Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроникИ
КафедраПЭЭА
КУРСОВОЙПРОЕКТ
подисциплине: " Элементная база ЭА"
Пояснительнаязаписка
Темапроэкта: «Дроссель»
Руководитель проекта:
ст. гр. ТЗТ-08-1 Свитенко В.Н.
2009
АННОТАЦИЯ
Курсовойпроэкт: 16 с., 3 источника.
Объектисследования –дроссель питания малой мощности.
Цель проэкта– систематизирование, закрепление и расширение полученных теоретическихе знанийпо дисциплине, приобретение практических навыков творческого решения конкретныхконструкторских задач
В результатеконструктивного расчёта дросселя по указанным данным определяется вид изоляцииобмотки и марка обмоточного провода, после чего проверяется возможность егоразмещения в окне магнито провода выбранного типоразмера
В результатеэлектрического расчёта дросселя определяется тип магнитопровода, егогеометрические размеры, число обмоток число витков и сечение провода обмотки.
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация
Введение
1. Анализ ТЗ
1.1 Анализусловий эксплуатации
1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров
2. Выбор направления проектирования
3. Расчёт заданного элемента
3.1 Расчет электрических параметров
3.2 Расчет КПД дросселя
4.Обоснование конструктивных параметров и уточнение конструкции
5. Паспорт
Выводы
Перечень ссылок
ВВЕДЕНИЕ
Дроссели широко применяются вэлектротехнических и радиотехнических установках в качестве балластных итокоограничивающих сопротивлений, для регулирования и стабилизации напряжения итока, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и в некоторых другихслучаях.
Дросселями называют статическиеэлектромагнитные устройства, используемые в электрических цепях в качествеиндуктивных сопротивлений
Различают несколько разновидностей дросселей.Основными из них являются дроссели переменного тока, называемые также индуктивнымикатушками, сглаживающие дроссели электрических фильтров и дроссели насыщения.
Общим для них является то, что дроссельлюбого типа представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником. Дросселиразличают по числу обмоток и форме протекающего через них тока. Дроссельпеременного тока имеет одну обмотку, обтекаемую переменным током. Сглаживающийдроссель также имеет одну обмотку, но обтекается пульсирующим током. Дроссельнасыщения имеет две обмотки, одна из которых обтекается переменным, а втораяпостоянным током.
В этомкурсовом проекте решается задача конструирования маломощного дросселя переменного тока, предназначенного для работы в цепях питания.Вся трудность заключается в том, что дроссели имеют большие габариты, массу,что значительно ограничивает их применение. То есть данный курсовой проектявляется вкладом в процесс развития маломощных дросселей.
1. АНАЛИЗ ТЗ
По условиям ТЗ проектируемый дроссель предназначендля использования в бытовой радиотехнической аппаратуре апаратуре (РТА).
1.1 Анализ условийэксплуатации
Будущий дроссель должен быть согласнозаданию по климатическому исполнению эксплуатирован в климатических районах сумеренным климатом в лабораторных, капитальных жилых и других подобныхпомещениях.
В конструкции дроссель имеется сердечникиз материала с высокой магнитной проницаемостью и малым уровнем потерь ивозможно большой индукцией насыщения. Обычно, для дросселей питания, применяютсяразрезные сердечники, полученные из набора отдельных пластин или лент.Разрезные сердечники требуют введения дополнительных элементов конструкции, обеспечивающихих сжатие и механическое соединение для уменьшения воздушного зазора. Сердечникобычно изготавливают из стальной ленты и пластин, а также из пермалоя и феррита.Для исключения контакта между слоями ленты и пластин, приводящего к увеличению потерьв сердечнике, который имеет конечную толщину. Поэтому высокой магнитной проницаемостьюобладает только часть сечения сердечника, чем более тонкие ленты используется всердечнике.
1.2 Обоснование дополнительныхтребований и параметров.
Изготовить дроссель, одновременноудовлетворяющий требованию минимальной массы, стоимости, перегрева, и падения напряжения,невозможно. Например, если предъявляется требование минимальной стоимости, то всвязи с тем, что стоимость проводов (меди) значительно выше сердечника (стали),выгоднее увеличить размеры и массу сердечника и уменьшать окно.
Если же важно, чтобы дроссель имел минимальнуюмассу, то следует уменьшить сечение сердечника и увеличивать окно, а необходимыйрежим работы сердечника обеспечивать, увеличивать число витков.
