62785 (588836), страница 4
Текст из файла (страница 4)
3) оптимальным является сочетание конструктивных данных, при котором отношение потерь мощности в каждой из обмоток к мощности, передаваемой через нее одинаково;
4) удельное сопротивление обмоток, расположенных вблизи и вдали от зон повышенного нагрева, считается одинаковым.
Исходные данные для расчета:
совокупность чисел, характеризующих фазность обмоток: m1=2, m2=3;
напряжение, подключённое к вторичной обмотке: U21=15 В; U22=5; U23= 12
мощность: P2=60 Вт;
электродвижущая сила (ЭДС) прикладываемая к первичной обмотке: E1=600 B;
частота коммутаций силовых ключей: f=30 кГц;
температура окружающей среды: То=20 оС;
максимально допустимая относительная величина тока намагничивания:
Im max<=0.2;
максимально допустимая температура наиболее нагретой точки трансформатора: Tт max=130 оС;
коэффициент теплоотдачи: =1.210-3 Вт/(см2 К);
коэффициент полезного действия (КПД): =0.9.
максимальный коэффициент заполнения окна сердечника обмотки: 0 max=0.7.
Расчёт ориентирован преимущественно на проектирование трансформаторов тороидальной конструкции и состоит из двух частей: оценочного и конструктивного.
Целью оценочного расчета является определение основных параметров трансформатора, выполненного на кольцевом сердечнике разных типоразмеров их стандартного ряда.
Для работы на частоте от 10 кГц и выше в качестве материала сердечника применяются ферриты 2000НМ‑1, 1500НМ‑1 и др. Выбирали марку сердечника. Для этого построили зависимости удельных потерь мощности в сердечнике от перепада индукции В в нём:
(2.3)
где Рс - потери мощности в сердечнике, Вт;
Vc - объём сердечника, м3.
Использовали выражение:
(2.4)
где f – заданная частота, кГц;
В-изменение магнитной индукции в сердечнике трансформатора за ту часть периода Т/2, когда это изменение происходило в одном направлении, Тл;
Hco, dHc/dBm, Rв – величины найденные по таблице 2.4.
По формуле (2.4.) рассчитали для каждого материала зависимость Рс.уд. от В в виде таблицы, задаваясь последовательно значениями:
где N – целое число;
х = 0,1.. 0,2;
Bm – амплитудное значение магнитной индукции, Тл (табл. 2.4).
Данные для расчета взяли из таблицы 2.4 [8]:
Таблица 2.4. Параметры аппроксимирующих выражений, описывающих магнитные свойства ряда ферримагнетиков
| № пп | Тип фер. | B, Тл | ||||||
| Hco, A/m | dHc/dBm A/(mТл) | DH0/dBm, A/(mТл) | H0, A/mH0, A/m | Bm2, Тл | RВ коМ/м | |||
| 1. | 6000НМ | 6.4 | 0 | 48.3 | 776 | 0.355 | 15 | 4.4 |
| 2. | 4000НМ | 1.06 | 8 | 80 | 758 | 0.38 | 16 | 26 |
| 3. | 3000НМ | 3.68 | 16 | 94.4 | 755 | 0.37 | 20 | 31 |
| 4. | 2000НМ | 1.2 | 40 | 164 | 719 | 0.39 | 12 | 56 |
| 5. | 2000НМ1 | 7.2 | 40 | 160 | 725 | 0.34 | 7 | 63 |
| 6. | 1500НМ2 | 0 | 65.4 | 240 | 699 | 0.33 | 10 | 180 |
| 7. | 1500НМ3 | 6.77 | 37 | 212 | 699 | 0.38 | 10 | 180 |
| 8. | 1000НМ3 | 20 | 0 | 250 | 715 | 0.258 | 10 | 280 |
| 9. | 700НМ | 0 | 75.4 | 844 | 749 | 0.4 | 2 | 1000 |
Для материала 6000 НМ:
Hco = 6.4 А/м,
dHc/dBm = 0 А/(мТл),
Rв = 4,4 кОм/м.
x = 0.15
Подставляя числовые значения в (2.3.) получилипри В = 0 Тл
Рс.уд.=0 Вт/м3
при В=0,1 Тл
Рс.уд.= 38,4 Вт/м3,
при В=0,2 Тл
Рс.уд.= 76,8 Вт/м3, и т.д.
Аналогично рассчитали зависимости Рс.уд.(В) для других материалов результаты вычислений занесли в таблицу 2.5.
