СПОСІБ ОЦІНКИ СТАЛЕВИХ Магнітопроводи


При самостійному розрахунку і виготовленні мережевих трансформаторів радіоаматори часто стикаються з проблемою оцінки якості наявного в наявності магнітопровода – знаходження його характеристичного числа к. Цей параметр є визначальним при розрахунку необхідної кількості витків на вольт. Значення характеристичного числа магнітопровода залежить від властивостей сталі, з якої він виготовлений, від товщини пластин (або стрічки) і інших факторів. Тому в радіоаматорських розрахунках (див., наприклад, статтю Г. Мартиніхнна "Розрахунок тороїдальних трансформаторів" в "Радіо", 1972, № 3, с. 42) цим числом задаються досить приблизно. Трансформатори, виготовлені за такою методикою, володіють неоптимальними характеристиками, вони надмірно важкі й громіздкі. Оптимізація трансформатора можлива лише при більш- менш точному визначенні числа k . У описуваної нижче статті розказано про те, як визначити характеристичний число будь-якого магнітопровода.

Відомо, що при розрахунку мережевого трансформатора в домашніх умовах часто доводиться вдаватися до наближених значень вихідних величин. Найбільш слабкою ланкою розрахунку при цьому залишається визначення числа витків на вольт (N) , Оскільки, як правило, радіоаматорові невідомі характеристики матеріалу використовуваного магнітопровода. Розрахунок цього параметра заснований на законі електромагнітної індукції та умови компенсації напруги мережі U c електрорушійної силою самоіндукції мережевий (первинної) обмотки U1 трансформатора:

U 1 = U C ; U1=4,44*10 -4 *w 1 *B m *K c * S, де

w 1 – Число витків мережевий обмотки;

У m – Максимальне значення індукції в сталі, Тл;

S – площа поперечного перерізу середнього стрижня магнітопровода, см 2 ;

До з – Коефіцієнт заповнення по сталі.

При частоті мережі 50 Гц отримують

N=w 1 /U 1 =45/B m *K c * S, де

N – число витків на вольт;

У m * До З = В М

– Максимальна індукція в магнітопроводі, що має сенс загальної характеристики його як монолітного феромагнітного тіла.

У практиці наближеного розрахунку утвердилося визначення

N = k / S, де

k = 40 … 60 (залежить від магнітних властивостей стали, технології виготовлення пластин магнітопровода та якості його збірки). Оскільки

k=45/B m K c

(Тут співмножники 1 / До з відображає всі чинники, що ослабляють магнітний потік в магнітопроводі), можливе відносне зміна до більше, ніж розкид значення допустимої магнітної індукції трансформаторної сталі. Числове значення k можна розглядати як число витків на вольт при S = 1 см 2 . Число k для магнітопроводів з різними пластинами вказано в таблиці (табличне значення k надалі позначено k т ).

Проте слід мати на увазі, що це число пов'язано складною залежністю з струмом холостого ходу I мережевий обмотки трансформатора, тобто з струмом, що створює намагнічує поле (H = w 1 *I 1x /l cp , Де l СР – Середня довжина магнітної ланцюга магнітопровода) і визначальним рівень насичення магнітопроводу. У кращому випадку, при табличному визначенні коефіцієнта k значення I обмежується значенням (0,1 … 0,2) * I. Характерно, що I 1x відстає від U1 на кут близько p / 2, оскільки активна складова струму I 1x менше 0,1 від реактивної.

Прагнення до більш повного використання робочої ділянки характеристики У т = F (H) нерідко призводить до того, що залежність I = F (U1) стає близькою до квадратичної і струм I набуває форми коротких імпульсів. При вдалому виборі значення числа k нелінійне зростання l 1x починає проявлятися приблизно з U1> 0,8 U 1ном , А допустимий верхня межа первинного напруги при тривалій роботі U 1 max=1,1U 1ном , Де U 1ном =U з [1]. З огляду на те що кінець робочого ділянки залежності I (U 1 ) Має велику крутизну, особливо небажано зменшення k. Зі зменшенням його табличного значення на 5% при такому ж відхилення від дійсного значення відбудеться зменшення U 1max на 10%, тобто U 1max стане рівним U c . У цьому випадку магнітопровода буде глибоко насичений, що визначить імпульсний характер струму I 1x і значне порушення зазначеного вище умови компенсації. Так, без знання точного значення до і відповідного йому I трансформатор стає джерелом перешкод з широким спектром частот [2].