Лучшие магнитные свойства имеют ленточные сердечники,у которых направление магнитных силовых линий совпадает с направлением проката.Кроме того, в них можно использовать очень тонкие ленты толщиной до 0,01 мм. Ленточныеразрезные сердечники в настоящее время нормализованы.
Основными требованиями к магнитному материалу,применяемому в дросселях питания, являются высокая индукция насыщения и малые потери.Для маломощных дросселей, питающихся напряжением частотой 50-800 Гц, основным требованиемявляется высокая индукция насыщения. При увеличении размеров дросселей объём сердечникаувеличивается быстрее, чем поверхность охлаждения. При использовании ленточных проводниковувеличивается коэффициент заполнения, не возникает пустот между обмотками, значительноулучшается теплоотвод, увеличивается долговечность трансформатора и способностьвыдерживать перегрузки.
2. Выборнаправления проектирования
Так как дроссель имеет большие электромагнитные силовыепотоки, а соответственно большие размеры обмотки элемента. Для уменьшения размерови массы важную роль играет грамотный подбор материалов составных частей дросселя.
На основании практических данных наиболее приемлемым приданных условиях считается стержневой дроссель.
Учитывая недостатки в существующихдросселях, относительно проектирования выбираем следующие направления:
1. Для стяжки трансформатораиспользуем ленту специальной формы;
2. Токосъем выполним в виде паянного соединенияконтактов дросселя с отводящими элементами;
3. Обмотка дросселя – открытого типа, то есть крышки не имеет, так как условия работы – лаборатории, жилые дома идругие подобные помещения.
3. РАСЧЕТ ЗАДАННОГОЭЛЕМЕНТА
3.1 Расчет электрическихпараметров.
Определяем габаритнуюмощность дросселя (типовую мощность, определяющую габаритные размерысердечника) по формуле (3.1) [4]
S/> = />, (3.1)
где L=0.4Гн- заданная индуктивность дросселя; I=1.2 А заданный рабочий ток; f=800Гц-рабочая частота.
Подставляем значения на основеисходных данных и определяем габаритную мощность дросселя:
S/> = 2*3,14*800*0.4*/>=2894 ВА
Исходя из определённой. S/> выбираем тип магнитопровода и выписываем из табл.7-7 [2, стр 308] величиныиндукции В, удельное намагничивание ампер-витков а/>,плотность тока /> . В соответствиис рабочей частотой, условиями эксплуатации выбираем материал и толщину ленты магнитопровода;материал и марку обмоточного провода и провода, используемого для выводовконцов обмотки; определяемся с материалом каркаса.
Тип магнитопровода:стержневой типа ПЛ
В качестве материала длямагнитопровода выбираем холоднокатаную сталь Э340 с толщиной ленты 0.15мм
В=0.6тл; а/>=60 А/см; d=4А/мм/>;
В качестве материалаобмотки используем медь, имеющую малое удельное сопротивление.
В качестве обмоточногопровода выбираем провод круглого сечения с эмалевой изоляцией (основноедостоинство- малая толщина изоляционного слоя, невысокая стоимость)
Марка обмоточного проводаПЭВ-1.
Для выводов концовобмотки используем провод марки МГДШЛ.
В качестве каркасавыбираем каркас изготовленный из электротехнического картона.
Определяем обьём сталимагнитопровода по формуле (3.2) [2], угол потерь /> принимаемравным 5/>
V/>=/>/> см3 (3.2)
где /> =0,9- коэфициент заполнения сечения магнитопровода, выбираем из табл.5-4[2, стр.178] .
Подставляем значения вформулу (3.2) и определяем обьём стали магнитопровода :
V/>=/>/>=279,4см3
По найденной величине V/> и данным таблиц [2, стр.364-393] выбираем предварительно типоразмермагнитопровода: ПЛ20Х40-100
По формуле (3.3),пользуясь таблицей [ 2, стр.310], определяем базовый линейный размермагнитопроводадросселя:
а=1.98/>/>,см (3.3)
где />=0.28-коэфициент заполненияокна магнитопровода, выбираем из табл.[2, стр.310]
m=5; n=1.6; l=2-оптимальные коэфициенты формы, определяемыесогласно рекомендациям изложенным в [2, стр.158].