Таблица 2.5. Рассчитанные значения Рс.уд., Вт/м3.
| Тип фер. | B, Тл | |||||||
| 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | |
| 6000НМ | 0 | 38,4 | 76,8 | 115,2 | 153,7 | 192,2 | 230,7 | 269,2 |
| 4000НМ | 0 | 8,7 | 22,3 | 40,7 | 63,8 | 91,8 | 124,6 | 162,2 |
| 3000НМ | 0 | 26,8 | 63,3 | 109,4 | 165,1 | 230,4 | 305,3 | 389,8 |
| 2000НМ | 0 | 19,2 | 62,4 | 129,6 | 220,8 | 336,1 | 475,2 | 638,4 |
| 2000НМ1 | 0 | 55,2 | 134,4 | 237,6 | 164,8 | 516,1 | 691,2 | 890,4 |
| 1500НМ2 | 0 | 19,6 | 78,5 | 176,6 | 313,9 | 490,5 | 706,3 | 961,3 |
| 1500НМ3 | 0 | 51,7 | 125,6 | 221,7 | 340,1 | 480,6 | 643,3 | 828,2 |
| 1000НМ3 | 0 | 120 | 240 | 360 | 480 | 600 | 720 | 840 |
| 700НМ | 0 | 22,6 | 90,5 | 203,6 | 361,9 | 565,5 | 814,3 | 1108,4 |
По данным таблицы 2.5. построили графики (рис. 2.8).
Анализируя график, увидели, что наименьшими удельными потерями в заданных условиях обладает материал 4000 НМ. Следовательно, выбрали для нашего сердечника материал 4000 НМ.
Определили типоразмеры сердечника в стандартном ряде размеров, начиная с которых сердечники пригодны для изготовления трансформатора с заданными параметрами. При этом мы приняли коэффициент укладки λ0=0,7. Для этого взяли два любых размера сердечника [9], например К10х6х3 и 2К20х12х6, из стандартного ряда размеров сердечников и нашли для них зависимость Рвыхмакс от объёма этих сердечников Vт.
Рассчитали объём Vc кольцевого сердечника [8]:
; (2.5)
где Dc=10∙10-3 - внешний диаметр кольцевого сердечника К10х6х3, в м;
dc=6∙10-3-внутренний диаметр кольцевого сердечника К10х6х3, в м;
hc=3∙10-3 - высота кольцевого сердечника К10х6х3, в м;
π=3,14 – константа.
Vc=0,25∙3,14∙(10∙10-3-6∙10-3)
3∙10-3=1.508∙10-7 м3
Аналогично рассчитали объём сердечника с размерами 2К20х12х6. Полученное значение объёма занесли в таблицу 2.6.
Таблица 2.6. Объём выбранного сердечника
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, м3 |
| К10х6х3 | 1.508∙10-7 |
| 2К20х12х6 | 2.443∙10-6 |
Определили максимальную мощность потерь на единицу поверхности сердечника [8]:
, Вт, (2.6)
Рис 2.8.
где α=14 – коэффициент теплоотдачи, в Вт/(м∙К);
π=3,14 – константа;
ТТ макс = 130 ‑ максимальная температура трансформатора, в oC;
ST= 3.27∙10-4 – площадь поверхности сердечника c размерами К10х6х3, берётся из справочника, в м2.
Аналогично расчёт произвели для сердечника с размерами 2К20х12х6. Значение максимальной мощности потерь для данного размера сердечника занесли в таблицу 2.7.
Таблица 2.7. Максимальная мощность потерь сердечника
| Типоразмер сердечника | Искомая величина |
| К10х6х3 | 0.925 |
| 2К20х12х6 | 4.891 |
Определили оптимальную магнитную индукцию насыщения ΔBопт:
(2.7)
где Vc=
- объём сердечника с размерами К10х6х3, в м3;
с1=f∙Hco=30000∙1,2=3,6∙104;
с2=30000∙40+(2∙30000)2/56000 = 2,179
Rв=56000 – удельное сопротивление материала 2000 НМ, в Ом.
=3,6∙104/2,179∙106+((3,6∙104/2,179∙106)+/0,925/2∙2,179∙106∙1,508∙10-7)0,5=1,159 Тл
Аналогичный расчёт произвели для сердечника с размерами 2К20х12х6. Значение оптимальной магнитной индукции насыщения ΔBопт для данного размера сердечника занесли в таблицу 2.8.
Таблица 2.8. Оптимальная магнитная индукция насыщения ΔBопт
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, Тл |
| К10х6х3 | 1,159 |
| 2К20х12х6 | 0,58 |
Из таблицы видно, что ΔBопт для сердечника К10х6х3 равна 1,159 Тл, что выше максимальной магнитной индукции материала (0,78 Тл), поэтому приняли эту величину равной 0,78 Тл, и дальнейшие расчёты вели для неё.
Нашли потери мощности Pc в сердечнике c размерами К10х6х3:
Рс=Рс.уд. (ΔBопт)∙Vc=3.066∙106 ∙1.508∙10-7=0.462, Дж (2.8)
где
Рс.уд. (ΔBопт)= 3.066∙106 – удельные потери в магнитопроводе при ΔB=ΔBопт, в Дж/м3;
Vc=1.508∙10-7 – объём сердечника с данными размерами, в м3.
Аналогичный расчёт произвели для сердечника с размерами 2К20х12х6. Значение потери мощности потерь Pc в сердечнике для данного размера занесли в таблицу 2.9.
