К разработке инженерной методики расчета сглаживающих дросселей на заданное падение напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 228 1974,

К РАЗРАБОТКЕ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СГЛАЖИВАЮЩИХ ДРОССЕЛЕЙ НА ЗАДАННОЕ ПАДЕНИЕ

НАПРЯЖЕНИЯ

Е. И. ГОЛЬДШТЕИН, А. К- МАЙЕР

(Представлена научно-техническим семинаром кафедры приборов и устройств систем автоматики)

Существующие методы расчета сглаживающих дросселей (с. д.) имеют ряд недостатков. Так в [4] приводится только метод расчета с. д. на заданный перегрев. Однако в инженерной практике довольно часто возникает задача расчета с. д. на заданный к. п. д. или на заданное падение напряжения. Такую задачу можно решить, используя методику расчета с. д. [5]. Но такой путь довольно трудоемок, поскольку задача, по существу, решается методом последовательных приближений.

Поставим задачу разработать инженерный метод расчета с. д. на заданное падение напряжения.

Для расчета с. д. используем формулы, полученные ранее одним из авторов [1, 2, 3].

а) Базовый размер а определяется по формуле (10) из [1]:

, N \0'2

«= — - 0)

пг / где

*?= = (2) Ядоп'-бо'Кс* Ко ¿о

Кн = 1+ат(^н — 20°)—коэффициент, учитывающий увеличение активного сопротивления меди при нагреве; ат —температурный коэффициент меди; tн —температура нагрева дросселя, Ь — индуктивность дросселя,

/0 — постоянная составляющая выпрямленного тока,

р — удельное электрическое сопротивление меди,

*доп —допустимое сопротивление дросселя в рабочем режиме,

В0 — постоянная составляющая индукции,

КоКо — коэффициенты заполнения магнитопровода и окна,

Пг — коэффициент геометрии,

(2С — сечение магнитопровода,

(2о — площадь окна магнитопровода, ♦

/0 — средняя длина витка.

При расчете дросселей, выполненных на нормализованных сердеч-

никах, выбор типоразмера можно производить по подсчитанному па уравнению (2) значению N. При этом для выбранного типоразмера ве-

——- должна быть не меньше рассчитанного значения.

личина N'■

Для нормализованных сердечников ШЛ, ПЛ, ОЛ были рассчитаны таблицы со значениями Ы, позволяющими выбрать необходимый типоразмер, обеспечивающий требуемые электромагнитные параметры (смотри статью в этом же сборнике).

б) При подсчете допустимого активного сопротивления дросселя можно воспользоваться известным выражением

(3)

<2о-К0

Из последнего выражения можно определить необходимое число витков

(4)

рЛ-Кн

в) При определении величины немагнитного зазора можно воспользоваться методикой [2, 7]. 1. Определяют

=к;./^в, (5)

где

К(

о --относительный зазор,

с

/с —длина средней силовой линии, б — величина зазора,

]]Уо=—1--удельные ампервитки,

к

Кф —коэффициент фиктивного зазора;

Ко — коэффициент, значения которого приведены в табл. 1

Таблица I

Материал магнигопровода Тип дросселя К' Г М 1 В0 [тл]

6 \а-вит.

Э 3 1 0 Э 4 1 Пермаллой П, ПЛ, Ш, ШЛ П, ПЛ, Ш, ШЛ П, ПЛ, Ш, ШЛ 1,6-10-6 1,8-10-6 2,2-10-6 0,8 0,7 0,57

2. По зависимостям ^— = ¡(8') определяют относительный зазор б'.

3. Подсчитывают величину немагнитного зазора

8 = 8'-/с.

(6)

При расчете с. д. на заданное падение напряжения должны быть заданы: индуктивность с. д. Ь, постоянная составляющая выпрямленного тока — /0, максимальное падение напряжения на дросселе — А11 частота пульсаций —/ и максимальная температура нагрева с. д. — I

Порядок расчета

1. По конструктивным, технологическим или габаритным соображениям выбирается тип магнитопровода.

2. Выбирается материал для сердечника дросселя и обмотки.

3. Определяется допустимое сопротивление дросселя при максимальной температуре нагрева:

Я

■^доп -*0

4. Подсчитывается мощность, затрачиваемая на нагрев с. д.:

Р = ф — ^о'Яяоп-

5. По таблицам [4] выбирают значение коэффициентов Ко и Кс и плотность тока Д.

6. По табл. 1 выбирают величину В0. В первом приближении для электротехнических сталей типа Э-310 можно принять 60=0,8 тл.

7. Подсчитывается расчетный коэффициент N по формуле (2).

