CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 262 1973
ВЫРАЖЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА ФЕРРОМАГНИТНЫХ
УСТРОЙСТВ
В. П. ОБРУСНИК, Г. А. ХАЙДУРОВА
(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)
При расчетах ферромагнитных устройств (ФУ) плотность тока стараются выбирать максимальной, так как это всегда приводит к уменьшению удельно-экономического показателя (веса, габаритов и стоимости на единицу мощности). Наиболее существенным ограничением ее предельных значений является допустимый перегрев катушек, который тесно связан со многими физическими и геометрическими параметрами ФУ. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать плотность тока оптимально. Получены они на основе классических формул:
а) для температуры перегрева катушек ФУ [1, 2]
А^к-/- рк"Кз;'Ук ; (1)
б) для температуры перегрева сердечников [1,2]
50 I ас-П0С
в) для объемов катушек и сердечников [3, 4]
(3)
Увг^г V У-Ко П 3 /
• л—-' <4>
Кв3-/ 1/
V у-к о
где _
Оо=-\/ --Ъ*-г; (5)
у 4-кгпк-кзс-Кзк-/,
г) для поверхностей охлаждения катушек и сердечников [3, 4]
Пок=-Ж= . тт— ' 2 • 4 • ?„к, (6)
У В./ 'Ух-г-у
V В-/ х-г-у
Г К0
В выражениях (1) — (7) и далее приняты обозначения:
В, j — индукция и плотность тока;
Рк»ак^к,П0к,кзк—удельное сопротивление, коэффициент теплоотдачи, объем, поверхность охлаждения и коэффициент заполнения активных материалов катушек ФУ;
Pc»gc»ac>Vc,noc,K3C —удельные потери в стали (при частоте 50 гц), удельный вес, коэффициент теплоотдачи, объем, поверхность охлаждения и коэффициент заполнения магнитопровода ФУ;
/с,/к—относительная длина сердечников и катушек [4] далее сокращается;
fu Kf — частота и коэффициент формы сетевого напряжения;
Ргф —габаритная мощность одной фазы ФУ;
фпк > фпс — коэффициенты относительной поверхности охлаждения катушек и сердечников, величины безразмерные [4];
пк— число катушек обмотки переменного тока, подключаемой к сети;
к0 — коэффициент, показывающий, во сколько раз окно магнитопровода ФУ шире толщины одной катушки первичной обмотки, например, для БТ к=2,5-^3,3; для к0 = 5ч-5,5 и т. д.
х, у> z — геометрические соотношения размеров ФУ.
с h b
х ——, 2 = —, у~— для прямоугольного сечения; а а а
с Н
х——, Z ——, 1 для ступенчатых сечений, d0 d0
где a, b, do — ширина, толщина или средний диаметр главного сердечника магнитопровода,
h, с — высота и ширина окна магнитопровода.
Совместное решение (1—7) позволяет получить для ФУ до 10 ква работающих на частоте 50-М00 гц, когда индукцию можно выбирать максимальной на колене насыщения кривой намагничивания:
•= у/ д.-А*, у._В_ (8)
V ' Рк-Кзк / Ррф f h ЗС ЗК X» ' У '
для ФУ всех мощностей выше 10 ква, работающих на повышенной частоте (от 100 гц и выше):
J
л[/ак-Ахку3с-Атс-кас /50 V'¡
У ^Рк-Кзк/ Pc-gc \ fl>
Ч Ькгкж-пк-и Y z'-yVy-K^
Ргф / *5
• VW(2?nKy 2фпс • (9>
Здесь индукцию тоже приходится рассчитывать:
" Рк'-^гф
ас-Дхс /50 У'5
Рс-Кзс-g-c
tj
2®пк(2®пс)7 ' ■ (10)
У У ' К0
Выражения (8, 9) дают полную информацию о связи плотности тока ФУ со всеми его параметрами, позволяют вести достаточно точные расчеты, анализировать и синтезировать эти расчеты.
В заключение отметим основные свойства плотности тока ФУ, вытекающие из (8, 9).
1. Наиболее существенно плотность зависит от допустимой температуры перегрева, коэффициента теплоотдачи, удельного сопротивления и коэффициента заполнения катушек.
2. С увеличением толщины катушек она уменьшается примерно пропорционально \1уг х.
3. Эффективно влияет на плотность тока поверхность охлаждения, поэтому всегда следует добиваться участия в охлаждении всех участков катушек, вводить дополнительные охлаждающие каналы и т. д.
4. Плотность тока медленно, но уменьшается с увеличением мощности ФУ и незначительно увеличивается с увеличением частоты напряжения питающей сети.
ЛИТЕРАТУРА
1. Р. X. Бальян. Трансформаторы малой мощности. Л., Судпромгиз, 1961.
2. И. И. Б е л о "п о л ь с к и й, Л. Г. Пикалова. Расчет трансформаторов и дросселей малой ^мощности. М., Госэнергоиздат, 1963.
3. В. П. Обр у сник, В. Г. Киселев. Вопросы оптимальной геометрии подмаг-ничиваемых трансформаторов. Доклады VI научно-технической конференции по вопросам автоматизации лроизводства. Изд-во ТГУ, Томск, 1969.
4. В. П. Обр усни к. Теория оптимальной геометрии ферромагнитных устройств. Техотчет НИИ АЭМ, № гр. Б153278.