Таблица 2.9. Потери мощности Pc в сердечнике
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, Вт |
| К10х6х3 | 1.419∙105 |
| 2К20х12х6 | 8.025∙105 |
Для найденных значений Вопт определили амплитудное значение напряжённости магнитного поля Нm. Для этого использовали данные таблиц 2.4, 2.6 и следующую формулу [8]:
, (2.9)
В=Вопт – оптимальная магнитная индукция намагничивания из табл. 2.8
Для сердечника К20
10
5 получили следующий результат:
796 А/м.
Аналогичный расчёт произвели для сердечника с размерами К10х6х3. Все полученные результаты сведены в таблицу 2.10.
Таблица 2.10. Амплитудное значение напряжённости магнитного поля Нm
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, А/м |
| К10х6х3 | 796,084 |
| 2К20х12х6 | 80,801 |
Рассчитали мощность сердечника с учётом температурной поправки:
, в Вт; (2.10)
где
=
Вт/(А∙Гц) – из справочника для сердечника К10х6х3;
Аналогичный расчёт произвели для сердечника с размерами 2К20х12х6. Полученные значения занесли в таблицу 2.11.
Таблица 2.11. Мощность сердечника с учётом температурной поправки
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, Вт |
| К10х6х3 | 2.033∙10 -6 |
| 2К20х12х6 | 1,818∙10 -4 |
Нашли величину относительных потерь мощности в обмотках δ [8]:
(2.11.)
Рассчитанные значения занесли в таблицу 2.12.
Таблица 2.12. Величина относительных потерь мощности в обмотках
| Типоразмер сердечника | Искомая величина |
| К10х6х3 | 0.03 |
| 2К20х12х6 | 6.018∙10 -4 |
Определили относительную величину амплитуды тока намагничивания[8]:
, (2.12)
где – величина относительных потерь мощности в обмотках, рассчитывается по формуле 2.11;
Рвых – мощность, которая может быть передана в нагрузку, Вт;
Рс – потери мощности в сердечнике при данном ΔВ, Вт.
Полученные значения занесли в таблицу 2.13.
Таблица 2.13. Относительная величина амплитуды тока намагничивания
| Типоразмер сердечника | Искомая величина |
| К10х6х3 | 0,151 |
| 2К20х12х6 | 0,182 |
Из справочника нашли объем трансформатора с размерами сердечника К10х6х3 и 2К20х12х6 при λ0=0,7:
Таблица 2.14. Объём трансформатора
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, см3 |
| К10х6х3 | 0,56 |
| 2К20х12х6 | 6,85 |
Рассчитали максимальную выходную мощность сердечника с данными размерами:
(2.13)
= (2·2,033·106·(30000·0,76)2·(0,925–0,462)/2+1)0,5= 30,8 Вт
Полученные значения занесли в таблицу 2.15.
Таблица 2.15. Максимальная мощность даваемая трансформатором в нагрузку
| Типоразмер сердечника | Искомая величина, Вт |
| К10х6х3 | 30.8 |
| 2К20х12х6 | 499.3 |
По данным таблиц 2.13 и 2.14 построили по двум точкам с координатами (Pвыхмакс; Vт) зависимость Pвыхмакс от Vт на рис. 2.9.
По заданной мощности с графика сняли значение объёма трансформатора Vт, Vт=1,2 см3.
Нашли интервал объёмов, в котором может находиться наш сердечник:
Vт.макс= Vт+0.4∙ Vт=1,68 см3; Vт.мин= Vт-0.4Vт=0,72 см3.
По найденному интервалу нашли по справочнику типоразмеры сердечников, объёмы которых лежат в найденном интервале: 2K10x6x3, К12x5x5.5, 2K12x8x3, K16x10x4.5. Из найденных типоразмеров сердечников выбрали наиболее подходящий нашему трансформатору [9].
Используя значения Sт при о=0.1; 0.3; 0.5; 0.7 для выбранных материалов определили зависимости Pт.макс = f(о) по формуле 2.6. Результаты вычислений сведены в таблицу 2.16.
Таблица 2.16. Значение Pт.макс, Вт
| Значение о | Типоразмер сердечника | |||
| 2K10x6x3 | К12x5x5.5 | 2K12x8x3 | K16x10x4.5 | |
| 0.1 | 0,874 | 1,151 | 1,094 | 1,476 |
| 0.3 | 0,99 | 1,23 | 1,295 | 1,773 |
| 0.5 | 1,105 | 1,306 | 1,496 | 2,067 |
| 0.7 | 1,221 | 1,385 | 1,696 | 2,367 |
Далее пользуясь формулами нашли зависимость Pс=f(B) для всех выбранных типоразмеров сердечников.