8. По подсчитанному значению N по табл. 1, 2, 3 (смотри в этом же сборнике) выбирают типоразмер с. д., у которого величина коэффи-

ДГ <£ $0

циента Ы= —у— не меньше рассчитанного значения.

9. Определяется число витков обмотки по выражению (4).

10. Определяют расчетное сёчение провода и по таблицам из работы [6]

выбирают провод из условия пр.р.

11. Определяют фактическую плотность тока и сравнива-

пр

ют с рекомендуемой в [4].

12. Определяется величина оптимального немагнитного зазора:

В'

а) подсчитывают величину по выражению (5);

Кф

В' '

б) по зависимостям —/(б) определяют б'0пт;

Кф

в) определяют величину оптимального немагнитного зазора по выражению (6).

13. Подсчитываются технико-экономические показатели с. д.— вес, объем активных материалов, габаритный объем и стоимость активных материалов

в= а3 (К кс • Ус • Кс+К ко • Уо' К0), \/=аЦКус+Куо), \/г=а3-2Ккг, Ц=а3(Ккс-ас+Кко-5с0)>

где

Ккс, К ко, Ккг —безразмерные коэффициенты объемов, выражения которых приведены в таблице работы [1]; Уо> 7с —удельные веса меди и стали; о&о, ас —удельные стоимости меди и стали.

При расчете с. д., выполненного на произвольном (оптимальном) сердечнике; кроме перечисленных исходных данных, должна быть ука-

зана цель минимизации (вес, объем активных материалов, габаритный объем, стоимость активных материалов).

Особенностью расчета с. д. в этом случае является использование дросселей оптимальной геометрии. Оптимальные относительные разме-Ь с к

ры дросселя х=—> у=—, г=— определяются по таблицам [1] для О- СЬ С1

предварительно подсчитанных коэффициентов, указывающих на цепь оптимизации

р Ус-Кс. й ь О _ Ус'Кс'ССс

——; ру= 1

Уо-Ко Уо*К

о'"о

Основной типоразмер а определяют по выражению (1).

По предлагаемому методу был рассчитан сглаживающий дроссель на нормализованном сердечнике (пример № 1) и на произвольном (оптимальном) сердечнике (пример № 2), обеспечивающем минимальный габаритный объем дросселя.

Результаты расчетов сведены в табл. 2.

Таблица 2

о. о г к о, С /о а мгн Р в т. д\ 10-Ю расчетный лмо—10 выбранный Выбранный типоразмер XV витки 5 мм V л КГ л в кг Ц руб

1 50 2,01 25 1000 1100 ШЛ 40x80 39 3,0 2,56 3,58 11,35 18,1

2 50 2,01 25 1000 — а=44,5 мм 22 1,37 1,92 2,46 10,3 10,15

¿—120 мм

с=22,5 мм

/7 = 66,8 мм

Во всех примерах были приняты:

¿н = 105°; Кн = 1,334; А11ф= 0,5 в; р= 1,72-10 8 ом-м; ус =7,65 г/см3; у0=8,8 г/смъ; ас =0,0032 руб/смъ; а0 = 0,01 руб/см3; В0= 1 тл; Д = 3,5 а/мм2;

материал магнитопровода — сталь Э-340.

Выводы

1. Разработана инженерная методика расчета сглаживающего дросселя на заданное падение напряжения при учете нагрева дросселя.

2. Примеры расчета сглаживающих дросселей показывают, что для уменьшения технико-экономических показателей имеет смысл применение произвольной (оптимальной) геометрии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е. И. Гольдштейн. Некоторые вопросы проектирования оптимальных сглаживающих дросселей. Изв. вузов. «Электромеханика», № 4, 1964.

2. Е. И. Гольдштейн, Л. В. Траут. К инженерному расчету основных параметров электромагнитных устройств на нормализованных броневых сердечниках с зазорами. Изв. вузов, «Электромеханика», № 4, 1968.

3. Е. И. Гольдштейн. Некоторые вопросы проектирования и расчета сглаживающих дросселей. Диссертация, Томск, 1964.

4. И. И. Б е л о п о л ь с к и й, Л. Г. П >и к а л о в а. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. ГЭИ, 1963.

3 Заказ 9480

33

5. А. М. Б а м д а с, Ю. А. Савиновский. Дроссели фильтров радиоаппаратуры, «Сов. радио», 1962.

6. Кабели, провода и шнуры электрические. Государственные стандарты СССР.

1964.

7. Л. В. Т р а у т, Е. И. Гольд штейн. К инженерному расчету основных параметров электромагнитных устройств на нормализованных стержневых сердечниках с зазорами. Изв. ТЛИ, т. 179, 1969.