5.3. Примеры проектирования дросселей

Нижеприведенные примеры соответствуют большому разнообразию расчетных заданий. Рассматриваются броневые, стержневой и тороидальный дроссели, предназначаемые для частот 50 и , со стандартным (примеры 1—3) и с оптимальным (пример 4) магнитопроводами.

Для возможности сравнения рассчитываемых дросселей примеры 1, 3 и 4 выполнены по одному техническому заданию.

Испытание дросселей, изготовленных в соответствии с данными примеров, подтвердило правильность проектирования дросселей.

Пример 1. Расчет дросселя с броневым магнитопроводом.

Техническое задание. Рассчитать дроссель по следующим исходным данным:

1. Частота тока гц.

2. Действующее значение номинального тока .

3. Индуктивность дросселя при номинальном токе

4. Форма кривой напряжения на зажимах дросселя синусоидальная

5. Допустимая величина коэффициента гармоник в кривой номинального тока

6. Минимальное значение добротности дросселя

7. Предельный перегрев обмотки дросселя .

8. Температура окружающей среды .

Дополнительные требования: дроссель должен рассчитываться исходя из требований минимального веса, должна быть применена сталь толщиной провод медный марки

Магнитопровод ленточный по . Сортамент проводов по с ограничениями согласно табл.

1. Определение мощности и группы дросселя

Мощность дросселя

При такой мощности и частоте тока дроссель можно отнести к группе дросселей с «малыми» потерими в сердечнике.

2. Выбор типоразмера магнитопровода

По условию задачи магнитопровод дросселя и катушка должны быть типовые. К дросселю предъявляются требования в отношении теплового режима, частоты тока, коэффициента гармоник, при которых производился расчет базисных дросселей и данные о которых приведены в табл. Поэтому для выбора типоразмера магнитопровода воспользуемся данными указанной таблицы.

Из табл. по выбираем магнитопровод ШЛ 20X32, для которого .

Размеры магнитопровода и его геометрические параметры (табл. ):

Дополнительно находим

Величину принимаем равной

3. Выбор магнитного режима

Магнитный режим находим по методу, изложенному в § 5.2 для дросселя с «малыми» потерями в сердечнике.

По заданию магнитопровод дросселя должен выполняться из стали толщиной 0,35 мм. Для этой стали и поэтому для расчета магнитного режима в этом случае можио воспользоваться непосредственно зависимостями приведенными на рис. 5.1 и 5.2.

Плотность магнитной энергии магнитопровода

По этой величине и заданному значению пользуясь зависимостью рис. 5.1, находим

Отсюда напряженность поля

4. Расчет длины немагнитного зазора

Относительная длина немагнитного зазора

Постоянные а и b взяты для значения из табл. 5.4.

Отсюда длина зазора

Немагнитный зазор выполним с помощью прокладок из кабельной бумаги толщиной .

Число слоев бумаги

Принимаем N = 3. Действительная величина

5. Уточнение магнитного режима магнитопровода

По значениям W и пользуясь зависимостью рис. 5.2, находим .

Соответственно .

По рис. 5.1 уточняем значение Как видим, величина доп и близка к заданному значению.

6. Расчет обмоточных данных и параметров катушки

Выполним обмотку на каркасе со щечками. Размеры каркаса согласно табл. следующие:

Число витков обмотки дросселя

Расчетное число витков, приходящееся на катушки,

Коэффициент укладки принимаем равным .

Отсюда по табл. находим ближайший больший диаметр провода, отмеченный звездочкой, с величиной .

Параметры провода:

Выбор изоляции. Предварительно определяем напряжение на зажимах обмотки дросселя при номинальном токе

Число слоев изоляционных прокладок внутри катушкй

Число прокладок принимаем . В качестве изоляции берем кабельную бумагу толщиной 0,12 мм.

Коэффициенты заполнения. Действительные значения коэффициентов заполнения, характеризующие размещение обмотки:

где

7. Определение геометрических параметров дросселя

Средняя длина витка обмотки

Поверхность охлаждения сердечника

Поверхность охлаждения обмотки

8. Расчет потерь в дросселе

Потери в сердечнике

Потери в обмотке в первом приближении

где

Параметр дросселя

Как видим, т. e. путь расчета дросселя выбран правильно,

9. Определение теплового режима обмотки дросселя

Предварительно находим:

— величину коэффициента теплоотдачи

где

— расчетный параметр

Отсюда перегрев обмотки в первом приближении

После уточнения

Как видим, величина и близка к заданному значению, следовательно, провод выбран правильно. Расчет дросселя с меньшим диаметром провода дал перегрев град.

10. Поверочный расчет. Определение некоторых параметров дросселя

Индуктивность дросселя

Добротность дросселя

Итак, ; следовательно, расчет дросселя проведен правильно.

