Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 [133] 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

ношение сечения провода в круговых милах к действующему значению тока в миллиамперах должно быть для превышения температуры 40° С равно примерно 0,85. Таким образом,

круговые милы q

qi = 0,85 • 141 = 120 круговых мил.

Отсюда следует, что можно применить эмалированный провод № 21 (по табл. 14-3).

q., = 0,85 141 = 120 круговых мил.

Следовательно, можно применять эмалированный провод № 29 (по табл. 14-3).

3. Определяем предварительно толщину пакета стали. По кривой на рис. 14-24 находим, что эффективная площадь поперечного сечения сердечника S должна быть равна примерно 1,9 кв. дюйма.

6с = -т-= тг-5-= 2,16 кв. дюйма;

йзап и°°

Sc 2,16 , с, *» = *Г=Т375= 1,57 ДЮИМЗ-

4. Определяем магнитную индукцию в сердечнике. Максимальная магнитная индукция должна быть ниже величины 80 000 мкс/кв.дюйм. Предположим, что максимальная магнитная индукция равна 76 000 мкс/кв. дюйм.Удельные потери в сердечнике в рабочем режиме могут быть найдены по кривой на рис. 14-25. Из рис. 14-25 видно, что допустимые потери в стали составляют 0,9 вт!фунт, однако потери в стали для заданных пластин при максимальной индукции 76 000 мкс/кв. дюйм и частоте 60 гц составляют только 0,8 вт/фунт (см. рис. 14-21). Таким образом, потери в сердечнике ограничиваются требованием к величине тока холостого хода, а не нагревом сердечника, вызываемым этими потерями.

5. Определяем предварительно число витков первичной обмотки, при котором сердечник будет иметь максимальное значение индукции 76 000 мкс/кв. дюйм.

Согласно формуле (14-5)

= U, 108 117 Ю8

1 ~ 4,44/SfiMaKC ~~ 4,44-60-1,9-76 000 ~~

= 304;

911 2- 411

JVj (общее) == = 304 = 2 136.

6. Устанавливаем возможность размещения полученного при предварительном расчете числа витков первичной и вторичной обмоток в окне пластины, пользуясь данными, приведенными на рис. 14-23 и в табл. 14-3 и 14-4.

Первичная обмотка

Длина обмотки............. 2 дюйма

Расстояние до края........... .г>/33 »

Длина обмотки............. 111 /1 о »

Число витков в слое.......... 51

» слоев ............... 6

Диаметр провода............ 0,030 »

Толщина изоляции провода....... 0,005 »

Общая толщина меди первичной обмотки 0,180 »

» » изоляции первичной обмотки .......... 0,025 »

з> » первичной обмотки . . 0,205 дюйма

Вторичная обмотка

Длина обмотки............. 2 дюйма

Расстояние до края........... 1/8 »

Длина обмотки............. 13/4 »

Число витков в слое.......... 119

» слоев............... 1S *

Диаметр провода............ 0,0122 дюйма

Толщина изоляции........... 0,0015 дюйма

Общая толщина меди вторичной обмотки 0,220 »

» » изоляции вторичной обмотки .......... 0,026 »

» » вторичной обмотки . . 0,216 дюйма

Заполнение окна

Каркас.................. 0,075 дюйма

Толщина первичной обмотки...... 0,205 »

Толщина сверху первичной обмотки . . 0,020 »

Электростатический экран........ 0,002 »

Изоляция экрана............ 0,025 »

Толщина вторичной обмотки...... 0,246 »

Внешняя изоляция........... 0,025 »

Общая толщина обмотки........ 0,598 дюйма

Ширина окна.............. 0,688 »

Заполнение окна (см. рис. 14-23) .... 87%

Примечание. Если общая толщина получится слишком большой, необходимо увеличить толщину пакета, что позволит уменьшить число витков и сохранить выбранную величину магнитной индукции. Если окажется, что окно недостаточно заполнено, то можно уменьшить толщину пакета, увеличив соответственно число витков.

7. Определяем сопротивления первичной и вторичной обмоток для предварительно выбранных в п. 5 чисел витков.

