![]() Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Розрахунок електричних і конструкційних параметрів
5.3.1 Визначення розмірів котушки Розрахунок кількості витків і визначення розмірів котушки виконують за формулами, необхідними для розрахунку котушки без сердечника з урахуванням параметрів, що вносяться сердечником або екрануванням. Розрахунок кількості витків одношарової екранованої котушки з магнітним осердям рекомендуємо виконувати згідно з методом, викладеним у [3]. Під час використання магнітних сердечників слід враховувати, що вони характеризуються такими параметрами: 1) відносною (діючою) магнітною проникністю; 2) коефіцієнтом використання магнітних властивостей матеріалу; 3) відносною добротністю, тобто ступенем збільшення добротності котушки за наявності сердечника; 4) втратами у магнітній складовій та у діелектрику; 5) стабільністю; 6) діапазоном робочих частот. Для магнітних сердечників із початковою магнітною проникністю Відносна магнітна проникність є відношенням індуктивності даної котушки із сердечником до індуктивності цієї ж котушки, але без сердечника:
Ця величина залежить від початкової магнітної проникності матеріалу, форми і розмірів сердечника та котушки, відношення між їхніми розмірами, а також від частоти. Чим більша проникність магнітного матеріалу, чим нижча частота і чим ближче до витків котушки знаходиться осердя, тим вища його відносна проникність. Відношення відносної проникності сердечника до начальної проникності магнітного матеріалу можна назвати коефіцієнтом використання магнітних властивостей:
Очевидно, що чим коефіцієнт ближчий до 1, тим повніше використані магнітні властивості матеріалу. Індуктивність котушки із сердечником в Відношення добротності котушки із сердечником до добротності цієї ж котушки, але без сердечника, називають відносною добротністю Можна вважати, що добротність котушки із сердечником в Наявність сердечника впливає на стабільність котушки через зміни його проникності. Цей вплив також відбивається тим менше, чим менше Грамотно розроблена конструкція котушки із немагнітним сердечником завжди стабільніша у порівнянні з котушкою, що має магнітний сердечник. Звідси, якщо завдання розробника – стабільна котушка, то слід внести в неї немагнітний сердечник, при цьому добротність котушки значно зменшиться. Для зниження впливу немагнітного сердечника на добротність котушки, слід використовувати метали з високою електропровідністю. За заданим значенням індуктивності
Враховується вплив екрана за допомогою коефіцієнта зв’язку, який є функцією співвідношення діаметра котушки та діаметра екрана. Для забезпечення стабільності індуктивності це співвідношення має обиратися відповідно до умови Діаметр екрана дорівнює
Якщо екран має квадратний перетин, його сторона знаходиться так:
де Другою величиною, яка впливає на конструктивні розміри котушки, є параметр Для визначення співвідношення
Розрахункове значення індуктивності з урахуванням екрану знаходиться як:
Для компенсації впливу екрана розрахункове значення індуктивності має складати:
Для намотування котушки діаметр проводу обирається з урахуванням ізоляції [3, табл. П. 6].
Коефіцієнт нещільності Далі визначається кількість витків котушки, які припадають на одиницю довжини намотування
Параметр
За графіком [3, рис. 4-10] визначається для Довжина намотування котушки буде складати:
При суцільному намотуванні фактична геометрична довжина котушки складатиметься як:
За графіком [3, рис. 4-6] знаходиться значення поправкового коефіцієнта Фактична розрахункова індуктивність котушки дорівнює:
Кількість витків коректується з урахуванням величини фактичної індуктивності:
5.3.2. Розрахунок оптимального діаметра проводу Розрахунок оптимального діаметра проводу виконується графоаналітичним способом. Згідно з графіком у [3, рис. 4–13] для співвідношення Допоміжний коефіцієнт
Допоміжний параметр
де к – коефіцієнт, який визначається за графіками [3, рис. 4–13 або 4–14]. Коефіцієнт Тепер можна розрахувати оптимальний діаметр проводу.
