www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua
Русский: Русская версия English: English version
Translate it!
Поиск по сайту

+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

Бесплатная техническая библиотека:
Все статьи А-Я
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Новости науки и техники
Журналы, книги, сборники
Архив статей и поиск
Схемы, сервис-мануалы
Электронные справочники
Инструкции по эксплуатации
Голосования
Ваши истории из жизни
На досуге
Случайные статьи
Отзывы о сайте

Справочник:
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому
Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
Конспекты лекций, шпаргалки
Крылатые слова, фразеологизмы
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Моделирование
Нормативная документация по охране труда
Опыты по физике
Опыты по химии
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Радиоэлектроника и электротехника
Строителю, домашнему мастеру
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Чудеса природы
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
Схемы и сервис-мануалы
Книги, журналы, сборники
Справочники
Параметры радиодеталей
Прошивки
Инструкции по эксплуатации
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
Ваши истории
Загадки для взрослых и детей
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика
Форумы
Карта сайта

ДИАГРАММА
© 2000-2020

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека, Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Электросварка. Как рассчитать дроссель с сердечником

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование

Комментарии к статье Комментарии к статье

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:
  • В = 1,42 Тл;
  • J = 5 А/мм2 (с учетом заданной ПН);
  • Кo - 0,35;
  • Кc = 0,95.
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.

Как рассчитать дроссель с сердечником
Рис. 18.25. Форма тока, 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.

<< Назад

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

раздел сайта Искусство аудио

журналы Радиодело (годовые архивы)

книга Однотипные связанные системы регулирования. Соболев О.С., 1972

книга Берг Аксель Иванович. Жизнь и деятельность. Ерофеев Ю.Н., 2007

статья Копировщик. Должностная инструкция

статья Универсальный УКВ-ДМВ приемник SEC-850M

справочник Вхождение в режим сервиса зарубежных телевизоров. Книга №1

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:

[lol][;)][roll][oops][cry][up][down][!][?]




Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая документация для любителей и профессионалов