Согласно формуле (14-14)

Ri = 304 (1,375 + 1,57 + г.-0,178) = = 2,27 ом. Общее сопротивление вторичной обмотки

2Я3 = 2,142 (1,375 + 1,57+ тг • 0,450) =

= 128 ом.

Сопротивление половины вторичной обмотки /?2 = 64 ом.

8. Уточняем числа витков первичной и вторичной обмоток в соответствии с найденными значениями сопротивлений:

£„ = (HR2 1,11) + Us = (0,200 • 64 • 1,11) + + 411 = 425,2 в;

£Г(исходя из #, = 2,27 ож) = Ul - (/,/?! -1,11) = = 117 - 0,790 • 2,27 • 1,11 = 117 - 1,99 = = 115 в.

Уточненное число витков первичной обмотки, необходимое для получения подсчитанной э.д.с, равно

Wi = .=107r l= 290. .

Примечание. Так как число витков- первичной обмотки получено с учетом сопротивления 304 витков, необходимо снова определить э.д.с. первичной обмотки и уточнить число витков первичной обмотки, принимая в расчете сопротивление 290 витков, т. е. 2,27-290/304 или 2,17 ом. Повторяя расчеты по двум приведенным выше формулам, снова находим число витков первичной обмотки, равное 290.

* Число слоев выбрано четным, чтобы облегчить вывод средней точки обмотки, а общее числи витков увеличено до 2 142.



9. Определяем уточненную толщину пакета, зная найденное в п. 8 число витков первичной обмотки и магнитную индукцию в сердечнике, равную 76 ООО мкс./кв.дюйм. Так как максимально допустимая величина магнитной индукции выбрана на основании требования к намагничивающему току, то площадь поперечного сечения сердечника должна быть рассчитана в отсутствие нагрузки вторичной обмотки. При этом условии первичная э.д.с. (и ток холостого хода) наибольшая и почти равна приложенному напряжению.

По формуле (14-5) находим:

Ut 10s 117- 10s

~~ 4,44/W,BMaKC ~ 4,44-60-290-76 000 ~" = 1,99 кв. дюйма; „ S 1,99 оок

ос = т-= гГо~о-== 2-26 кв- Дюйма;

«зап О,ее

, Sc 2,26

b«=,-= . - - - 1,64 дюйма.

Ui 1,610

Примечание. Увеличение ширины пакета вызовет небольшое увеличение сопротивления обмотки. Если это увеличение окажется существенным, то нужно пересчитать число витков, как указано в п. 8.

10. Определяем потери в сердечнике (см. \казаиие на рис. 14-28 относительно веса сердечника):

ЛЯС = Оср0 = (4,17 • 1,64 • 0,88) • 0,8 =--- 4,82 вт.

11. Определяем потери в обмотке:

АР, = (/?#, + It. 2#.) = [(0,790)3 - 2,17 + + (0,141)- • 128] = 1,35+ 2,56 = 3,91 вт.

12. Определяем к.п.д.:

г- Р" " 100 - 370-0,200-100

Г>~~ Р, + ДРС + ДЯЯ~ 370-0,200+4,82 + 39Т~ = 89,5%.

13. Оцениваем превышение температуры трансформатора. Поверхность охлаждения 59,0 кв. дюйма. Рассеиваемая мощность 8,73 вт. Согласно рис. 14-26 превышение температуры составит 31° С.

14-4. ДРОССЕЛИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Индуктивность дросселя со стальным сердечником зависит от амплитуды н частоты переменного напряжения, а также от величины постоянного тока, протекающего через обмотку. Постоянный ток создает в сердечнике магнитную индукцию, вокруг которой располагается петля гистерезиса, полученная при наложении переменного напряжения. Магнитная проницаемость на частном цикле, т. е. магнитная проницаемость сердечника иа переменном токе с постоянным подмагничиванием, определяется по кривым завода-изготовителя. Затем устанавливается величина магнитной проводимости сердечника и воздушного зазора и по ней вычисляется индуктивность дросселя.

