Проектирование дросселя

Министерство  Образования Российской Федерации 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ  И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР) 

Кафедра конструирования узлов и деталей  радиоаппаратуры

(КУДР) 
 
 
 
 
 
 
 
 

ДРОССЕЛЬ  СГЛАЖИВАЮЩИЙ 
 

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине:               ’’Перспективная элементная база РЭС ”

1. РКФ КП.67.331.001 ПЗ

 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                       Студент гр. 234-6

_________Дмитренко Д.И.

“____” ____________ 2006 г. 
 

Руководитель:

Доцент  кафедры КУДР

_________Н.И. Кузебных

“____” ___________ 2006 г. 
 
 
 

2006

 Содержание 

1 Введение………………………………………………………...…………………3

2 Анализ технического  задания…………………………………………………....4

    2.1 Выбор оптимального варианта конструкции СД..........................................4

    2.2 Выбор конкретных рядов сердечников..........................................................4

    2.3 Выбор  конструкции катушки..........................................................................4

    2.4 Выбор  провода для обмотки............................................................................4

    2.5 Выбор  изоляционных материалов..................................................................5

    2.6 Выбор  способа защиты....................................................................................5

3 Выбор оптимального  варианта конструкции СД……………………...………..6

    3.1 Определение габаритного показателя............................................................6

    3.2 Нахождение оптимальных значений безразмерных параметров........... ....6

    3.3 Базовый размер сердечника …………………………………..……….……6

    3.4 основных размеров сердечника..................................... ……........................6

    3.5 Подсчитываем ..............................….......................................7

    3.6 ТЭП конкурентных вариантов ………………………………..……….……7

4 Электрический  расчет СД………………………………………….……………..9

    4.1 Определение  числа витков........................................................................ ......9

    4.2 Определение  сечения провода..................................................................... ...9

    4.3 Уточнение коэффициента заполнения окна магнитопровода................ .....9

    4.4 Определение амплитуды переменной составляющей индукции............... .9

    4.5 Проверка условия ...............................................................10

    4.6 Определение потерь в сердечнике.................................................................10

    4.7 Определение сопротивления дросселя..........................................................11

    4.8 Определение амплитуды переменной составляющей тока, протекающего через дроссель................................................................ ...........................................11

    4.9 Подсчет действующего значения тока через дроссель..............................11

    4.10 Определение потерь в обмотке СД..............................................................11

    4.11 Определение оптимальной толщины немагнитного зазора......................11

5 Конструктивный  расчет……………………………………………………….....12

    5.1 Уточнение конструкции катушки и определение типа намотки.................12

    5.2 Уточнение материала и определение габаритных размеров каркаса.........12

    5.3 Определение количества слоев каждой обмотки.........................................12

    5.4 Выбор материала межслоевой изоляции.......................................................12

    5.5 Выбор материала наружной изоляции..........................................................12

    5.6 Определим толщину катушки в окне сердечника........................................12

    5.7 Выбор способа защиты от влаги……………………………………………13

6 Уточнение параметров  и ТЭП дросселя………………………….……..……....14

    6.1 Определение сопротивления и потерь...........................................................14

    6.2 Уточнение ТЭП................................................................................................14

7. Заключение …………………………………………………………………....…15

Список  использованной литературы …………………………………………......16

1. Введение

      Радиотехнические  системы играют главную роль во всех областях человеческой деятельности. Одной из основных частей этих систем является радиоэлектронная аппаратура (РЭА).  Во многих РЭА содержатся цепи питания со сглаживающими дросселями (СД), обеспечивающие уменьшение переменой составляющей выходного напряжения до величины, при которой обеспечивается нормальная работа потребителей энергии постоянного тока . В конструкции РЭА обычно используются готовые СД из унифицированных рядов. Однако, в некоторых случаях унифицированные СД не могут быть использованы и необходимо рассчитывать и конструировать дроссели частного применения. Особенно часто требуется проектирование дросселей для последующего применения в наземной, судовой, бортовой и переносной РЭА, что накладывает некоторые ограничения и предъявляет требования для нормального функционирования СД в тяжелых условиях заданный промежуток времени.

      Проектирование  дросселя – комплексный процесс, который заключает в себе расчет различных электромагнитных, механических и геометрических характеристик  и выбор конструктивных параметров. При проектировании необходимо ориентироваться на форму, вес, стоимость, габариты. Так же необходимо учитывать место использования дросселя, технологические, эксплуатационные и экономические требования.

      В данном проекте необходимо спроектировать СД на ненормализованном  сердечнике при оптимальной массе. Для этого применена методика, которая позволяет на начальном этапе выбрать оптимальный сердечник и найти все его основные параметры.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Анализ  технического задания

1.   Выбор оптимального  варианта конструкции  СД.