Довжина проводу розраховується за формулою:
де N – кількість витків,
5.3.3 Розрахунок добротності котушки індуктивності Окрім індуктивності, котушка має ряд інших параметрів, що характеризують її електричні властивості. Це, наприклад, добротність і температурний коефіцієнт індуктивності, що визначають частотні і температурні властивості відповідно. Для розрахунку добротності котушки індуктивності необхідно попередньо визначити сумарний опір втрат, що визначається за формулою:
де
Опір проводу струму високої частоти:
Опір втрат, який вносить екран:
Для обчислення опору втрат, який зумовлений втратами у матеріалі каркаса, необхідно розрахувати значення ємності
Значення
Опір втрат, зумовлений діелектричними втратами у матеріалі каркаса, розраховується за формулою:
де У цьому випадку сумарний опір втрат котушки індуктивності складатиме:
Добротність котушки індуктивності тепер можна визначити за формулою:
5.3.4 Розрахунок температурної стабільності індуктивності Температурний коефіцієнт стабільності індуктивності (ТКІ) представляє собою суму декількох доданків та визначається за формулою:
де
Високочастотна складова ТКІ визначається добротністю котушки для значення коефіцієнта
Складова ТКІ
де
Геометрична складова ТКІ розраховується за формулою:
де
Складова ТКІ
де
Складова ТКІ
де
Для перевірки правильності розрахунку конструктивних та електричних параметрів котушки індуктивності можна скористатися їх швидким розрахунком, викладеним у додатку Д. Під час проектування котушок індуктивності та трансформаторів живлення виникає необхідність використання проводів. Їхні умовні позначення та параметри наведено у додатку Л. Приклади конструктивного виконання сердечників та каркасів, система позначення феритових сердечників та сердечників із магнітних матеріалів та деякі їхні параметри наведено у додатку Н. 5.4 Алгоритм розрахунку тороїдального трансформатора живлення
Загальні положення Перед початком конструювання трансформатора необхідно вивчити лекційний матеріал [12, с. 7–64]. Створити трансформатор, який би одночасно задовольняв потреби мінімальних маси та вартості, перегріву, падіння напруги, неможливо. Наприклад, якщо висувається вимога мінімальної вартості, то у зв'язку з тим, що вартість дротів (міді) значно вища сердечника (сталі), вигідніше збільшити розміри та масу сердечника і зменшувати вікно. Якщо ж важливо, щоб трансформатор мав мінімальну масу, то слід зменшити переріз сердечника та збільшувати вікно, а необхідний режим роботи сердечника забезпечувати, збільшивши кількість витків. Найкращі магнітні властивості мають сердечники, у яких напрям магнітних силових ліній збігається з напрямом прокату. Крім того, для них можна використовувати дуже тонкі стрічки товщиною до 0,01 мм. Стрічкові сердечники у даний час нормалізовані. У мініатюрних трансформаторах велике розповсюдження отримали стрічкові сердечники з розширеним ярмом, а також сердечники кабельного типу. Основними вимогами до магнітного матеріалу, що застосовується у трансформаторах живлення, є висока індукція насичення і малі втрати. Під час використання стрічкових провідників збільшується коефіцієнт заповнення, не виникає пустота між обмотками, значно покращується тепловідведення, підвищується довговічність трансформатора і можливість витримувати перенавантаження. До капсулювання вдаються тоді, коли необхідно забезпечити найменшу масу і габарити трансформатора. Капсулювання виконують, заливаючи трансформатор у роз'ємній формі, покриваючи його або закриваючи у пластмасову коробку. Під час капсулювання трансформаторів використовуються спеціальні компаунди на основі тепло- і вологостійких смол, частіше за все епоксидних Для зменшення маси капсульованих трансформаторів товстим прошарком компаунда можна покрити не всю поверхню, а лише найбільш нестійкі місця. Потім трансформатор покривають спеціальною вологостійкою емаллю типу 7141, ЭП74 або покривним лаком. Товщина листів магнітного матеріалу залежить від частоти, на яку роз- Можна скористатися наступними орієнтовними даними, приведеними в табл. 5.2.
Таблиця 5.2 – Співвідношення частоти та оптимальної товщини листа
Вхідні дані для розрахунку трансформатора: – значення напруги первинної та вторинних обмоток; – робоча частота; – токи вторинних обмоток; – програма випуску; – умови експлуатації та ін.
1. Обирається конфігурація магнітопроводу.