Нашли потери в обмотках, где находится по формуле 2.11, а Pc определили с учетом формул 2.5 и 2.8 для каждого значения B и о
(2.14)
Рассчитали потери в трансформаторе для каждого значения и о для всех выбранных типоразмеров сердечников по формуле:
(2.15)
Рассчитанные значения Pт, Po, Pc, для выбранных типоразмеров сердечников занесены в таблицы 2.17 – 2.20.
Таблица 2.17. Значение величин для сердечника 2K10x6x3
| Значение о | Значение B Тл | Значения величин | |||
| Рс, Вт | Ро, Вт | Рт, Вт | |||
| 0.1 | 0,78 | 0,428 | 0,066 | 8,216 | 8,643 |
| 0,624 | 0,278 | 0,108 | 13,737 | 14,016 | |
| 0,468 | 0,161 | 0,217 | 28,05 | 29,01 | |
| 0,312 | 0,075 | 0,761 | 45 | 45 | |
| 0,156 | 0,022 | 1,49 | 126,23 | 126,3 | |
| 0.3 | 0,78 | 0,428 | 0,022 | 2,696 | 3,214 |
| 0,624 | 0,278 | 0,035 | 4,298 | 4,577 | |
| 0,468 | 0,161 | 0,065 | 8,026 | 8,187 | |
| 0,312 | 0,075 | 0,163 | 21,166 | 21,241 | |
| 0,156 | 0,022 | 1,869 | 434,053 | 439,074 | |
| 0.5 | 0,78 | 0,428 | 0,014 | 1,692 | 2,12 |
| 0,624 | 0,278 | 0,022 | 2,674 | 2,953 | |
| 0,468 | 0,161 | 0,04 | 4,897 | 5,058 | |
| 0,312 | 0,075 | 0,096 | 12,108 | 12,183 | |
| 0,156 | 0,022 | 0,625 | 98,427 | 98,449 | |
| 0.7 | 0,78 | 0,428 | 0,011 | 1,285 | 1,713 |
| 0,624 | 0,278 | 0,017 | 2,024 | 2,302 | |
| 0,468 | 0,161 | 0,03 | 3,677 | 3,838 | |
| 0,312 | 0,075 | 0,071 | 8,873 | 8,948 | |
| 0,156 | 0,022 | 0,399 | 57,445 | 57,466 | |
По данным таблицы для каждого значения о построили зависимость Po(B), Рс(B), Рт(B) для о=0,1 ‑ рис. 2.10, о=0,3 ‑ рис. 2.11, о=0,5‑рис. 2.12, о=0,7 ‑ рис. 2.13.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,1.
Рис. 2.10
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,3.
Рис. 2.11
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,5.
Рис. 2.12
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,7.
Рис. 2.13.
Таблица 2.18. Значение величин для сердечника 2K12x8x3
| Значение о | Значение B Тл | Значения величин | |||
| Рс, Вт | Ро, Вт | Рт, Вт | |||
| 0.1 | 0,78 | 0,535 | 0,036 | 4,445 | 4,98 |
| 0,624 | 0,348 | 0,058 | 7,188 | 7,536 | |
| 0,468 | 0,201 | 0,11 | 13,894 | 14,096 | |
| 0,312 | 0,094 | 0,301 | 41,615 | 41,709 | |
| 0,156 | 0,027 | 5,9 | 1389 | 1389,1 | |
| 0.3 | 0,78 | 0,535 | 0,013 | 1,541 | 2,076 |
| 0,624 | 0,348 | 0,02 | 2,431 | 2,779 | |
| 0,468 | 0,201 | 0,036 | 4,436 | 4,637 | |
| 0,312 | 0,094 | 0,087 | 10,861 | 10,955 | |
| 0,156 | 0,027 | 0,53 | 81,484 | 80,511 | |
| 0.5 | 0,78 | 0,535 | 0,008 | 0,994 | 1,529 |
| 0,624 | 0,348 | 0,013 | 1,561 | 1,909 | |
| 0,468 | 0,201 | 0,023 | 2,818 | 3,019 | |
| 0,312 | 0,094 | 0,054 | 6,682 | 6,777 | |
| 0,156 | 0,027 | 0,276 | 37,756 | 37,783 | |
| 0.7 | 0,78 | 0,535 | 0,006 | 0,771 | 1,306 |
| 0,624 | 0,348 | 0,009 | 1,029 | 1,557 | |
| 0,468 | 0,201 | 0,018 | 2,174 | 2,375 | |
| 0,312 | 0,094 | 0,042 | 5,09 | 5,184 | |
| 0,156 | 0,027 | 0,199 | 26,256 | 26,283 | |
По данным таблицы для каждого значения о построили зависимость Po(B), Рс(B), Рт(B) для о=0,1 ‑ рис. 2.14, о=0,3 ‑ рис. 2.15, о=0,5 ‑ рис. 2.16, о=0,7 ‑ рис. 2.17.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,1.
Рис. 2.14.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,3.
Рис. 2.15.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,5.
Рис. 2.16
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,7.