Подставляем известные значенияв формулу (3.3) и определяем базовый линейный размермагнитопровода дросселя :
а=1.98/>/>=1.21см
Окончательно уточняемразмер магнитопровода, подбирая по табл. [2, стр.364-393] наиболее близкие кнайденным значениям V/>, а. Выбрав магнитопровод, выписываем из таблицы стандартные значенияобьёма стали V/>,см3, длину средней магнитной силовой линии lст, см, габаритные размеры.
Из таблицы П2-5 [2, стр.377]выбираем магнитопровод ПЛ20Х40-100, у которого:
V/>=262 см3;
S/>S/>=256см4-площадьсеченияф сталиXплощадь окна;
S/>=8см2– активная площадьсечения магнитопровода ;
G/>= 1.77кг- вес магнитопровода;
lст, =37.7 см .
Габаритные размеры:
h=100мм;
a=20мм;
c=32мм;
C=72.6мм;
H=141.2мм;
B=40мм;
Определяем число витковобмотки дросселя по формуле (3.4) .
/>= /> (3.4)
Подставляем известные значенияв формулу (3.4) и определяем число витков обмотки дросселя:
= /> =1635 витков
Выбираем предварительно маркуобмоточного провода, исходя из условий эксплуатации. ПЭВ-1: (tp- до105°С; Up — до 500 В).
Определяем диаметр обмоточногопровода по формуле (3.5)
/>= />, мм (3.5)
Подставляем известные значенияв формулу (3.5) и определяем диаметр обмоточного провода
/>= />=0.62 мм
Определяем площадьпоперечного сечения обмоточного провода по формуле (3.6):
Sпр=/>, мм2 (3.6)
где />=0.31 мм- радиус обмоточного провода.
Подставляем известные значенияв формулу (3.6) и определяем площадь поперечного сечения обмоточного провода:
Sпр=/>=0.3 мм2
Используя таблицу сноминальными данными обмоточных проводов [2, стр.359] выбираем провод сближайшим номинальным значением:
Марка провода: ПЭВ-1
Параметры провода:
dпр.ном =0.62 мм;
dиз = 0.67мм;
Sпр =0.3 мм2;
gпр =2.68г.
Определяем число витков водном слое обмотки по формуле (3.7)
/>= /> (3.7)
Где />=1.1-коэфициент неплотности[1, стр. 185]
Подставляем известные значенияв формулу (3.7) и определяем число витков в одном слое обмотки :
/>= />=135витков
Зная число витков в одномслое обмотки, определяем число слоёв в обмотке по формуле (3.8)
N=/> (3.8)
Подставляем известные значенияв формулу (3.8) и определяем число слоёв в обмотке :
N=/>=12слоёв.
Назначив толщинумежслоевой изоляциии />, определяемсумарную толщину обмотки по формуле (3.9).
t=N*dиз+(N-1)*/>, мм (3.9)
Подставляем известные значенияв формулу (3.9) и определяем сумарную толщину обмотки:
t=12 *0.67 +(12 -1)*1=20 мм
Определяем величину амплитудного значения рабочегонапряжения Uр мах,и величину испытательного напряжения Uисп
Uр мах = /> (3.10)
Uр мах = /> =294 В.
Значение Uисп выбираемиз таблицы [2, стр.98]
Uисп =1200 В
Выбираем изоляционныерасстояния hиз 1, hиз.ос,h изн ,hоспользуясь приведенными рекомендациями [2, стр.100-107] .
hиз 1 =2 мм–расстояние от крайнего витка обмотки до сердечника;
hиз.ос =2мм-расстояние от первого слоя обмотки до серднчника через сплошную изоляциюкаркаса;
h изн=0.34 мм – толщина внешней изоляцииобмотки.
hос=3мм-толщина каркаса.
Определяем коэфициенты укладкипровода kу1, kу2 пользуясь справочными таблицами: [2, стр. 103-104].
kу1=1.05 — коэфициенты укладки провода в осевом направлении;
kу2=1.06- коэфициентыукладки провода в радиальном направлении.
Определяем коэфициентвыпучивания провода обмотки kв,используя справочный рисунок [2, стр.104].
kв=1.07
Используя рекомендации[2, стр.107] определяем зазор между катушкой и сердечником.
/>
Определяем радиальныйразмер обмотки дросселя по формуле (3.11)
/>= /> , мм (3.11)
Где kмс =1.08- справочный коэф. учитывающий распущенностьмежслоевой изоляции [2, стр.105] ;
hиз.мс=0.09мм–толщина межслоевой изоляции из пропиточной бумаги марки ЭИП-50.
