Come calcolare un core choke. Schema, descrizione

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Saldatura elettrica. Come calcolare uno starter con un nucleo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Un elemento necessario del convertitore DC-DC è valvola a farfalla.

Lo scopo di questa sezione, senza andare oltre lo scopo di un corso di fisica scolastica, è fornire un metodo per calcolare lo starter più comune: uno starter che funziona con magnetizzazione. Per cominciare presupponiamo che nell'avvolgimento dell'induttore scorra una corrente continua con leggera ondulazione.

L'avvolgimento dell'induttore solitamente occupa completamente la finestra del nucleo. Pertanto, conoscendo l'entità della corrente I e la densità di corrente J (A/mm2) nell'avvolgimento, nonché l'area della finestra centrale S_o (cm2) e il suo fattore di riempimento K_o, può essere determinato numero massimo di giri, che può essere posizionato nella finestra principale:

Collegamento del flusso Gli avvolgimenti dell'induttore possono essere determinati se si conoscono le spire, l'induzione massima B_m (T), sezione del nucleo S_c (cm2) e il suo fattore di riempimento K_m:

Sostituendo (18.10) in (18.11), otteniamo:

E 'noto che

Da (18.12) e (18.13) troviamo induttanza di strozzatura:

Dalla formula dell'induttanza è facile ricavare le dimensioni complessive del nucleo, che vi permetteranno di ottenere quanto richiesto induttanza di strozzatura:

Per selezionare B, J, K_c, K_o è possibile utilizzare i consigli nella tabella. 18.5. Allo stesso tempo, la potenza complessiva P_parlantina può essere equiparato a 1,25 • S_cS_c.

Per il filo di alluminio, la densità di corrente dovrebbe essere ridotta di un fattore di 1,6.

Attenzione! Per evitare la saturazione, il nucleo dell'induttore deve avere uno spazio non magnetico.

Riteniamo che, rispetto al traferro non magnetico, il nucleo dell'induttore sia un conduttore magnetico ideale e tutte le spire dell'avvolgimento siano applicate al traferro non magnetico. A causa del lungo traferro non magnetico, l'induzione nel nucleo varia da quasi zero a B_m.

La lunghezza del gap non magnetico con giri di ampere noti può essere determinato dalla formula:

oppure:

Da (18.10), (18.13) e (18.17) deriviamo una formula per trovare induttanza dello strozzatore:

Spesso vediamo induttanze con nucleo in acciaio utilizzate nelle alimentazioni degli inverter a una frequenza più elevata di quanto sembrerebbe accettabile per loro. C'è una spiegazione ragionevole per questo.

Perdite nel nucleo in acciaio del trasformatore sono determinati dalla formula:

dove p_c - perdite nel nucleo; R_battiti - perdite specifiche per un dato materiale a dati valori di induzione massima B_у e frequenza f_у induzione magnetica sinusoidale; G_с - massa centrale; IN_m - massima induzione nel nucleo; α e β - indicatori di frequenza.

In un trasformatore l'oscillazione dell'induzione raggiunge il doppio del valore massimo di induzione B_m (l'induzione cambia da -B_m a +B_m). E nell'induttanza, anche in modalità corrente di interruzione, l'oscillazione non supera il valore B_m (l'induzione cambia da 0 a V_m). Ciò significa che per la valvola a farfalla la formula può essere riscritta come segue:

ΔB è l'oscillazione dell'induzione nel nucleo dell'induttore.

Dalla formula risulta che le perdite nel nucleo aumentano con l'aumentare dell'ampiezza dell'induzione ΔB e con frequenza operativa crescente f. Tuttavia, se, aumentando la frequenza, riduciamo l'oscillazione dell'induzione, le perdite non aumenteranno.

Da qui è possibile determinare massimo range di induzione per frequenze operative più elevate:

Considera esempi pratici del calcolo dell'acceleratore.

Esempio di calcolo dell'arresto n. 1

Diciamo che stiamo costruendo una fonte di saldatura regolabile. La sorgente è alimentata da una rete monofase 220 V, 50 Hz. Regolazione della corrente di saldatura da I_verbale = 50 A a I_max = 150 A viene effettuato utilizzando un raddrizzatore a tiristori controllato.