Рис. 2.17
Таблица 2.19. Значение величин для сердечника K12x5x5,5
| Значение о | Значение B Тл | Значения величин | |||
| Рс, Вт | Ро, Вт | Рт, Вт | |||
| 0.1 | 0,78 | 0,729 | 0,04 | 4,928 | 5,657 |
| 0,624 | 0,475 | 0,064 | 7,991 | 8,465 | |
| 0,468 | 0,274 | 0,122 | 15,58 | 15,854 | |
| 0,312 | 0,128 | 0,344 | 48,437 | 48,565 | |
| 0,156 | 0,037 | 3,673 | 368,472 | 368,509 | |
| 0.3 | 0,78 | 0,729 | 0,013 | 1,63 | 2,359 |
| 0,624 | 0,475 | 0,021 | 2,569 | 3,043 | |
| 0,468 | 0,274 | 0,038 | 4,69 | 4,964 | |
| 0,312 | 0,128 | 0,092 | 11,532 | 11,661 | |
| 0,156 | 0,037 | 0,579 | 89,64 | 89,677 | |
| 0.5 | 0,78 | 0,729 | 0,008 | 1,011 | 1,741 |
| 0,624 | 0,475 | 0,013 | 1,586 | 2,061 | |
| 0,468 | 0,274 | 0,024 | 2,862 | 3,136 | |
| 0,312 | 0,128 | 0,055 | 0,786 | 6,914 | |
| 0,156 | 0,037 | 0,282 | 38,548 | 38,585 | |
| 0.7 | 0,78 | 0,729 | 0,006 | 0,756 | 1,485 |
| 0,624 | 0,475 | 0,01 | 1,182 | 1,657 | |
| 0,468 | 0,274 | 0,018 | 2,123 | 2,398 | |
| 0,312 | 0,128 | 0,04 | 4,963 | 5,091 | |
| 0,156 | 0,037 | 0,193 | 25,407 | 25,444 | |
По данным таблицы для каждого значения о построили зависимость Po(B), Рс(B), Рт(B) для о=0,1 ‑ рис. 2.18, о=0,3 ‑ рис. 2.19, о=0,5 ‑ рис. 2.20, о=0,7 ‑ рис. 2.21.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,1 для сердечника К12х5х5,5.
Рис. 2.18.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,3 для сердечника К12х5х5,5.
Рис. 2.19
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,5 для сердечника К12х5х5,5.
Рис. 2.20
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,7 для сердечника К12х5х5,5.
Рис. 2.21
Таблица 2.20. Значение величин для сердечника K16x10x4,5
| Значение о | Значение B Тл | Значения величин | |||
| Рс, Вт | Ро, Вт | Рт, Вт | |||
| 0.1 | 0,78 | 0,782 | 0,017 | 2,07 | 2,853 |
| 0,624 | 0,509 | 0,027 | 3,275 | 3,784 | |
| 0,468 | 0,294 | 0,049 | 6,028 | 6,222 | |
| 0,312 | 0,138 | 0,12 | 15,225 | 15,363 | |
| 0,156 | 0,04 | 0,915 | 160 | 160,048 | |
| 0.3 | 0,78 | 0,782 | 0,006 | 0,75 | 1,533 |
| 0,624 | 0,509 | 0,001 | 1,174 | 1,683 | |
| 0,468 | 0,294 | 0,017 | 2,107 | 2,401 | |
| 0,312 | 0,138 | 0,04 | 4,922 | 5,059 | |
| 0,156 | 0,04 | 0,191 | 25,136 | 25,175 | |
| 0.5 | 0,78 | 0,782 | 0,004 | 0,497 | 1,279 |
| 0,624 | 0,509 | 0,006 | 0,775 | 1,284 | |
| 0,468 | 0,294 | 0011 | 1,385 | 1,679 | |
| 0,312 | 0,138 | 0,026 | 3,19 | 3,328 | |
| 0,156 | 0,04 | 0,117 | 14,826 | 14,901 | |
| 0.7 | 0,78 | 0,782 | 0,003 | 0,394 | 1,176 |
| 0,624 | 0,509 | 0005 | 0,614 | 1,123 | |
| 0,468 | 0,294 | 0,009 | 1,095 | 1,389 | |
| 0,312 | 0,138 | 0,021 | 2,507 | 2,645 | |
| 0,156 | 0,04 | 0,09 | 11,284 | 11,324 | |
По данным таблицы для каждого значения о построили зависимость Po(B), Рс(B), Рт(B) для о=0,1 ‑ рис. 2.22, о=0,3 ‑ рис. 2.23, о=0,5 ‑ рис. 2.24, о=0,7 ‑ рис. 2.25.
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,1 для сердечника К16х10х4,5.
Рис. 2.22
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,3 для сердечника К16х10х4,5.
Рис. 2.23
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,5 для сердечника К16х10х4,5.
Рис. 2.24
Графики зависимости Ро, Рс, Рт от величины магнитной индукции при λо=0,7 для сердечника К16х10х4,5.
Рис. 2.25
Таблица 2.21. Значения Iμm и Pвых.макс при заданных Bопт и данном λо
| Размер сердечника | λо | Bопт, Тл | Iμm | Pвых.макс., Вт |
| 2К10х6х3 | 0,1 | 0,081 | 0,2 | 5,2 |
| 0,3 | 0,064 | 0,2 | 14,1 | |
| 0,5 | 0,052 | 0,2 | 21,8 | |
| 0,7 | 0,013 | 0,2 | 30,6 | |
| 2К12х8х3 | 0,1 | 0,011 | 0,2 | 5,3, |
| 0,3 | 0,025 | 0,2 | 12,7 | |
| 0,5 | 0,03 | 0,2 | 25,5 | |
| 0,7 | 0,55 | 0,2 | 57,3 | |
| К12х5х5,5 | 0,1 | 0,52 | 0,2 | 30,1 |
| 0,3 | 0,6 | 0,2 | 42,5 | |
| 0,5 | 0,72 | 0,2 | 54,9 | |
| 0,7 | 0,75 | 0,2 | 59,1 |
Из таблицы видно, что максимальная выходная мощность сердечников 2К10х6х3, 2К12х8х3, К12х5х5,5 при всех λо меньше заданной, значит они не подходят для нашего трансформатора, и дальнейший расчёт для них не ведём.
Рассчитали величины Pт.опт, Pc, Pт по формулам (2.8), (2.14). Полученные данные свели в таблицу.
Таблица 2.22. Рассчитанные параметры сердечников
| Типоразмер Сердечника | о | Значения величин | ||||||
| Bопт, Тл | Рс, Вт | Pт.опт, Вт | Pт, Вт | Мт, гр | Vт, см³ | |||
| K16x10x4,5 | 0.1 | 0,98 | 1,483∙10-3 | 0,738 | 1,398 | 1,218 | 3,65 | 1,05 |
| 0.3 | 0,77 | 1,476∙10-3 | 0,86 | 0,941 | 0,76 | 4,93 | 1,38 | |
| 0.5 | 0,7 | 1,474∙10-3 | 1,019 | 0,813 | 0,64 | 6,49 | 1,78 | |
| 0.7 | 0,67 | 1,473∙10-3 | 1,183 | 0,761 | 0,58 | 8,37 | 2,31 | |
По данным таблицы построили зависимости Pт.опт(о), Рт(о), Рт.макс(о) на рис. 2.26 и Мт(о), Vт(о) на рис. 2.27.
График зависимости Pт.опт(о), Рт(о).
Рис. 2.26
График зависимости Мт(о), Vт(о).
Рис. 2.27
Нашли по точке пересечения графика зависимости Рс(о) и Pт.опт.(о) величину о: о=0,54≈0,5.
При этом о сняли с графиков Mт(о) и Vт(о) массу Mт и объём трансформатора Vт: Mт=6,8 гр; Vт=1,9 см3.
Нашли значения плотностей тока для первичной j1, вторичной j2 обмоток[8]:
, (2.16)
j1 = 1.474·(/2.07·30000·1.35·10-5/2.38·10-8·0.02) = 2.952·106 А/м2,
где
=
– величина магнитной индукции, соответствующей о=0,54;
S=0,5·hc·(Dc-dc) – площадь сечения сердечника магнитопровода, м2;
S=0,5·4,5·(16–10)=13,5 мм2;
=[1,75·10-8(1+0,004·(130–20))]=2,38·10-8 Ом·мм – удельное электрическое сопротивление материала провода – меди с учетом повышения температуры за счет потерь;
– средняя длина витка обмотки, мм.
20 мм.
, (2.17)
2,948·106 А/м2.
Определили коэффициент полезного действия ηт нашего трансформатора на выбранном сердечнике К16х10х4,5:
(2.18)
=60 – мощность, даваемая трансформатором во вторичную обмотку, Вт;
=0,813 – мощность потерь в сердечнике при λо=0,54 (по формуле 2.14), Вт.
Определили конструктивные данные первичной обмотки.
Число витков первичной обмотки [8]:
. (2.19)
W1= 600/(2 (1+1.474·10-3)·30000·0.7·1.35·10-6) 1050.
Cечение провода в первом приближении:
(2.20)
q1,1 = 60/(0.98·600·2.952·10-6) = 5.4·10-8 м2.
По найденному сечению провода q1,1 определили диаметры активного сечения провода без изоляции dпр и с изоляцией dиз:
dпр =0,83 мм,
dиз =0,89 мм.
Затем определили коэффициент заполнения сечения обмотки проводом в первом приближении п1,1:
(2.21)
где Ку – коэффициент укладки. Так как диаметр провода dпр> 0,3 мм, то Ку=0,9. Подставив значения получили:
п1,1 = 0,9·(3,14/4)·(0,83·10-3/0,89·10-3)2 = 0,644
По известным значениям W1, q1,1, п1,1 нашли площадь окна сердечника, занятую первичной обмоткой в первом приближении S1,1:
. (2.22)
S1,1 = 23.4∙10-5 м2.
