Бесплатная техническая библиотека ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Электросварка. Как рассчитать дроссель с сердечником. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование Необходимым элементом DC-DC преобразователя является дроссель. Цель данного раздела, не выходя за пределы школьного курса физики, дать методику расчета наиболее распространенного дросселя - дросселя, работающего с подмагничиванием. Для начала считаем, что в обмотке дросселя течет постоянный ток с незначительной пульсацией. Обмотка дросселя обычно полностью занимает окно сердечника. Поэтому, зная величину тока I и плотность тока J (А/мм2) в обмотке, а также площадь окна сердечника So (см2) и коэффициент его заполнения Кo, можно определить максимальное количество витков, которое можно разместить в окне сердечника: Потокосцепление обмотки дросселя можно определить, если известны витки, максимальная индукция Вm (Тл), Сечение сердечника Sc (см2) и его коэффициент заполнения Кm: Подставив (18.10) в (18.11), получим: Известно, что Из (18.12) и (18.13) найдем индуктивность дросселя: Из формулы индуктивности легко получить габаритные размеры сердечника, которые позволят получить требуемую индуктивность дросселя: Для выбора значений В, J, Кc, Кo можно использовать рекомендации табл. 18.5. При этом габаритную мощность Ргаб можно приравнять к 1,25 • ScSc. Для алюминиевого провода плотность тока следует уменьшить в 1,6 раза. Внимание! Во избежание насыщения сердечник дросселя должен иметь немагнитный зазор. Считаем, что по сравнению с немагнитным зазором, сердечник дросселя является идеальным магнитным проводником и все ампервитки обмотки приложены к немагнитному зазору. Благодаря длинному немагнитному зазору, индукция в сердечнике изменяется практически от нуля до Вm. Длину немагнитного зазора при известных ампервитках можно определить по формуле: или: Из (18.10), (18.13) и (18.17) выведем формулу для нахождения индуктивности дросселя: Часто мы видим, что дроссели со стальным сердечником используются в инверторных источниках на более высокой частоте, чем, казалось бы, для них допустимо. Этому можно найти разумное объяснение. Потери в стальном сердечнике трансформатора определяются по формуле: где Рc - потери в сердечнике; Руд - удельные потери для данного материала при заданных значениях максимальной индукции Ву и частоты fу синусоидальной магнитной индукции; Gс - масса сердечника; Вm - максимальная индукция в сердечнике; α и β - частотные показатели. В трансформаторе размах индукции достигает удвоенного значение максимальной индукции Вm (индукция меняется от -Вm до +Bm). А в дросселе, даже в режиме разрывных токов, размах не превышает значения Вm (индукция меняется от 0 до Вm). Значит, для дросселя формулу можно переписать в следующем виде: ΔB - размах индукции в сердечнике дросселя. Из формулы следует, что потери в сердечнике возрастают вместе с увеличением размаха индукции ΔB и с увеличением рабочей частоты f. Однако, если, увеличив частоту, мы уменьшим размах индукции, то потери не увеличатся. Отсюда можно определить максимальный размах индукции для более высокой рабочей частоты: Рассмотрим практические примеры расчета дросселя. Пример расчета дросселя № 1 Допустим, мы строим регулируемый сварочный источник. Источник питается от однофазной сети 220 В, 50 Гц. Регулировка сварочного тока в пределах от Imin = 50 А до Imax = 150 А осуществляется при помощи управляемого тиристорного выпрямителя. Периодичность нагрузки ПН = 40 %. Чтобы сварочная дуга не гасла в паузах напряжения, при минимальном токе и для максимального угла регулирования, необходимо, чтобы ток не падал ниже Iст = 10 А. Отсюда можно определиться с минимальной индуктивностью дросселя: Дроссель будем мотать на Ш-образном сердечнике из стали 3411 (Э310). Предварительно выберем:
Найдем габаритный размер сердечника: Для дросселя можно использовать два сердечника ШЛ40х80 (Sc = 32 см2, So = 40 см2). Определим количество витков обмотки: Обмотка выполняется проводом сечением: Определим длину немагнитного зазора: Определим результирующую индуктивность: Результат можно считать удовлетворительным, несмотря на то, что полученная индуктивность несколько ниже требуемой. Пример расчета дросселя № 2 Как говорилось в первом примере, дроссель в основном нужен для поддержания тока в паузах, вызванных работой выпрямителя (управляемого или неуправляемого). В отсутствии паузы в дросселе нет большой необходимости. Следовательно, можно значительно уменьшить габариты дросселя, если сделать его нелинейным, насыщающимся. Т. е., когда ток в дросселе ниже тока насыщения 1нап дроссель имеет значительную индуктивность, достаточную для поддержания тока в паузах, а когда ток становится больше Iнас дроссель отключается, т. к. его сердечник входит в насыщение. Рассчитаем нелинейный двухобмоточный насыщающийся дроссель для сварочного источника с тиристорным регулятором. Основная первичная обмотка дросселя до насыщения должна иметь индуктивность 0,3 мГн, а дополнительная вторичная обмотка - 7,5 мГн. Максимальный ток первичной обмотки составляет I1 = 180 А, а вторичной - I2 = 13 А. Сердечник дросселя должен войти в насыщение, если ток первичной обмотки превышает Iнас = 132 А. Предварительно считаем, что первичная обмотка дросселя будет мотаться алюминием, а вторичная - медью. Ранее мы определили, что при ПВ = 