Frequenza di carico PN = 40%. Per garantire che l'arco di saldatura non si spenga durante le pause di tensione, alla minima corrente e al massimo angolo di controllo, è necessario che la corrente non scenda al di sotto di I_articolo = 10 A.

Da qui è possibile determinare l'induttanza minima dell'induttore:

Avvolgeremo l'acceleratore su un nucleo a forma di W in acciaio 3411 (E310).

Scegliamo prima:

B = 1,42 T;
J = 5 A/mm2 (tenendo conto del duty cycle specificato);
К_o - 0,35;
К_c = 0,95.

Trova la dimensione complessiva del nucleo:

Per lo strozzatore si possono utilizzare due nuclei ШЛ40х80 (S_c = 32 cm2, S_o = 40 cm2).

Determina il numero di giri dell'avvolgimento:

L'avvolgimento viene eseguito con una sezione di filo:

Determiniamo la lunghezza del gap non magnetico:

Definiamo l'induttanza risultante:

Il risultato può essere considerato soddisfacente, nonostante l'induttanza risultante sia leggermente inferiore a quella richiesta.

Esempio di calcolo dell'arresto n. 2

Come accennato nel primo esempio, l'induttore serve principalmente per mantenere la corrente durante le pause causate dal funzionamento del raddrizzatore (controllato o non controllato). Non c'è bisogno di alcuna pausa nell'acceleratore.

Di conseguenza è possibile ridurre notevolmente le dimensioni dell'induttore rendendolo non lineare, saturabile. Cioè, quando la corrente nell'induttore è inferiore alla corrente di saturazione 1nap, l'induttore ha un'induttanza significativa sufficiente a mantenere la corrente nelle pause e quando la corrente diventa maggiore di I_noi l'induttore è spento, perché il suo nucleo entra in saturazione.

Calcoliamo un'induttanza saturabile a due avvolgimenti non lineare per una sorgente di saldatura con un regolatore a tiristori. L'avvolgimento primario principale dell'induttore prima della saturazione dovrebbe avere un'induttanza di 0,3 mH e l'avvolgimento secondario aggiuntivo dovrebbe avere un'induttanza di 7,5 mH.

La corrente massima dell'avvolgimento primario è I₁ = 180 A e secondario - I₂ = 13 A. Il nucleo dell'induttore deve andare in saturazione se la corrente dell'avvolgimento primario supera I_noi = 132 A.

Assumiamo provvisoriamente che l'avvolgimento primario dell'induttore sarà avvolto con alluminio e l'avvolgimento secondario con rame. In precedenza, abbiamo determinato che con PV = 20% per il rame la densità di corrente J è accettabile_Cu = 8 A/mm2.

Poiché l'alluminio ha una resistività maggiore rispetto al rame, è necessario scegliere una densità di corrente 1,6 volte inferiore, ovvero J_Al = 5 A/mm2.

Poiché le induttanze degli avvolgimenti dell'induttore sono note, il rapporto di trasformazione dell'induttore può essere trovato utilizzando la formula:

Le formule derivate in precedenza sono valide per un induttore a avvolgimento singolo con un'ondulazione di corrente minima negli avvolgimenti. Per tenere conto della differenza tra la corrente efficace e la corrente di saturazione è necessario moltiplicare il valore della densità di corrente J per il coefficiente di saturazione:

Per allocare spazio nella finestra principale per l'avvolgimento aggiuntivo, è necessario moltiplicare la dimensione del nucleo per il coefficiente:

Come nucleo per lo starter sceglieremo un nucleo a nastro a forma di W in acciaio 3411 (E310). Utilizzando la formula modificata (18.15) troviamo:

Per lo strozzatore si può utilizzare un'anima ШЛ32х50 (S_c =16 cm2, S_o = 26 cm2, S_cS_o = 416 cm4).