14-4а. Определение постоянной составляющей магнитной индукции. Степень намагничивания сердечника в постоянном магнитном поле зависит от длины его средней линии, длины

воздушного зазора, величины постоянного тока в обмотке и магнитных характеристик материала сердечника.

Постоянную составляющую магнитной индукции можно оцределить графически. Сначала устанавливается величина м.д.с. в ампер-витках или гильбертах и предполагается, что вся м.д.с. приложена к воздушному зазору в сердечнике. Магнитная индукция, полученная в воздушном зазоре при принятых условиях, откладывается на ординате кривой намагничивания материала сердечника. Для этого метода необходимо вычерчивать кривую намагничивания в линейном масштабе. Затем предполагается, что вся м.д.с. приложена только к стальному сердечнику, без учета зазора. Магнитодвижущая сила на единицу длины сердечника, полученная при этом предположении в ампер-витках на дюйм нли эрстедах,.откладывается на абсциссе кривой намагничивания. Пересечение прямой линии, соединяющей две отложенные тачки, с кривой намагничивания дает магнитную индукцию н напряженность постоянного магнитного поля в. сердечнике.

14-46. Определение переменной составляющей магнитной индукции. В отсутствие насыщения сердечника переменную составляющую магнитной индукции в сердечнике можно считать независимой от постоянной составляющей магнитной индукции; следовательно, переменная составляющая магнитного потока может быть найдена по формуле (14-5). Максимальные значения индукции на концах петли гистерезиса будут равны сумме или разности постоянной и переменной составляющих магнитной индукции

14-4в. Расчет индуктивности. Действующую магнитную проницаемость или проницаемость стального сердечника с воздушным зазором на переменном токе можно найти по формуле (14-8). Индуктивность дросселя определяется тогда но формуле (14-7).

14-4г. Приближенное значение произведения числа витков на площадь поперечного сечения сердечника. При расчете дросселя с магнитным сердечником большое значение имеют эмпирические соотношения для приближенного определения произведения числа витков на эффективное поперечное сечение сердечника в зависимости от нижнего предела индуктивности. Выражения (14-1) и (14-16) относятся соответственно к сердечникам из трансформаторной стали с содержанием 4% кремния и из гайперсилаС-97: NS0,25LI0-\04 О 4-15)

(для 4%-ной кремнистой стали);

NS0,18LI0-10" (14-16)

(для гайперсила С-97).

Здесь N - число витков;

S - эффективное поперечное сечение сердечника, кв. дюймы; 10 - постоянная составляющая тока, а.

Примечание. Эти соотношения применимы для сравнительно большой постоянной м.д.с. на единицу длины сердечника и малой переменной составляющей магнитной индукции. Подобные выражения могут быть написаны и для сердечников из других материалов, если известны конструктивные данные и величина индуктивности.

В большинстве случаев требуемое значение NS будет меньше значения, полученного из приведенных выражений, так как они состав-



лены для очень малых значении переменной составляющей индукции. Эти соотношения удобны для предварительного определения значения произведения NS и, следовательно, позволяют проектировщику сделать оценку размеров дросселя. Действительную индуктивность дросселя можно найти для данного значения произведения NS способом, описанным в примере 14-3. После расчета индуктивности произведение NS может быть соответственно уменьшено или увеличено.

14-4д. Зависимость индуктивности от длины воздушного зазора. Сердечник дросселя, через обмотку которого проходит постоянная составляющая тока, должен иметь воздушный зазор, который уменьшает степень насыщения стали от действия постоянной составляющей тока Введение воздушного зазора увеличивает магнитную проницаемость стали на частном цикле, однако воздушный зазор создает добавочное сопротивление переменному потоку. Существует оптимальная длина воздушного зазора, которая дает наименьшую сумму магнитных сопротивлений воздушного зазора и стального сердечника. На рис. 14-30 показана типич-


на» 0020 0,030 Воздушный зазор, дюймы 11/2 действующего зазора)

Рис. 14-30. Кривая зависимости индуктивности дросселя от длины воздушного зазора при наличии постоянного подмагннчивания.