    Существуют  различные конструкции СД, наиболее распространенные являются стержневые, броневые, торроидальные. Критерием  определения границ предпочтительного  с точки зрения обеспечения наименьших массы, стоимости и габаритного объема использования дросселей того или иного типа служит энергоемкость .

          Выбор оптимального варианта конструкции сердечника выбираем  энергоёмкости СД. В нашем случае она равна , мы выбираем броневую конструкцию СД.

2. Выбор конкретных рядов сердечников.

     Лучшие  магнитные свойства имеют ленточные  сердечники, у которых направление  магнитных силовых линий совпадает  с направление проката, поэтому  выбираем их. Использование холоднокатаных сталей в ленточных сердечниках СД позволяет уменьшить массу и габариты.

Основным требованием  к магнитному материалу, применяемому в СД, является высокая индукция насыщения и малые потери, поэтому сталь для сердечника выбираем по частоте пульсаций напряжения СД. Так как частота 800Гц, значит, выбираем сталь 3421 ГОСТ 21427.4-78 с толщиной ленты 0,15 мм.

3. Выбор конструкции катушки.

      Выбираем  каркасную конструкцию катушки, т. к. она более надёжна, но в то же время сложна в изготовлении, а гильзовая конструкция предпочтительна с точки зрения технологичности пропитки. Так как рассчитываемый СД подвергается довольно большим внешним механическим нагрузкам, выбираем каркасную конструкцию.

     В качестве материала каркаса выбираем пластмассу, так как горячее прессование пресспорошка – процесс нетехнологичный и неэкологичный. К тому же пресспорошки значительно дороже термопластов.

4. Выбор провода для обмотки.

    В качестве проводов обмоток используют медные и алюминиевые провода. Алюминиевые провода более легкие, но менее технологичны и обладают меньшей механической прочностью и удельной проводимостью, чем медные. Поэтому выбираем медь круглого сечения. Марку провода выбираем по классу нагревостойкости: ,

Где, -максимальная температура перегрева обмотки.

     При данной температуре в 60 ⁰С соответствует провод класса A, но так как срок службы ограничен 5000 часами, то мы выбираем ПЭВТЛ-1 (ТУ 16.505.446-77), так как при увеличении рабочей температуры сверх установленной на 10°С приводит к сокращению их срока службы в два раза.

5. Выбор и обоснование  изоляционных материалов.

     Изоляция  обмоток включает в себя межслоевую и наружную изоляции катушки, которые  выполняются из тканевых материалов, плёночных, а также из различных  сортов изоляционной бумаги.

     Основным  назначением материалов, используемых для межслоевой и наружной изоляции, является заполнение окна катушки СД с тем чтобы исключить возможность электрического пробоя между обмотками и с наружной обмотки - на корпус. Кроме того, изоляция задерживает проникновение влаги в обмотку и сердечник и является одним из способов механического скрепления витков обмоток и частей сердечника.

      Выбираем  Стеклолакоткань электроизоляционная (ГОСТ 10156-78) ЛСМ - 105/120 – пропитана масляным лаком по нагревостойкости соответствует классу B (до +105°С).

6. Выбор и обоснование защиты катушки СД от внешних воздействий.

    Так как нам задана относительная  влажность ОВ=98% при температуре t=35 ⁰C, для защиты от  влажности необходимо применить пропитку и обволакивание.

•  Выбираем пропиточный материал КГМС-1, так как он обладает хорошей адгезией, механической прочностью и водостойкостью, пропитка производится при комнатной температуре, полимеризация – при 60-100 °С, диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 120 °С. Для обволакивания и заливки используем К-115 (ТУ 6-05-1251-75)-обладает хорошей адгезией, механической прочностью и водостойкостью, а для защитных - ПФ-115 (ГОСТ 6465-76)- диапазон рабочих температур – от минус 60 до плюс 120 °С;

3. Предварительный расчет и выбор  оптимального варианта конструкции СД

1.   Определение габаритного показателя .

-магнитная индукция;

К_Н = 1,28-коэффициент нагрева;

[1,таблица П 3.1] -коэффициент заполнения сердечника ферромагнитным материалом;

R_t = DU/I_н

R_t =3,3/0,56=5,89

где - номинальный ток (А);

- удельное сопротивление меди (провода обмотки);

     3.2 Подсчитываем величины , находим оптимальные значения безразмерных параметров геометрии дросселя по таблице 1.7

а) для броневого  сердечника

б) для стержневого  сердечника

      3.3 Определяем базовый размер сердечника

а)

б)

      3.4 Находим расчетные значения основных размеров сердечника

а)      

б)       

      3.5 Подсчитываем

а)

б)

      3.6 Расчет примерных технико – экономических показателей конкурентных вариантов

а)

-масса СД.;

-масса обмотки;

;

-масса сердечника;

;

;

G_К = Q_О×l_О×K_О×g_О

б)

-масса СД.;

-масса обмотки;

;

-масса сердечника;

;

;

;

G_К = Q_О×l_О×K_О×g_О  -  масса катушки;

Таблица 3.1 - ТЭП конкурентных вариантов дросселей

    Из  таблицы (3.1) видно, что массы различаются. Поэтому при выборе варианта  конструкции СД предпочтение отдадим броневой конструкции, т.к. у него наименьшая масса.