20% для меди допустима плотность тока JCu = 8 А/мм2. Так как алюминий имеет более высокое по сравнению с медью удельное сопротивление, то для него нужно выбирать плотность тока в 1,6 раза меньше, т. е. JAl = 5 А/мм2. Так как известны индуктивности обмоток дросселя, то коэффициент трансформации дросселя можно найти по формуле: Выведенные ранее формулы справедливы для однообмоточного дросселя, имеющего минимальную пульсацию тока в обмотках. Чтобы учесть разницу между действующим током и током насыщения, необходимо значение плотности тока J умножить на коэффициент насыщения: Чтобы выделить место в окне сердечника для дополнительной обмотки, необходимо умножить габарит сердечника на коэффициент: В качестве сердечника для дросселя выберем Ш-образный ленточный сердечник из стали 3411 (Э310). По модифицированной формуле (18.15) найдем: Для дросселя можно использовать один сердечник ШЛ32х50 (Sc =16 см2, So = 26 см2, ScSo = 416 см4). Определим количество витков первичной обмотки по модифицированной формуле (18.10): Определим количество витков вторичной обмотки: Первичная обмотка наматывается проводом сечением: Вторичная обмотка наматывается проводом сечением: Определим длину немагнитного зазора: Определим результирующую индуктивность первичной обмотки дросселя: Индуктивность получилась больше, чем нужно. Для получения требуемой индуктивности уменьшим количество первичной обмотки до Wt = 18. Соответственно, W2 = 90 витков и 5 = 2 мм. Пример расчета дросселя № 3 Рассчитаем дроссель L2 ЭРСТ. Максимальный ток дросселя - 315 А, минимальный -10 А. Частота пульсации тока в дросселе соответствует частоте ШИМ и равна FШИМ = 25000 Гц. Определим параметры дросселя, необходимые для обеспечения неразрывности сварочного тока. На рис. 18.25 изображена форма тока в дросселе L2, соответствующая границе неразрывности.
За время открытого состояния ключа ЭРСТ ток в дросселе увеличивается от нуля до амплитудного значения. Далее, за время паузы, ток уменьшается до нуля. Опасность выхода за границы неразрывности существует при минимальном сварочном токе Iсв min = 10 А и максимальном входном напряжении ЭРСТ. Определим напряжение дуги для минимального сварочного тока: Определим соотношение между амплитудным и средним значением тока треугольной формы. Среднее значение функции есть интеграл от этой функции или, попросту говоря, - площадь, ограниченная этой функцией и линией нулевого уровня. Площадь треугольника определяется как произведение высоты треугольника на половину длины основания: Отсюда найдем связь между средним и амплитудным значением тока: Если ключ открыт, то к дросселю приложено напряжение: Ток в дросселе нарастает от 0 до Ia. Во время паузы к дросселю приложено напряжение -Ud мин, и ток в нем уменьшается до 0. Так как изменение тока () в обоих случаях будет иметь одну и ту же величину, но разный знак, то Допустим, в качестве материала сердечника дросселя мы предполагаем использовать электротехническую сталь с толщиной листа 0,08 мм, которая на частоте fy = 1000 Гц, при индукции By = 1 Тл и прямоугольной форме напряжения имеет потери Py = 22 Вт/ кг. Частотные показатели стали α = 1,4 и β = 1,8. Найдем допустимый размах индукции для частоты 25000 Гц, который обеспечит такой же уровень потерь, как и на частоте 1000 Гц: Предварительно определимся, что индукция в сердечнике для постоянного тока может достигать величины В = 1,42 Тл, плотность тока J = 3,5 А/ мм2, Ko = 0,35 и Kc = 0,10. Найдем габаритный размер сердечника: По размерам подходит сердечник ШЛ25х50 (Sc = 12,5 см2, So = 16 см2). Размер сердечника ScSo = 12,5 • 16 = 200 см4. Определим количество витков: Обмотка выполняется медной шиной сечением: Определим немагнитный зазор: Определим результирующую индуктивность: Теперь следует убедиться, что размах высокочастотной пульсации индукции не превышает ΔB = 0,16 Тл. Максимальный размах индукции в сердечнике дросселя имеет место при максимальном входном напряжении Uвх max = 80 В и заполнении импульсов D = 0,5, и может быть найден по формуле: что не превышает допустимого значения. Автор: Корякин-Черняк С.Л. Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование. Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье. Последние новости науки и техники, новинки электроники: Использование Apple Vision Pro во время операций
16.03.2024 Хранение углерода в Северное море
16.03.2024 Выращены мини-органы из амниотической жидкости человека
15.03.2024
Другие интересные новости: ▪ Снижение высоты полета самолетов поможет экологии ▪ Нанорезонатор поможет отражать в 10000 раз больше света ▪ Открыт механизм старения иммунной системы Лента новостей науки и техники, новинок электроники
Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки: ▪ раздел сайта История техники, технологии, предметов вокруг нас. Подборка статей ▪ статья От какого животного произошло слово кожа? Подробный ответ ▪ статья Резак обыкновенный. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Сварочный малыш. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Немножко цирка. Физический эксперимент
Оставьте свой комментарий к этой статье: Комментарии к статье: Эльдар Видимо пора мне в школу опять Александр Компромистер Где оставить немагнитный зазор в кольцевом железном сердечнике? All languages of this page Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте www.diagram.com.ua |