Проверяем правильность выбора магнитопровода. Для этого определим технико-экономический показатель дросселя при выполнении его с разными магнитопроводами.

Вес дросселя с магнитопроводом

где

Величину для берем по табл. .

Результаты аналогичных расчетов дросселей с другими магнитопроводами приведены в табл. 5.7.

ТАБЛИЦА 5.7

Как видим, магнитопровод ШЛ 20 X 32 выбран правильно. Дроссель с меньшим магнитопроводом выполнить нельзя , а с большим магнитопроводом он имеет больший вес. Следовательно, дроссель с магнитопроводом ШЛ 20 x 32 является наиболее оптимальным.

Опытный образец дросселя, выполненный по результатам расчета, имеет следующие параметры:

Пример 2. Расчет дросселя со стержневым магнитопроводом.

Техническое задание. Рассчитать дроссель по следующим исходным данным:

1. Частота тока .

2. Действующее значение номинального тока .

3. Индуктивность дросселя при номинальном токе

4. Форма кривой напряжения на зажимах дросселя синусоидальная

5. Допустимая величина коэффициента гармоник в кривой номинального тока

6. Минимальное значение добротности дросселя

7. Предельный перегрев обмотки дросселя .

8. Температура окружающей среды

Дополнительные требования: дроссель должен рассчитываться, исходя из требования минимального веса, должна быть применена сталь толщиной провод медный марки ПЭВ . Магнитопровод ленточный стержневого типа по . Обмотка — на гильзе. Сортамент провода по с ограничениями согласно табл.

1. Определение мощности и группы дросселя.

Мощность дросселя

При такой мощности дросселя и частоте тока дроссель можно отнести к группе дросселей с «большими» потерями в сердечнике.

2. Выбор типоразмера магнитопровода

К проектируемому дросселю предъявляются типовые требования, поэтому для выбора типоразмера магнитопровода воспользуемся данными табл. .

Из табл. по величине выбираем магнитопровод ПЛ для которого .

Размеры магнитопровода и его геометрические параметры (табл. ):

Дополнительно находим

Принимаем:

3. Выбор магнитного режима

Магнитный режим находим по методу, изложенному в § 5.2 для дросселя с «большими» потерями в сердечнике.

По заданию магнитопровод дросселя должен выполняться из стали толщиной .

Для этой стали при . Определяем плотность магнитной энергии магнитопровода

Магнитную индукцию в сердечнике принимаем равной Тогда напряженность поля

Значения и , приведенные к базисной стали:

4. Расчет длины немагнитного зазора

По значениям пользуясь рис. 5.1, находим относительную длину зазора Отсюда длииа зазора

Немагнитный зазор выполним с помощью прокладки из кабельной бумаги толщиной (по две прокладки на каждом стержне). Действительная величина

5. Определение коэффициента гармоник в кривой тока

Пользуясь зависимостью рис. 5.1, по значениям находим . Величина , следовательно, путь расчета выбран правильно.

6. Расчет обмоточных данных и параметров катушки

Для магнитопровода согласно табл. имеем

Число витков обмотки дросселя

Число витков одной катушки

Расчетное число витков, приходящееся на катушки,

Коэффициент укладки принимаем равным .

Отсюда, пользуясь табл. находим диаметр провода, отмеченный звездочкой, с величиной .

Параметры провода:

7. Расчет конструкции обмотки. Выбор изоляции

Число витков в первом слое катушки

Число витков в слоях:

Толщина слоя

Число слоев изоляции . В качестве изоляции берем телефонную бумагу толщиной .

Толщина обмотки

Как видим, величина следовательно, обмотку разместить можно.

Коэффициенты заполнения

8. Определение геометрических параметров дросселя.

Длина витка катушки . Поверхность охлаждения сердечника

Поверхность охлаждения обмотки

9. Расчет потерь в дросселе

Потери в сердечнике

Потери в обмотке

где

Параметр дросселя

Как видим, величина и близка к этому значению, следовательно, величина выбрана правильно.

10. Определение теплового режима обмотки дросселя

Предварительно находим величину коэффициента теплоотдачи

где

расчетный параметр

отсюда перегрев обмотки

Величина и близка к заданному значению, следовательно, диаметр провода выбран правильно. Расчет дросселя с меньшим диаметром провода дал перегрев .

11. Поверочный расчет

Индуктивность дросселя

где

Добротность дросселя

Итак, следовательно, расчет дросселя проведен правильно.

Расчеты показывают, что дроссель с магнитопроводом из сердечников данного ряда является наиболее оптимальным .

Опытный образец дросселя, выполненный по данным примера, имеет следующие параметры:

Пример 3. Рассчитать дроссель тороидального типа по техническому заданию примера 1.