2. Визначається потужність вторинної обмотки за формулою (5.87):
де
3. Визначаються орієнтовані величини. Необхідно обрати такі величини: В – індукція; d – густина струму; k k При виборі величини В слід мати на увазі, що чим більша індукція, тим менші розміри магнітопроводу та кількість витків обмоток, але більший струм намагнічування і величина втрат. Це збільшує струм первинної обмотки і знижує коефіцієнт корисної дії (ККД), а збільшення втрат в обмотках може призвести до недопустимого перегрівання обмоток. Так, втрати у сталі Далі обирається сердечник зі стандартизованого ряду. Часто для цього користуються таблицями, в яких задано розміри сердечника та значення відповідної потужності. Далі визначають параметри обмоток. Для розрахунку кількості витків у первинній і вторинній обмотках обчислюють електрорушійну силу (ЕРС), індуковану в одному витку при навантаженому трансформаторі:
4. Добуток перерізу магнітопроводу на площу його вікна визначається за формулою 5.89. Однозначно визначають потрібний типорозмір магнітопроводу: S
5. Обираються такі значення та габаритні розміри: S G
P Vст – обсяг магнітопроводу; d – внутрішній діаметр магнітопроводу; a – товщина магнітопроводу; в – висота магнітопроводу; D – зовнішній діаметр магнітопроводу.
6. Струм первинної обмотки знаходиться за формулами (5.90) I де
cos
7. За формулами (5.91)–(5.93) знаходиться кількість витків обмоток:
де ЕРС первинної обмотки визначається як
ЕРС вторинної обмотки визначається як
де
8. За формулою (5.94) знаходять орієнтовні значення величини густини струму і переріз проводів обмотки.
де
9. Обирають: – переріз і діаметри проводів, мм; – номінальний діаметр проволоки, мм; – максимальний поверхневий діаметр, мм; – вагу одного метра дроту, г.
10. Визначають фактичну густину струму за формулою (5.94).
11. За формулами (5.95), (5.96) визначаються зовнішній і внутрішній діаметри магнітопроводу після ізоляції (обирають тип ізоляції)
де
12. За формулами (5.91)–(5.101) визначається кількість шарів первинної обмотки по зовнішньому діаметру тороїда:
де
13. Згідно з формулами (5.102) і (5.103) визначають кількість шарів первинної обмотки по внутрішньому діаметру:
14. Згідно з формулами (5.104) і (5.105) визначають діаметри трансформатора після укладки проводу первинної обмотки:
15. Знаходять довжину середнього витка первинної обмотки за формулою:
16. Обирають тип ізоляції первинної обмотки. Згідно з формулами (5.107) і (5.108) визначають зовнішній і внутрішній діаметри трансформатора після укладання міжшарової ізоляції:
17. За формулами (5.109) – (5.113) визначають кількість вторинних шарів обмотки по зовнішньому діаметру тороїда:
18. Кількість шарів обмоток по внутрішньому діаметру визначають за формулами:
19. За такими формулами визначають діаметри трансформатора після укладання проводу вторинних обмоток:
20. За формулою (5.118) знаходять довжину середнього витка вторинних обмоток:
21. За такими формулами знаходять кінцеві розміри трансформатора після ізоляції обмотки
22. Кінцеві габаритні розміри трансформатора з урахуванням коефіцієнта вигину вперед визначаємо за формулами:
23. За формулою (5.124) визначають втрати у матеріалі
24. За формулою (5.125) визначають активну складову струму холостого ходу:
25. За формулою (5.126) визначають реактивну складову струму холостого ходу:
26. За такими формулами визначають струм холостого ходу:
27. Визначають активний опір обмоток за формулою (5.129):
28. Визначають активні падіння напруги в обмотках трансформатора за формулами:
29. За формулами (5.132)–(5.136) визначають вагу проводів, втрати матеріалу і ККД трансформатора:
30. За формулами (5.137), (5.138) визначають розрахунковий коефіцієнт А:
31. За формулою (5.139) визначають поверхню охолодження трансформатора:
32. Визначають абсолютну температуру навколишнього середовища за формулою: То.с.=tо.с.+2730С . (5.140)
33. Приймають поверхневе перевищення температури θп=500С і знаходять температуру поверхні трансформатора за формулою: Т= θп+ То.с . (5.141)
34. Визначають коефіцієнт тепловіддачі α (залежить від кольору поверхні випромінювання, її площини та атмосферного тиску [3]).
35. Визначають теплову провідність за формулою: σ=α· 36. Визначають поверхневе перевищення температури за формулою (5.143), величину β беруть рівною одиниці (для трансформаторів потужністю менше 150 В·А): θп= Приклади конструктивного виконання трансформаторів та деякі їхні параметри наведено у додатку Н. |
||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 564. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |