4.5. Влияние отдельных факторов на оптимальные значения геометрических соотношений дросселя

Выясним влияние отдельных факторов на величину технико-экономического показателя проектируемого дросселя и непосредственно на оптимальные значения соотношений его геометрических параметров. Этим самым установим, правомерно ли использование оптимальных значений параметров хопт, вычисленных для дросселей с базисными параметрами и др. для расчетов оптимальных дросселей с произвольными небазисными параметрами.

Определим также и разницу, в оптимальных значениях соотношений для дросселя, рассматриваемого как отдельное независимое изделие, и для дросселя, рассматриваемого как элемент какой-либо схемы, и выясним допустимость пренебрежения при расчетах магнитных характеристик индуктивностью рассеяния дросселя и омическим сопротивлением его обмотки. Решение всех этих вопросов послужит основанием для разработки упрощенной универсальной методики расчета оптимальных дросселей, основывающейся на минимальной информации, полученной с. помощью ЭЦВМ для дросселей, проектируемых лишь с базисными условиями работы.

Теоретически очень многие факторы в большей или меньшей мере оказывают влияние как на технико-экономический показатель дросселя, так и на его оптимальную геометрию.

Сначала определим зависимость величины технико-экономического показателя оптимального дросселя и оптимальных значений геометрических соразмерностей отдельно от каждого из следующих факторов:

1) заданной мощности дросселя ;

2) допустимого значения коэффициента гармоник в кривой номинального тока и коэффициента формы кривой напряжения ;

3) величины максимально допустимого перегрева ;

4) температуры окружающей среды О и коэффициента теплоотдачи ;

5) свойств магнитного материала и свойств проводникового материала ;

6) частоты тока или 400 гц;

7) расчетного параметра ;

Выясним также влияние на величину технико-эконо-мического показателя дросселя самих значений параметров его геометрии, в частности параметров и .

Влияние каждого из перечисленных выше факторов установим лишь для броневого дросселя с ленточным магнитопроводом, рассчитываемого в соответствии с одним из уже указанных трех случаев проектного задания.

Выводы, однако, будут правомерны и для всех других типов Дросселей. Эти исследования проведены нами с помощью ЭЦВМ. При исследовании один из параметров принимался переменным, а все другие считались неизменными и равными базисным значениям, приведенным в § 4.3. В том же параграфе приведена программа расчета.

Результаты расчетов соотношений дросселей минимального веса и объема, полученные при изменении отдельных факторов, даны в табл. 4.3, 4.4 и представлены на рис. . Из табл. 4.3 и 4.4 следует, что отдельные факторы влияют на величину технико-экономического показателя и оптимальные значения безразмерных геометрических параметров действительно отнюдь не в равной мере. Так, величины оказывают существенное влияние, и, следовательно, их значения необходимо принимать во внимание при конкретных расчетах. Можно сказать, что для каждой из этих величин необходимо иметь соответствующую информацию по значениям . В данной книге мы приводим всю информацию лишь для расчета дросселей с разными е, предназначаемых для работы на частоте 50 и 400 гц.

Напротив, как показали расчеты, величины и практически не оказывают существенного влияния ни на технико-экономический показатель, ни на оптимальные значения соотношений дросселя. Поэтому при проектировании дросселей можно пользоваться оптимальными значениями для вычисленными при их базисных значениях. В частности, для проектирования дросселей с иной формой напряжения на зажимах можно использовать данные, полученные при синусоидальной магнитной индукции.

Другими словами, можно не считаться с влиянием названных факторов на оптимальную геометрию дросселя. Этот вывод весьма важен для практики, так как существенно уменьшает объем информации, нужной для выполнения расчетов дросселей.

На основании данных табл. и рис. можно сделать также следующие выводы:

1. При равных мощности и перегреве оптимальные соразмерности дросселей, рассчитанных на заданный коэффициент гармоник тока, существенно отличаются от оптимальных соразмерностей дросселей, рассчитанных из условия получения максимальной добротности, а оптимальная геометрия последних существенно отличается от геометрии дросселей, рассчитанных на одновременное получение максимальной добротности и допустимого перегрева.

2. Оптимальные дроссели, рассчитанные одновременно на заданную мощность, максимальную добротность и допустимое значение перегрева, тяжелее и имеют большие габариты, чем дроссели, рассчитанные на заданную мощность и коэффициент гармоник, но имеют лучшие показатели, чем дроссели, рассчитанные исходя из заданного коэффициента гармоник и условия получения максимальной добротности.

3. Оптимальная геометрия дросселей, проектируемых исходя из условия получения минимальных габаритов, существенно отличается от геометрии дросселей, проектируемых исходя из условия получения минимального физического объема или веса. Геометрия последних в общем случае может иметь как одинаковые, так и разные оптимальные соразмерности. При их геометрия одинакова (подобна).

4. Оптимальная геометрия дросселей, проектируемых исходя из условия получения минимального веса, существенно зависит от значения расчетного параметра е, т. е. от величин и диаметра обмоточного провода или, в конечном счете, от величины тока, протекающего по обмотке. Оптимальная геометрия дросселей, рассчитанных исходя из условия получения минимальных габаритов, не зависит ни от величин ни от диаметра провода, предназначенного для дросселя. Геометрия ряда таких дросселей всегда может быть подобной.

5. Оптимальная геометрия дросселей, предназначаемых для работы при частоте 50 гц, существенно отличается от оптимальной геометрии дросселей, проектируемых на частоту 400 гц.

Из рис. 4.7 следует, что величина технико-экономического показателя мало изменяется при изменении параметров у, z и Особенно это относится к дросселям, проектируемым исходя из заданного максимально допустимого перегрева. В этом случае отклонение в некоторых пределах от оптимальной геометрии не столь существенно. Отклонения обычно приходится делать по технологическим соображениям. Известно, например, что нельзя допускать слишком большие значения величины h (высокие окна) или слишком малые значения величины с (узкие окна). Зависимости, представленные на рис. 4.7, могут быть полезными и при установлении размеров унифицированных дросселей. Расчеты показывают, что для ряда броневых дросселей с малым е целесообразно производить вариацию размеров по ширине ленты, а для дросселей с большим е — по высоте окна.

Выясним теперь, какое влияние на оптимальную геометрию и вес проектируемого дросселя оказывает характер цепи, в которую он должен быть включен, и величина индуктивности рассеяния и омического сопротивления обмотки дросселя. Решение первого вопроса должно дать ответ о допустимости отыскания для дросселя оптимальной геометрии вне связи с электрической цепью, в которую он должен быть включен, а второго — о необходимости учета влияния индуктивности рассеяния дросселя и омического сопротивления его обмотки на магнитные характеристики сердечника.

Оптимизацию дросселя, предназначаемого для работы в какой-либо схеме, рассмотрим на примере оптимизации дросселя, включенного в цепь с последовательно соединенными линейными активным сопротивлением и индуктивностью. Омическое сопротивление обмотки дросселя и ее индуктивность рассеяния при этом также отнесем к линейной нагрузке. Расчет магнитных характеристик для такой цепи приведен в § 3.8. На основании этого расчета нами получены зависимости с учетом влияния на величины и Н характера и нагрузки и величины отношения напряжений нагрузке и на входе цепи в которую включен дроссель. Эти зависимости приведены в § 3.8. Заметим, что отношение соответствует режиму работы идеализированного дросселя, т. е. случаю, когда при расчете магнитных характеристик не учитывается величина индуктивности рассеяния и омического сопротивления обмотки.

Значения оптимальных соотношений параметров дросселей, вычисленные с учетом характера нагрузки, индуктивности рассеяния и омического сопротивления

ТАБЛИЦА 4.5

обмотки, приведены в табл. 4.5. Отсюда можно сделать следующие важные выводы:

1. Характер нагрузки не оказывает существенного влияния ни на величину технико-экономического показателя дросселя, ни на его оптимальную геометрию. Полученные значения При при расчете дросселя как самостоятельного изделия правомерны и для более общего случая расчета, т. е. для расчета дросселя, включенного в какую-либо цепь.

2. Величины индуктивности рассеяния обмотки дросселя и ее омического сопротивления мало влияют на оптимальные значения и поэтому при проектировании дросселей достаточно пользоваться магнитными характеристиками, полученными без учета этих факторов.