Determiniamo il numero di spire dell'avvolgimento primario utilizzando la formula modificata (18.10):

Determina il numero di giri dell'avvolgimento secondario:

L'avvolgimento primario è avvolto con un filo con una sezione trasversale:

L'avvolgimento secondario è avvolto con un filo con una sezione trasversale:

Determiniamo la lunghezza del gap non magnetico:

Determiniamo l'induttanza risultante dell'avvolgimento primario dell'induttore:

L'induttanza si è rivelata più del necessario. Per ottenere l'induttanza richiesta, riduciamo il numero di avvolgimenti primari a Wt = 18. Di conseguenza, W2 = 90 giri e 5 = 2 mm.

Esempio di calcolo dell'arresto n. 3

Calcoliamo l'induttore L2 ERST. La corrente massima dell'induttore è 315 A, la minima è -10 A.

La frequenza di ondulazione corrente nell'induttore corrisponde alla frequenza PWM ed è uguale a F_PWM = 25000 Hz.

Determiniamo i parametri dell'induttore necessari per garantire la continuità della corrente di saldatura. Nella fig. La Figura 18.25 mostra la forma della corrente nell'induttore L2, corrispondente al confine di continuità.

Come calcolare una bobina di arresto centrale
Riso. 18.25. Forma attuale corrispondente al confine di continuità

Durante lo stato aperto dell'interruttore ERST, la corrente nell'induttore aumenta da zero al valore di ampiezza. Quindi, durante la pausa, la corrente diminuisce fino a zero. Con la corrente di saldatura minima I esiste il pericolo di oltrepassare i limiti di continuità_{sv min} = 10 A e tensione di ingresso massima ERST. Determiniamo la tensione dell'arco per la corrente di saldatura minima:

Determiniamo la relazione tra l'ampiezza e il valore medio della corrente triangolare. Il valore medio di una funzione è l'integrale di questa funzione o, in poche parole, l'area delimitata da questa funzione e la linea di livello zero.

L'area di un triangolo è definita come il prodotto dell'altezza del triangolo per metà della lunghezza della base:

Da qui troviamo la relazione tra i valori medi e di ampiezza della corrente:

Se la chiave è aperta, la tensione viene applicata all'acceleratore:

La corrente nell'induttore aumenta da 0 a I_a.

Durante una pausa, la tensione -U viene applicata all'acceleratore_dmin, e la corrente al suo interno diminuisce a 0.

Dal momento che il cambio di corrente () in entrambi i casi avrà lo stesso valore, ma segno diverso, quindi

Diciamo che come materiale del nucleo dell'induttore intendiamo utilizzare acciaio elettrico con spessore della lamiera di 0,08 mm, che alla frequenza f_y = 1000 Hz, all'induzione B_y = 1 T e una tensione rettangolare ha perdite P_y = 22 W/kg.

Indicatori di frequenza dell'acciaio α = 1,4 e β = 1,8. Troviamo l'oscillazione di induzione consentita per una frequenza di 25000 Hz, che fornirà lo stesso livello di perdite di una frequenza di 1000 Hz:

Determiniamo innanzitutto che l'induzione nel nucleo per corrente continua può raggiungere un valore di B = 1,42 T, densità di corrente J = 3,5 A/mm2, K_o = 0,35 e K_c = 0,10. Trova la dimensione complessiva del nucleo:

La taglia si adatta al nucleo ШЛ25х50 (S_c = 12,5 cm2, S_o = 16 cm2). Dimensione nucleo S_cS_o = 12,5 x 16 = 200 cm4.

Determiniamo il numero di giri:

L'avvolgimento viene eseguito con un bus di rame con una sezione trasversale:

Definiamo il gap non magnetico:

Definiamo l'induttanza risultante:

Ora dovresti assicurarti che l'ampiezza della pulsazione di induzione ad alta frequenza non superi ΔB = 0,16 T.

La massima oscillazione dell'induzione nel nucleo dell'induttore si verifica alla massima tensione di ingresso U_{nel massimo} = 80 V e riempimento ad impulsi D = 0,5, e può essere trovato dalla formula:

che non ecceda il valore ammissibile.

Autore: Koryakin-Chernyak S.L.

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