Для точного визначення значень параметрів N, k, В M (При I =(0,05…0,1)I ном ) Випадкового магнітопровода можна вчинити так. На каркасі його котушки намотують пробну обмотку з числом витків w n , Що дорівнює 0,1 від w 1ном , Де w 1ном =0,1*U 1ном *k т / S тобто w n =0,1*U 1ном *k T /S = 22*k т / S. Номінальне значення числа витків первинної обмотки визначають орієнтовно, знайшовши число k т з таблиці: w n =22*k т / S. Пробну обмотку намотують на каркасі майбутнього трансформатора, вільному від інших обмоток, і збирають магнітопровода. Обмотку підключають до джерела зниженого змінної напруги. Змінюючи і записуючи це напруга (воно має бути близьким до 20 … 22 В), вимірюють кожен раз струм через обмотку. За отриманими даними на графіку будують криву I nx =f(U n ) Для пробної обмотки. Потім визначають абсцису U ' n точки перетину лінії цього графіка з кривою, відповідної як потрібне I 1x . По отриманому результату U ' n , І відомим параметрам w n і S визначають значення таких величин:

N=w n /U’ n ,
w 1ном
=NU 1ном . Для порівняльної оцінки:

k = NS, В м = 45 / k, Тл.

Для пробної обмотки придатний провід ПЕВ-1 або ПЕВ-2 діаметром 0,25 … 0,35 мм. Якщо на магнітопроводі немає каркаса, потрібно склеїти з картону гільзу відповідних розмірів. При наявності О-образного магнітопровода число витків пробної обмотки ділять навпіл і кожну половину намотують на одну зі сторін магнітопровода. Полуобмоткі з'єднують послідовно-згідно з.

Пластини

k т

Тип

Товщина, мм

Складальні отвори

Ш

>0,35

Є

55…60

0,35

50

Ні

48

Уш, П, Г

0,35

Є

45

Ні

38…40

З

0,15

Ні

35

Пробна обмотка є моделлю мережевої обмотки і об'єктом для отримання вихідної функціональної залежності I nx =f(U n ), Що представляє масштабне відображення характеристики холостого ходу I 1x = F (U1) трансформатора. За своїми властивостями електромагнітним пробна обмотка еквівалентна первинної, і тому їх Магніторушійна сили повинні характеризуватися рівністю

I nx w n =I 1x* w 1ном .

З умови еквівалентності слід:

I nx U n =I 1x *U 1ном , Тобто Р = Р ,

а також

I nx =I *U 1ном /U n .

Те, що вихідна залежність I nx =f(U n ) – Складна неаналітіческая функція, визначило графічний підхід до вирішення поставленого завдання. Математично рішення полягає у визначенні значень координат I nx , U n , Що задовольняють двом функціональним залежностях – вихідної I nx =f(U n ) І допоміжної

I nx =I
*U 1 ном / Un при заданому значенні I 1x . Цим координатами відповідає точка перетину графіків двох функціональних залежностей. На завершальному етапі розглянутого рішення досить знати тільки значення абсциси U ' n цієї точки, оскільки

N=w n /U’ n .

Таким же чином можливо отримання низки приватних рішень. З цією метою на графіку нанесені допоміжні лінії

I пх =I 1 *U 1ном /U n

для найбільш несвідомих значень I 1x . Координати точок перетину допоміжних. ліній з лінією графіка I = = f(U n ) Характеризуються рівністю

I nx *U n =I 1x U 1ном
. Hа підставі цієї рівності значення величин
N=w n /U’ n w 1ном =NU 1ном ,
k n =NS,
У м = 45/k n
(k n – Обчислене значення до для пробної обмотки) однозначно відповідають заданому значенню I і відповідному режиму магнітоли-топровода (Р = Р ).

При наявності готового трансформатора з намотаної первинної обмоткою з числом витків w 1 можна скористатися тим же графіком. У цьому випадку значення U n , Відкладені по горизонтальній осі, потрібно збільшити, а I , Відкладені по вертикальній осі, – зменшити в 10 разів. Якщо виявиться, що при

U 1ном = 220 В
значення I перевищує бажане, то подальший хід визначення величини N для знову приймається значення I залишається тим самим.

Після виконання пробної обмотки збирають трансформатор. Магнітопроводи повинен бути зібраний так само ретельно, як під час остаточного складання. Інакше будуть отримані неправильні результати.

Розглянемо приклад визначення параметрів магнітопровода уш 16X24 з пластинами завтовшки 0,35 мм без складальних отворів; S = 3,84 см 2 . По таблиці знаходимо k т = 38 і визначаємо

w n =22*k T / S = 22 * 38 / 3,84 = 200 віт.

Після розрахунку за загальновідомою методикою габаритної потужності Р г і по обдимання значення I 1ном визначаємо значення струму I з умови I =(0,05…0,1)I 1ном . Далі будуємо графік I nx =f(U n ) В області прийнятого значення I і U n = 20 ± 2 В. Після побудови графіка і визначення U n = 20,4 В при струмі I = 10 мА обчислюємо:

N = 200/20, 4 = 9,8 вит / В;

w 1ном = 9,8 * 200 = 2156 витків;

k n =9,8*3,84=37,6

м. Москва

Л. Ігнатюк

ЛІТЕРАТУРА

1. Касаткін А. С., Нємцов М. В. Електротехніка .- М.: Електроатоміздат, 1983, с. 175, 176.

2. Поляков В. Зменшення поля розсіювання трансформатора .- Радіо, 1983, № 7, с. 28, 29.

Радіо № 1, 1989 р., с. 68-70.