Подставляем известные значенияв формулу (3.11) и определяем радиальный размер обмотки дросселя:
/>= /> = 10мм
Определяем среднюю длинувитка пользуясь рекомендациями изложенными в [2, стр.107].
lср=/>, м (3.12)
где
ak=a +hос=20+3=23мм;
bk=b+ hос=40+3=43мм;
r=20mm;
Подставляем известные значенияв формулу (3.12) и определяем среднюю длину витка дросселя :
lср=/>=0.26 м.
Определяем массу медиобмотки.
Gm= lср*/>*gm*10-3, кг (3.13)
Подставляем известные значенияв формулу (3.13) и определяем массу меди обмотки:
Gm= 0.26*1635*2.28 *10-3= 0.78 кг.
Определяем потери вобмотке.
Pm=2.65*/>* Gm, Вт (3.14)
Pm=2.65*16* 0.78=32.86 Вт
3.2 Расчет КПДдросселя.
По формуле (3.15) икривой, рисунок 5 [2], определяем потери в стали для индукции В =0.6 (Тл).
Р/>= р/> * G/>, (3.15)
Где р/>=0.9Вт/кг — удельные потери( на 1 кг стали ) [2, стр.179];
G/>=1.77 кг — массамагнитопровода.
Тогда:
Р/>=0,9*1.77=1.59 Вт .
Определяем рабочуюмощность дросселя по формуле (3.16)
Pp=Up*Ip (3.16)
Pp=210*1.2=252 Вт
Определяем КПД дросселя,используя рекомендации приведенные в [2, стр.195].
/> (3.17)
Подставляем известные значенияв формулу (3.17) и определяем КПД дросселя:
/> =89 %, что допустимо.
4. Обоснованиеконструктивных параметров и уточнение конструкции
В данной работе разрабатывается маломощный дроссельпитания. Медная проволока обмотки намотана на каркас и через отверстие в щёчке каркасавыведена на внешнюю поверхность стенки, припаяна к лепестку, с которого впоследствии происходит снимание или подача электрических сигналов.
Конструкция разработанного дросселя, используемого вуказанных выше условиях, должна обеспечивать его надёжную работу в течениивсего заданного срока службы. Поэтому конструкция разработанного дросселясоответствует следующим основным требованиям: механическая прочность,нагревостойкость, влагостойкость и электрическая прочность. Под перечисленнымивыше требованиями подразумевается способность конструкции противостоятьмеханическим и температурным воздействиям, сохранять работоспособность приповышенной влажности и в предусмотренных случаях климатических воздействий обеспечиватьдостаточный запас электрической прочности изоляции обмотки.
В целом конструкция проста, надёжна итехнологична, не требует больших затрат средств и пригодна для серийногопроизводства.
ПАСПОРТ
1. Напряжение источника питания, />…………………………....210
2. Частота питающей сети, />……………………………………..800
3. Потребляемый ток, />…………………………………………….1.2
4.Фактическая плотность тока в проводе обмотки,/>………...4
5. Номинальная мощность, />…………………………………..252
6. КПД, /> …………………………………………………..………...89
7. Масса, кг…………………………………………………………….2,7
8. Температура окружающей среды(С°)……………………………+40
Предназначен для бытовой аппаратуры.
Программа выпуска 40000 шт. в год.
ВЫВОДЫ
В результатепроектирования был разработан маломощный дроссель питания. Его характеристики,приведенные в паспорте, при сравнении сразу выделяют его достоинства инедостатки.
Сам дроссель имеет довольно существенные габаритныеразмеры, но этот недостаток компенсируется его надёжностью, простотойконструкциии, технологичностью, что удобно при эксплуатации. Температуранагрева обмотки дросселя равна 105 0С.
В результате расчетов получили дроссель сбольшой эксплуатационной надёжностью и хорошими электрическими показателями дляопределённых исходных данных .
Недостатком является его крупные габаритыпо сравнению с аналогичными конструкциями, что ограничивает применение дросселяданной конструкции.
Полученная конструкция удобна при массовомпроизводстве. Она проста, технологична и не требует очень сложногооборудования. Между тем конструкция надежна и долговечна. Подлежит ремонту изамене.
ПЕРЕЧЕНЬССЫЛОК
1. Волгов В.А. Детали и узлырадиоэлектронной аппаратуры. М.,1967.
2. Белопольский М.И., Пикалова Л.Г.Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М. Энергия. 1973.