Определили размеры сердечника после изоляции. Количество слоёв изоляции выбрали n=1, толщину изоляции =0,15 мм. Тогда получим:
Dси=Dc+2··n=0.017 м, (2.23)
dси=dc+2··n=0.011 м, (2.24)
hси=hc+2··n=0.005 м. (2.25)
Определили коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой в первом приближении:
. (2.26)
01,1 = 0,975
Нашли среднюю длину витка первичной обмотки в первом приближении:
=0.028 м (2.27)
Определили во втором приближении сечение провода первичной обмотки:
=1.329∙10-7 м2. (2.28)
Провели цикл вычислений, получили следующие неравенство:
, (2.29)
расчёт остановили при Δ=0,05.
Определили размеры эквивалентного тороидального сердечника после намотки на него первичной обмотки:
Определили внешний диаметр эквивалентного тороидального сердечника:
, (2.30)
D1=0,02 м
Нашли внутренний диаметр эквивалентного тороидального сердечника:
, (2.31)
d1= 0,004 м,
Определили высоту эквивалентного тороидального сердечника:
. (2.32)
h1=0,011 м.
Определили конструктивные данные вторичной обмотки.
Определили число витков вторичной обмотки:
. (2.33)
W21=530; W22=210; W23=90
Сечение провода в первом приближении:
. (2.34)
q2,1=0,678∙10-6 м2; q2,2 = 4∙10-6 м2; q2,3 =1,696∙10-6 м2;
По найденным сечениям проводов определили диаметры активного сечения провода без изоляции dпр и с изоляцией dиз:
dпр2,1 = 0,93 мм, dпр2,2 = 2,26 мм, dпр2,3 = 1,5 мм,
dиз2,1 = 0,99 мм, dиз2,2 = 2,36 мм, dиз2,3 = 1,58 мм.
Коэффициент заполнения сечения обмотки проводом п2,1:
п2.1 = 0,62 п2.2 = 0,64 п2.3 = 0,63.
По известным значениям W2, q2,1, п2,1 нашли площадь окна сердечника, занятую вторичной обмоткой S2,1:
. (2.35)
S2,1= 1,74∙10-5 м2 S2,1= 3,93∙10-5 м2 S2,1= 0,74∙10-5 м2
Коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой нашли по формуле:
. (2.36)
02.1=0,22 02.2=0,39 02.3=0,15
Нашли среднюю длину витка первичной обмотки:
. (2.37)
iw2,1=24 мм. iw2,2=24 мм. iw2,3=24 мм.
Нашли во втором приближении сечение провода вторичной обмотки:
(2.38)
q2,21=4,5∙10-6 м2; q2,22=1,1∙10-6 м2; q2,23=0,6∙10-6 м2.
Провели циклы вычислений, пока не выполнилось неравенство:
, (2.39)
расчёт остановили при Δ=0,05.
Определили размеры эквивалентного тороидального сердечника после намотки на него первичной и вторичной обмоток:
Определили внешний диаметр:
, (2.40)
D2=20 мм,
Определили внутренний диаметр:
, (2.41)
d2=3 мм,
Определили высоту:
(2.42)
h2=7,4 мм.
В ходе расчета были получены данные трансформатора, соответствующие требуемому. Трансформатор имеет:
P2=60 Вт;
Е1=600 В;
U21=15 В; U22=5; U23= 12 В;
f =30 кГц;
Ттмах =130 0С;
m1=2, m2=3;
α=0,0014 Вт/см∙ 0С;
ηт=98,6%;
Iмmax< 0,2; To=40 C.
Сердечник К16104,5, покрытый лаком КФ‑965, и изолированный с торцевой стороны кольцами из картона с обортовкой, и одним слоем из стеклоленты с половинным перекрытием толщиной 0,15 мм.
3. Безопасность и экологичность при изготовлении, ремонте и обслуживании гелиогенератора
3.1 Описание рабочего места, оборудования и выполняемых технологических операций
Помещение размером 66 – аккумуляторная комната, в ней находятся аккумуляторная батарея и система управления гелеоисточником. В лаборатории работает 1 человек 2 часа в рабочий день. При работе используются следующие инструменты: набор ключей, набор отверток, плоскогубцы, мультиметр. Работа заключается в поиске и устранении неисправности оборудования, при необходимости, монтаж, демонтаж отдельных его блоков. В данном помещении должно быть естественное и искусственное общее освещение в соответствии с СНиП 11–4–95, а также отопление и вентиляция в соответствии с ГОСТ 12.1.005–76.
Общая площадь помещения составляет: Sобщ = 36м2.
Высота помещения: h = 3 м.
Объем помещения: V = 36*3=108 м3.
