Оптимальная геометрия высоковольтного сглаживающего дросселя на сердечниках типа пл Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ИЗВЕСТИЯ

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

Том 244 1972

ОПТИМАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ высоковольтного СГЛАЖИВАЮЩЕГО ДРОССЕЛЯ НА СЕРДЕЧНИКАХ ТИПА ПЛ

Е. И. ГОЛЬДШТЕЙН, А. И. АНОХИН, А. К- МАЙЕР, В. К. СКРИПКО

(Представлена семинаром кафедры ТОЭ, ТИРиЭТа)

Высоковольтные сглаживающие дроссели (ДВС) предназначены для сглаживания пульсаций в цепи питания специальных радиотехнических устройств. Как правило, ДВС выполняются на сердечниках типа ПЛВ с увеличенным окном [1], так как по мере повышения рабочего напряжения усиливают изоляцию обмотки. В известной нам литературе вопросы оптимизации ДВС не рассматривались, хотя последние имеют значительный вес и габариты. Поставим задачу исследовать ДВС с целью определения его геометрии обеспечивающей минимально-возможный вес или габаритный объем. С целью упрощения анализа не учитываем вес и габарит изоляционного материала (компаунда), крепежных деталей, изоляторов. Тогда вес и габаритный объем можно выразить следующими уравнениями [2]

а = аг-К0-10($-Кус + Ку0), (1)

1/г -а* . 2 • Жуг, (2)

где

а — основной типоразмер дросселя (рис. 1),

о _ Ке • Тс

? ~ Ко ■ъ<

Ко, Кс —коэффициенты заполнения окна проводниковым материалом и магнитопровода сталью, То> Тс — удельные веса меди и стали, Яус, Ку0, Луг — безразмерные коэффициенты геометрии ДВС, определяемые относительными размерами х = У =

г— (рис. 1). Значения коэффициентов Км с, Ку 0, Кут для магни-топроводов типа ПЛ приведены в табл. 1.

В инженерной практике наиболее часто встречаются два расчетных случая для ДВС:

I р. с. — расчет на заданное падение напряжения на дросселе,

II р. с. — расчет на заданный перегрев.

4 Заказ 9811 , 49

Рис. 1

В соответствии с этим основной типоразмер можно определить по следующим выражениям [2]:

/ДГ, \0,2

где

м =■

<3>

(¿/о)® ■ Р . /?„1 .

аи

• Во ■ К[ ■ К0

(и20)2 ■ Р ■ /Г„п

Ми = 2(В0)2 • К\ ■ Ко ■ « • -с '

£ —индуктивность ДВС,

/о — постоянная составляющая тока,

—допустимое активное сопротивление ДВС, р —удельное сопротивление меди, В0 — постоянная составляющая индукции, АГн« = 1 + «т (^р ^ 20°), Кт= 1 + «т(*окр+* — 20°),

ат ■—температурный коэффициент меди, ¿окр — температура окружающей среды, т ■—температура перегрева ДВС, а — коэффициент теплоотдачи,

п{ —коэффициент геометрии, выражения для которого приведены в табл. 1,

о

Кер^—---коэффициент поверхности охлаждения ДВС, выражения

для которого приведены в табл. 1. Подставив (3) в (2) и (1) и проанализировав полученные выражения, можно сделать вывод о возможности (при отыскании оптимальной геометрии) оперировать со следующими удельными технико-экономиче-скими показателями:

О; =(/гг)-°'6№с + Я'уо);

О'и = (Пг ■ К„)~ЦЩус + Л^о); (4)

I/;, = (Яг)-о.б .Кчг; Кп=("г- Кер)~31' ■ Куг .

Таблица 1

Коэффи- Для дросселя стержневого

циенты с одной катушкой с двумя катушками

К

кКс Ко " Кг

чдр

х(ЗМ+2г+2у) уг(2+2х+ЗМу) (1 +у)(х+2у) (2+2) х2уг

2+2х+ЗМу (хг+2г+2ху+4у+ +я уг+лу2+пх4-п)

х(ЗМ+2г+2у) уг(2+2х+\,57у) (1+У) (х+у) (2+2) х2уг 2+2х+\$7у (хг+2г+2ху+4у+ +яуг+0,Ьяу2+ях+п)

Для минимизации выражений (4) была составлена специальная программа поиска на ЭЦВМ оптимальных параметров геометрии, обеспечивающих минимум соответствующего технико-экономического по* казателя. Пределы поиска приняты:

х =

в

а

: 1 ■

1

5;

-Ю; 14-10.

Минимизация проводилась при значениях коэффициента подсчитанных при Кс^О.вб, ус = 7,65 г/см3, \'0 = 8,8 г/см3

с

н

г~— а

Р

Тс-/Сс

То • к* •

и Ко=0,246;

0,182; 0,146; 0,109; 0,082. Коэффициенты заполнения окна определены экспериментально для ДВС, выпускаемых серийно. Шаг поиска по ху у и г был принят одинаковым Ля = Ду — Дг = 0,1. Результаты минимизации приведены в табл. 2.