1. Определение мощности И группы дросселя

Дроссель рассчитывается для частоты тока гц на мощность примера 1) и, следовательно, его можно отнести к группе дросселей с «малыми» потерями в сердечнике.

2. Выбор типоразмера магнитопровода

По значениям по табл. выбираем магнитопровод .

Данные магнитопровода (табл. П.1):

Дополнительно находим:

3. Выбор магнитного режима

Для магнитопровода тороидального типа, выполненного из стали толщиной или для базисной стали (рис. 5.1 и 5.2) (табл. 5.3).

Плотность магнитной энергии магнитопровода

или для базисной стали

По зависимости рис. 5. 1 для значений имеем . Отсюда 5 2 1

4. Расчет длины немагнитного зазора

Относительная длина немагнитного зазора

Постоянные и взяты для значения из табл. 5.4.

Отсюда длина зазора

Немагнитный зазор выполнен с помощью прокладки из прессованной бумаги толщиной 1,15 мм.

5. Расчет параметров магнитопровода с наложенной изоляцией

Примем , тогда

Величина d, необходимая для прохода челнока при намотке,

6. Расчет параметров обмотки

Число витков обмотки дросселя

Расчетное чнсло витков, приходящееся на сечения катушки,

Коэффициент укладки принимаем

Отсюда из табл. находим диаметр провода, отмеченный звездочкой, . Параметры провода:

7. Проверка возможности размещения обмотки

Принимаем Тогда число витков в первом слое обмотки

В последующих слоях:

Толщина одного слоя иамотки

Число слоев изоляции . В качестве изоляции берем лакоткань толщиной .

Толщина обмотки внутри тороида

Размер для прохода челнока

Величина следовательно, обмотку разместить можно. Толщина обмотки вне тороида

Коэффициенты заполнения

8. Определение геометрических параметров дросселя. Средняя длина витка обмотки

Величину k принимаем равной Поверхность охлаждения обмотки

9. Расчет потерь в дросселе

Потери в сердечнике

Потери в обмотке в первом приближении

где

Параметр дросселя

Как видим, т. е. путь расчета выбран правильно.

10. Определение теплового режима дросселя

Предварительно находим

Отсюда перегрев обмоткн

или после уточнения и

Величина и близка к заданному значению, следовательно, провод выбран правильно. Расчет дросселя с меньшим диаметром провода дал перегрев град.

Проверочный расчет показал, что дроссель с магнитопроводом для этого задания является наилучшим из данного ряда магнитопроводов.

Параметры спроектированного дросселя близки к заданным. Вес дросселя кг.

Пример 4. Рассчитать дроссель броневого типа с магнитопроводом наименьшего веса по заданию примера 1.

1. Определение мощности и группы дросселя

Дроссель рассчитывается для частоты тока гц на мощность примера 1). Следовательно, его можно отнести к группе дросселей с «малыми» потерями в сердечнике.

2. Выбор магнитного режима

Принимаем и предварительно .

Отсюда расчетный параметр

Пользуясь зависимостью рис. 5.1, по величине находим .

Соответственно

3. Расчет геометрических параметров магнитопровода

По рис. 4.6 для находим

Отсюда

и, следовательно,

Базисный размер магнитопровода

Геометрические размеры и параметры магнитопровода:

4. Расчет длины немагнитного зазора

Относительная длина немагнитного зазора

Постоянные а и берем для табл. 5.4.

Отсюда длина зазора

Немагнитный зазор выполним с помощью прокладок из кабельной бумаги толщиной 0,14 мм.

Число слоев бумаги

5. Расчет обмоточных данных и параметров катушки

Принимаем мм, тогда

Число витков обмотки дросселя

Расчетное число витков, приходящееся на катушки,

Коэффициент укладки принимаем равным

Отсюда по табл. находим ближайший больший диаметр провода с величиной . Параметры провода ;

Число слоев изоляционных прокладок внутри катушки берем равным примера 1). В качестве изоляции берем кабельную бумагу толщиной .

Коэффициенты заполнения, характеризующие размещение обмотки:

где

Полученная величина близка к ранее принятой, следовательно, уточнить параметры геометрии нет необходимости. Величина близка к единице, т. е. дроссель будет близох к оптимальному.

6. Определение геометрических параметров дросселя

По формулам табл. 4 находим:

7. Расчет потерь в дросселе

Потери в сердечнике

Потерн в обмотке

где

Параметр дросселя

8. Определение теплового режима обмотки дросселя

Предварительно находим

где

Отсюда перегрев обмотки

Как видно, величина и близка к заданному значению; следовательно, расчет дросселя выполнен правильно.

вес дросселя