На одного работающего приходится пространство площадью 36 м2 и объемом 108 м3. Согласно требованиям СНиП 2.09.04–87 объем помещения на одного работающего должен составлять не менее 20 м3, площадь – не менее 6 м2. Следовательно, условия для работы в лаборатории вполне благоприятны.
3.2 Идентификация опасных и вредных производственных факторов
Исследования условий труда показали, что факторами производственной среды в процессе труда являются:
Санитарно-гигиеническая обстановка, определяющая внешнюю среду в рабочей зоне – микроклимат, механические колебания, излучения, температуру, освещение и другие, как результат воздействия применяемого оборудования, сырья, материалов, технологических процессов;
Психофизиологические элементы: рабочая поза, физическая нагрузка, нервно-психологическое напряжение и другие, которые обусловлены самим процессом труда;
Опасные и вредные производственные факторы, связанные с характером работы:
-
повышенное напряжение в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;
-
повышенная температура поверхностей оборудования;
-
не соответствие условий микроклимата помещения, в котором производятся работы;
-
опасность возникновения пожара;
-
травматизм связанный с использованием инструмента;
-
повышенное содержание в воздухе рабочей зоны пыли, а также вредных и пожароопасных веществ;
Для защиты от общих производственных загрязнений и механических воздействий электромонтеры обязаны использовать предоставляемые работодателями бесплатно комбинезон хлопчатобумажный, ботинки кожаные, рукавицы комбинированные, костюмы на утепляющей прокладке и валенки для зимнего периода.
При нахождении на территории стройплощадки электромонтеры должны носить защитные каски.
Находясь на территории строительной (производственной) площадки, в производственных и бытовых помещениях, участках работ и рабочих местах, электромонтеры обязаны выполнять правила внутреннего распорядка, принятые в данной организации.
Допуск посторонних лиц, а также работников в нетрезвом состоянии на указанные места запрещается.
В процессе повседневной деятельности электромонтеры должны:
-
применять в процессе работы инструмент по назначению, в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей;
-
поддерживать инструмент и оборудование в технически исправном состоянии, не допуская работу с неисправностями, при которых эксплуатация запрещена;
быть внимательными во время работы и не допускать нарушений требований безопасности труда.
При организации условий труда необходимо также учитывать воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов, которые могут привести к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья и заболеванию или снижению работоспособности.
Травма, вызванная воздействием на организм электрического тока или электрической дуги, называется электротравмой.
Электротравмы возможны в результате непосредственного контакта человека с токоведущими частями электроустановки, а также в случаях прикосновения к металлическим конструктивным нетоковедущим частям электрооборудования, изоляция которого нарушена и имеет место замыкание токоведущих частей на корпус.
Запыленность и загазованность воздуха. Многие технологические процессы сопровождаются выделением пыли и газов, паров и аэрозолей Газовыделением сопровождаются работы в аккумуляторных цехах, сварочные и др. Выделение паров характерно для гальванических участков, аккумуляторных. С целью исключения вредного влияния пыли, газов, паров и аэрозолей на организм содержание их в воздухе нормируют (см. ГОСТ 12.1.005–76), устанавливая ПДК. В случаях превышения ПДК ограничивают время работы, используют средства индивидуальной защиты, применяют вентиляцию.
Электромагнитные излучения. Электромагнитные излучения различают по частоте колебания или длине волны. Наиболее длинные волны – это колебания промышленной или другой звуковой частоты, а также ультразвуковые, у которых длина волн выше 10 км или частота ниже 30 кГц. Длинные и средние волны (от 10 км до 100 м), т.е. колебания высокой частоты (ВЧ – до 3 МГц). Для защиты от таких излучений. Их источники экранируют листовым металлом высокой электропроводности толщиной не менее 0,5 мм. Отверстия в экране для кнопок, штурвалов экранируют металлической сеткой с ячейками не более 44 мм. Экраны заземляют. Длительное воздействие электромагнитных полей ВЧ напряженностью более допустимой приводит к обратимым функциональным изменениям в центральной нервной системе, печени, селезенке, что проявляется головной болью, повышенной утомляемостью, нарушением сна, раздражительностью, замедлением пульса, понижением кровяного давления.
3.3 Организационно-технические мероприятия по созданию безопасных условий труда при ремонте
Электромонтеры, прошедшие соответствующую подготовку, имеющие III группу по электробезопасности и профессиональные навыки и не имеющие противопоказаний по возрасту по выполняемой работе, перед допуском к самостоятельной работе должны пройти:
-
обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования) для признания годными к выполнению работ в порядке, установленном Минздравом России;
-
обучение безопасным методам и приемам выполнения работ, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте и проверку знаний требований охраны труда.
-
Электромонтеры обязаны соблюдать требования безопасности труда для обеспечения защиты от воздействия
Электромонтеры обязаны немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о появлении острого профессионального заболевания (отравления).
Требования безопасности перед началом работы:
1. Перед началом работы электромонтеры обязаны:















