1.5. Нагрев и охлаждение дросселей

Во время работы дросселя в его сердечнике и обмотке частично теряется энергия, что приводит к нагреву отдельных частей дросселя. Тепловой режим дросселя характеризуется нагревом и перегревом. Нагрев — очень важный параметр, так как он определяет допустимую электромагнитную нагрузку дросселя, и, в конечном счете, срок службы.

Перегрев сердечника и обмотки дросселя зависит от многих факторов: частоты сети, качества магнитных и проводниковых материалов, соотношения между величинами потерь в сердечнике и обмотке, температуры окружающей среды, конструкции дросселя и др. Допустимая величина перегрева дросселя обусловливается примененными изоляционными материалами и маркой обмоточного провода. Для дросселей с естественным воздушным охлаждением предельно допустимое значение перегрева обусловливается, как правило, изоляцией обмоточного провода. При проводах с классом изоляции А, Е и В допустим согласно ГОСТ 8865—58 нагрев, равный 105—130° С.

Важную роль в тепловом процессе играют коэффициент теплоотдачи, величина и состояние поверхности охлаждения. Коэффициент теплоотдачи а представляет собой количество тепла, отдаваемое с единицы охлаждающей поверхности и приходящееся на . Под поверхностью охлаждения следует понимать наружную поверхность всех открытых частей дросселя. При этом эффективность охлаждения поверхностей, обращенных внутрь дросселя, несколько меньше, чем поверхностей, обращенных наружу. Величина коэффициента теплоотдачи зависит от ряда факторов и обусловливается тремя физическими процессами: конвекцией, лучеиспусканием и теплопроводностью.

Влияние последнего фактора в дросселе обычно невелико.

Существенное влияние на тепловой режим оказывают условия теплоотдачи в сердечнике дросселя. В тороидальном дросселе отвод тепла осуществляется только через обмотку — через ее поверхность охлаждения, а в дросселях других типов — также и через поверхности открытых частей сердечника. При участии в теплоотдаче поверхностей сердечника максимальный перегрев обмотки можно характеризовать среднеобъемным перегревом , определяемым известным методом сопротивления. Максимальный перегрев наиболее нагретой точки обмотки, находящейся во внутренней части катушки, при этом незначительно отличается от среднеобъемного перегрева. Напротив, в тороидальном дросселе, у которого сердечник не имеет непосредственного контакта с воздухом, может быть на 10% больше т. Наиболее нагретой точкой обмотки тороидального дросселя является точка, лежащая на границе с сердечником.

Расчет теплового режима дросселя представляет собой сложную задачу. Наиболее строгое ее решение содержится в работах Г. Н. Дульнева. В этой книге расчет теплового режима дросселя основывается на методике, предложенной P. X. Бальяном [7, 8]. Она исходит из эмпирических формул, но дает достаточно точные значения перегрева.

Среднеобъемный перегрев обмотки броневого и стержневого дросселей вычисляется согласно [7] по формуле

— потери в обмотке дросселя при реальном режиме его работы, — отношение потерь в сердечнике к потерям в обмотке; — коэффициент теплоотдачи, град; — расчетные поверхности охлаждения всех открытых частей сердечника и обмотки, определенные с учетом эффективности теплоотдачи поверхностей, образующихся при наличии канала между сердечником и обмоткой,

Коэффициенты и можно определить по формулам

где — соответственно коэффициенты теплоотдачи, перегрев обмотки и высота окна магнитопровода базисного дросселя; h — высота окна магнитопровода исследуемого дросселя, - степенные показатели зависимости коэффициента теплоотдачи от величины (обычно ); — опытные коэффициенты.

Для обычных конфигураций дросселей при их свободной подвеске или при установке на теплоизолирующей подставке получены следующие значения коэффициентов эти значения будем считать типовыми, при наличии металлического шасси — коэффициент конструкции, определяемый типом дросселя; для стержневого дросселя для броневого и однокатушечного стержневого

В качестве базисных величин приняты следующие значения: для пропитанных дросселей и для непропитанных.

Для тороидального дросселя перегрев наиболее нагретой точки обмотки [8]

где — коэффициент перепада температур.

Коэффициент перепада температур можно определить по приближенной формуле

где — односторонняя средняя толщина катушки, ;

— эквивалентный коэффициент теплопроводности катушки, град.

Для дросселей с непропитанной катушкой , для дросселей с пропитанной катушкой . Величина определяется по формуле (1.8) при . Для дросселей, залитых компаундом,

Рис. 1.7. Распределение изотерм вокруг дросселя с магнитопроводом ШЛ 16X25.

Дроссель может быть источником нагрева окружающих его изделий. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании радиоэлектронной аппаратуры. Для правильной установки радиодеталей вблизи работающего дросселя желательно знать распределение температур вблизи него.

Такой график приведен на рис. 1.7.

В последнее время большое значение придается охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры и, в частности, дросселей. Этот вопрос возник вследствие необходимости сокращения веса и размеров аппаратуры при ужестчении требований, предъявляемых к изделиям. Наряду с естественным охлаждением дросселей применяются способы принудительного охлаждения. Естественное охлаждение при окружающей температуре 70° С и перегреве в 50 град достаточно эффективно, если рассеиваемая с поверхности дросселя мощность . При иногда применяют принудительное воздушное охлаждение — обдув дросселя воздухом со скоростью .

Естественнее Охлаждение применяют Для большинства дросселей. Его эффективность может быть повышена путем применения пропиточных и покровных материалов с большой теплопроводностью, а также жидкостных и газовых наполнителей, как это делается в трансформаторах. Применяют также метод усиленного отвода тепла на шасси прибора с помощью теплоотводящих шин, ребрения «поверхности креплений и пр. Разумеется, при этом способе следует принять меры против ухудшения свойств самого дросселя.

В ряде случаев дроссель помещают металлический глухой кожух с каким-либо наполнителем. Тепловой расчет такого дросселя необходимо проводить с учетом ухудшения теплоотдачи.