;   ;  ;  ;

;  ;  ;  ;

;  . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Электрический расчет СД

1. Определение числа витков.

2. Определение сечения провода.

    Выбираем  стандартное сечение провода  марки ПЭВТЛ-1 (ТУ 16.505.446-77) [1,П 3.2]

Таблица 4.1 – данные о проводе.

3. Уточнение коэффициента заполнения окна магнитопровода.

Пользуясь таблицей 4.1 [1,с.91] находим испытательное напряжение СД т.к. то

Выбираем тип  намотки каркасную

Из рисунка 4.1[1, с.92] определяем толщину материала  каркаса

 

Площадь окна, занимаемую обмоткой, рассчитываем следующим образом:

;

;

Найдем коэффициент  заполнения окна магнитопровода обмоткой:

;

Общий коэффициент  заполнения окна сердечника проводниковым  материалом

Полученный  коэффициент заполнения окна меньше значения , которое мы приняли в [П 3.1] на 1,07 %, поэтому расчет ведем дальше.

4. Определение амплитуды переменной составляющей индукции .

Определяем  при :

, из таблицы П3.1 [1, c.193),

т. к. , не выполняем проверочный расчет индуктивности.

1. Определяем  при :

;

т. к. , выполняем проверочный расчет индуктивности:

     Нахождение удельных ампервитков

По формуле 1.20 [1, с.28]: :

     

     Определение

По рисунку 1.15 [1, с.29]:

     Определение относительной величины средней проницаемости  материала на сердечника на частном цикле.

     По  рисунку 1.7 [1, с.19]:

     Расчет  относительной величины эквивалентной проницаемости  магнитопровода .

По формуле 1.18 [1, с.28]:

Определение L.

По формуле 1.17 [1, c.28]:

     Индуктивность отличается от заданной, не значительно, поэтому расчет можно проводить  дальше.

5. Проверка  условия .

;

Условия выполняются.

6. Определение потерь в сердечнике.

По формуле 1.28 [1, c.36]: ,

где Р_УД – удельные потери в магнитопроводе.

,

где:  ,-коэффициенты увеличения потерь,

,-удельные потери в стали,  определены из [1,рисунок 1.9]

По рисунку 1.19 определяем:

;    ;       ;      ;

     

7. Определение сопротивления дросселя.

     

8. Определение амплитуды переменной составляющей тока, протекающего через дроссель.

     

9. Подсчет действующего значения тока через дроссель.

По формуле 1.51 [1, c.41]:

10. Определение потерь в обмотке  СД.

По формуле 1.50 [1, c.41]:

11. Определение оптимальной толщины  немагнитного зазора .

1. Находим отношение  :

2. Определим :

По рисунку 1.11 [1, с.25]:

3. Найдем  :

 
 
 
 
 
 
 
 

5. Конструктивный  расчет

1.   Уточнение конструкции катушки и определение типа намотки. Конструкция катушки – каркасная, тип намотки обмоток – рядовая виток к витку.

5.2 Уточнение материала и определение габаритных размеров каркаса:

а)

Определение числа витков в  одном слое обмотки.

,

где - определили из рисунка 4.3 [1, с.97].

 вит.

Принимаем

2.   Определение количества слоев обмотки.

;

принимаем .

пропиточный материал КГМС-1, для обволакивания К-115, для защитных покрытий- ПФ-115.

3. Выбор материала межслоевой изоляции.

Материалом межслоевой изоляции выбираем телефонная бумага марки КТН. Толщина межслоевой изоляции . Обеспечим изоляцию одним слоем.

4. Выбор материала наружной изоляции.

Наружную изоляцию выполним из двух слоев стеклоткани К-08 путем наложения поверх намотанной катушки, толщина .

5. Определим толщину катушки  в окне сердечника.

,

где: ,

, из рисунку 4.3 [1, с.97];

.

Определим технологический  зазор 

Из проверки видно, что обмотка свободно входит в окно, что подтверждает правильность всего расчета.

6. Выбор способа защиты от влаги.

• Защита  дросселя от влаги обеспечивается пропиткой  компаундом и обволакиванием. Пропитка заполняет все поры, вытесняет  из катушек воздух и тем самым  повышает влагостойкость, а также  теплопроводность катушек. Выбираем компаунд КГМС-1–термореактивный, обладает хорошей адгезией, механической прочностью и водостойкостью, пропитка производится при комнатной температуре, полимеризация – при 60-100 °С, диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 120 °С;