии с выражением

L:B:H=l: b: h определяют объем аналога Va или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога о, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:

Lи=kl (1)

Bи=kb (2)

Hи=kh (3)

LE=kl (4)

BE=kb (5)

HE=kh (6)

Mи=k Lп Вп Нп а; (7)

МЕ= k LE BE HE a; (8) где Lи,Ви, Ни соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;

LE, BE, HE соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;

МИ и МЕ соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;

k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;

l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В, высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением

L:B:H=l:b:h;

Pакт.п и Ракт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;

п и а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;

Va объем аналога, мм3;

Sa полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;

а удельная масса аналога, кг/мм3.

Способ состоит в следующем.

Выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью Ракт.а габаритными размерами LaxBaxHa (длина х глубина х высота), массой Ма и КПД. Выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога в пределах 0,8-1,2 и коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемого преобразователя относительно желаемых его габаритных размеров L, B, H в соответствии с выражением

L: B: H=l:b:h Затем определяют объем аналога Va=LaxBaxHa, полную поверхность аналога с естественным охлаждением

Sa=2(La Ba+La Ha+Ba Ha) и удельную массу аналога

a . Определяют величины Lи, Ви, Ни, Ми и LE, BE, HE, ME по следующим выражениям:

Lи=kl (1)

Bи=kb (2)

Hи=kh (3)

LE=kl (4)

BE=kb (5)

HE=kh (6)

МИ=k Lп Вп Нп а; (7)

МЕ=k LE BE HE a; (8) где LИ, ВИ и НИ соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;

LE, BE и НЕ соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;

Ми и МЕ соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;

k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;

l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В и высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением

L:B:H=l:b:h

Ракт.п и Ракт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;

п и а соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;

Va объем аналога, мм3;

Sa полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;

a удельная масса аналога, кг/мм3.

При пользовании выражениями (1).(8) необходимо учитывать, что выражения (1), (2), (3), (7) и (4), (5), (6), (8) соответственно используют для определения габаритов, массы преобразователей с искусственным и естественным охлаждением, а в выражениях (1)-(6) 0< и<1 и 0< а<1.

Известны для ПТД 315:

охлаждение искусственное воздушное;

активная мощность Ракт.п 130000 Вт;

КПД п=0,95,

Известны для ПТД 25:

охлаждение естественное воздушное;

активная мощность Ракт.п 13000 Вт;

КПД п=0,95.

Выбирают известные аналоги для проектируемых преобразователей с удовлетворительными тепловыми режимами типа ШАЭ, причем для ПТД-315 аналог-преобразователь с искусственным охлаждением типа ШАЭ 6701-53 с исходными данными:

активная мощность Ракт.а=55000 Вт;

КПД а=0,95;

габаритные размеры LaxBaxHa 2600х600x2200, мм;

масса Ма=920 кг;

Для ПТД-25 выбирают аналог-преобразователь с естественным охлаждением типа ШАЭ 6701-23 с исходными данными:

активная мощность Ракт.а=25000 Вт;

КПД а=0,95;

габаритные размеры LaxBaxHa 1550x600x2200 мм;

масса Ма=480 кг.

Выбирают коэффициенты сложности проектируемых преобразователей типа ПТД относительно аналогов типа ШАЭ в пределах от 0,8 до 1,2:

для ПТД-315 коэффициент сложности k=0,9;

для ПТД-25 коэффициент сложности k=0,8.

Выбираем коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемых преобразователей относительно желаемых их же габаритных размеров LxBxH:

для ПТД-315 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1;

для ПТД-25 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1.

Определяют объем аналогов

для ШАЭ 6701-53:

Va=2600x600x2200=3,4x1010 мм3;

для ШАЭ 6701-23

Va=1550x600x2200=2,0x1010 мм3;

Определяют полную поверхность аналога ШАЭ 6701-53 с естественным охлаждением Sa= 2(LaBa+LaHa+BaHa) 2(1550x600+1550x2200+600x2200)= 15,2x106 мм2

Определяют удельную массу аналогов по выражению



Удельная масса для ШАЭ 701-53

a 3810-9 кг/мм3

Удельная масса для ШАЭ 701-23

a 2410-9 кг/мм3

Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением ПТД-315 по выражениям:

0,90,4 

k 0,90,8 

0,91 

Ми= k Lи Ви Ни а= 0,9 1770 880 2220 38 10-9 1120 кг. Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с естественным охлаждением ПТД-25 по выражениям:







МE=k LE ВE НE а=0,8 795 7951800 24 10-9=220 кг.

Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-315 будут, мм

LxBxH=1770x880x2200, а масса 1120 кг.

Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-25 будут в мм;

LxBxH=795x795x1800, а масса 220 кг.

Изобретение позволяет обеспечить возможность определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, что в целом сокращает затраты на проектирование и изготовление макетных образцов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, отличающийся тем, что выбирают относительно аналога в пределах 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя и коэффициенты соотношения его длины, глубины и высоты в зависимости от желаемых габаритных размеров, определяют объем, полную поверхность и удельную массу аналога, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:













Mи= kLпBпHпa;

Me= kLeBeHea,

где Lп, Bп и Hп соответственно длина, ширина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;

Lе, Bе и Hе соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;

Mп и Mе соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;

r 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога;

l, b, h соответственно коэффициенты соотношения длины, глубины, высоты проектируемого преобразователя, выбираемые в зависимости от его габаритных размеров в соотношении L B H l b h;

Pакт.п и Pакт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;

п и a соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительно. ед.

Vа объем аналога, мм3;

Sа полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;

a удельная масса аналога, кг/мм3.