Таблица 2

Дроссель стержневой

Минимизируемая функция о однокатушечный двухкатушечный

Р X У г X У г

<и я к

сЗ 5"

(1)

О,

С

3,0 2,3 1,0 2,3 1,6 1,1 2,2 ч

4,06 2,1 1,0 2,5 1,5 1,1 2,5 о

5,06 2,0 1,0 2,7 1,4 1,2 2,7 О.

6,78 1,9 1.0 2,9 1,3 1,2 2,9 1

9,03 1,7 1,1 3,0 1,2 1,3 зд

у' — 5,0 1,0 3,0 3,8 1,0 3,0

Г1

3,0 1,3 1,1 1,9 1,0 1,5 1,6 ч*

4,06 1,0 1,1 2,2 1,0 1,8 1,8 и

5,06 1,0 1,3 2,4 1,0 2,0 2,0 О. 1

6,78 1,0 1,5 2,7 1,0 2,4 2,3 1 1—4

9,03 1,0 1,8 3,0 1,0 2,7 ■2,7

Уу

5,0

1,0

3,6

5,0

1,0

3,8

4*

51

Для выяснения вопроса о целесообразности и эффективности перехода в некоторых случаях от стандартной геометрии, то есть от параметров геометрии ДВС ряда «Генри П» [1], к оптимальной геометрии проведем сопоставление удельных технико-экономических показателей (4) ДВС ряда «Генри П» и оптимальной геометрии. Сравнение проводим при одинаковых условиях. При этом считаем, что в первом приближении геометрия не влияет на коэффициент теплоотдачи, на магнитный режим и на коэффициенты заполнения. Результаты сравнения приведены в табл. 3. Оценка выигрыша в весе и в габаритном объеме

с'т V

подсчитана соответственно как —. 100% и -,Г'С1 -100%, при этом

б/ V

опт г.опт

удельные показатели оптимальных ДВС принимались за 100%.

Таблица 3

Сравниваемый дроссель из ряда „Генри П„ Удельный показатель сравнения Удельный показатель сравниваемого дросселя Удельный показатель дросселя оптимальной геометрии Оценка результатов минимизации в % Примечание

ПЛВ12,5x20—62,5 ПЛВ 10x16—50 ПЛВ20х40—90 3,0 5,06 6,78 4,06 9,03 о; 146 180,98 210,1 164 210,85 78,41 118,83 151,77 99,4 194,43 186 152,1 138,5 165 112 сз м . g >» стз

ПЛВ-10х16—50 ПЛВ12,5x20—62,5 ПЛВ20х40—90 — П 94,4 94,4 61,36 26,8 26,8 26,8 352 352 229 о а, ^

ПЛВ12,5x20—62,5 ПЛВ10х16—50 ПЛВ20х40—90 3,0 5,06 6,78 4,06 9,03 о; 94,75 122,9 146,4 109,28 165,6 67,68 102,25 129,9 85,66 164,4 140 120 112.4 127,8 100.5 s ье В >> н СЗ « CS

ПЛВ 10x16—50 ПЛВ 12,5x20—62,5 ПЛВ20х40—90 — к 47,31 47,31 34,27 21,28 21,28 21,28 222 222 160 ч о Си

ПЛВ 12,5x20—62,5 ПЛВ10х16—50 ПЛВ20х40—90 3,0 5,06 6,78 4,06 9,03 G„ 28,83 35,71 32,37 45,77 17,15 25,35 31,45 21,47 39,11 168 141 150 117 СО Ьй a н аз » и»«

ПЛВ10х16—50 ПЛВ 12,5x20—62,5 ПЛВ20х40—90 — 18,62 18,62 13,32 5,84 5,84 5,84 319,0 319 228 t; CJ а.

ПЛВ 12,5x20—62,5 3,0 19,65 17,15 114,5 §

5,06 25,49 24,68 103,3 g

6,78 G;

II

ПЛВ 10x16—50 4,06

ПЛВ20х40—90 9,03 38,03 37,46 101,5

ПЛВ10х16—50 ПЛВ 12,5х—20 ПЛВ20х40—90

ПЛВ12,5х—20 —

19,65 17,15 114,5

25,49 24,68 103,3

30,87 30,51 101

22,66 21,16 107

38,03 37,46 101,5

9,81 4,82 203

9,81 4,82 203

7,76 4,82 160

а

Вывод

Как показывает анализ результатов сравнения (табл. 3), использование ДВС оптимальной геометрии дозволит в 1,б-гЗ,5 раза сократить его габаритный объем и получить выигрыш в весе до 80%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нормаль радиопромышленности (проект). Дроссели высоковольтные, фильтровые. Технические условия. Редакция 2-67.

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