ная кривая зависимости индуктивности от длины воздушного зазора. Нужно заметить, что даже при сборке сердечника вперекрышку существует эффективный воздушный зазор в сердечнике. Приведенная ниже таблица дает длину зазора для пластин № 29 толщиной 0,014 дюйма (<~0,036 см) при условии, что сборка выполнена аккуратно.

Тип сборки Общий эквивалентный зазор

1 0,0005дюйма = 0,013 мм

1 0,001 » = 0,025 »

В стык

0,002 0,004 0,005

= 0,051 = 0,102 = 0,127

14-4е. Потери в обмотке и сердечнике дросселя. Для дросселей несколько сложнее установить плотность тока в обмотке, чем для силовых трансформаторов. В большинстве дросселей удельные потери в сердечнике при переменном намагничивании значительно меньше, чем в силовых трансформаторах. На этом основании в дросселе обычно можно Допустить большую плотность тока. В том случае, когда потери в дросселе представляют собой главным

1 При проектировании индуктивностей для звуковых частот, по обмоткам которых может протекать постоянный ток, для увеличения их добротности применяют сердечники с воздушным зазором (см. п. 14-1 и)

образом потери в меди обмотки, отношение площади сечения провода к действующему значению тока может быть уменьшено примерно до 0,7 значения, рекомендованного для силовых трансформаторов тех же размеров.

14-4ок. Дроссели с переменной индуктивностью. Выше указывалось, что индуктивность данного дросселя зависит от степени насыщения сердечника постоянной составляющей потока, а также от амплитуды н частоты приложенного переменного напряжения. Отсюда следует, что индуктивность дросселя со стальным сердечником будет изменяться при изменении постоянной составляющей тока в обмотке. Такие дроссели называются «дросселями с переменной индуктивностью».

Все дроссели со стальным сердечником несколько изменяют свою индуктивность при изменении постоя.нного подмагннчивания, причем большие изменения индуктивности наблюдаются в дросселях, имеющих сердечник со сравнительно небольшим воздушным зазором.

Пример 14-3

Рассчитать дроссель с индуктивностью не менее 2,5 гн при постоянной составляющей тока 0,40 а и напряжении 165 в при частоте 120 гц. Применить электротехническую сталь с содержанием 4% кремния и принять, что магнитные свойства материала сердечника соответствуют данным на рис. 14-2, 14-21 и 14-22. Найти зависимость индуктивности от длины воздушного зазора.

Решение

1. Находим предварительное значение NS по формуле (14-15).

2. Выявляем возможные комбинации N и S.

A. Исходим из эффективной площади поперечного сечения сердечника 5. Произвольно принимаем, что применяются пластины типа Е1-112 (ширина средней части 1,125 дюйма, окно 0,5625 X 1,6875 дюйма, длина средней магнитной силовой линии сердечника 6,75 дюйма), а эффективная площадь поперечного сечения сердечника S = 1,9 кв. дюйма.

Б. Находим отношение площади поперечного сечения провода к действующему значению тока так же, как и для силового трансформатора с принятыми размерами сердечника в п. «А». Согласно рнс. 14-24 и 14-19 это отношение должно быть равно 0,85 круговых мил/ма.

B. Предполагая вначале, что тепло выделяется только в обмотке, уменьшаем это отношение, умножив его на 0,7.

Уточненное отношение 0,7 • 0,85 = 0,60.

Г. Определяем размеры провода и число витков, которое размещается в окне пластины.

Поперечное сечение провода 0,6 X действующее значение тока, ма - 0,6 • 400 = 240 круговых мил.

Следовательно, надо применить эмалированный провод № 26.

В окне можно разместить 1 400 витков выбранного провода. При этом длина катушки должна быть 1,625 дюйма, длина обмотки - 1,375 дюйма при 20 слоях. Толщина каркаса катушки принимается равной 0,090 дюйма, изоляция между слоями- 0,0022 дюйма и обмотка должна иметь внешнюю изоляцию



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 [133] 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0017