So berechnen Sie eine Kerndrossel. Schema, Beschreibung

ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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Elektroschweißen. So berechnen Sie eine Drossel mit Kern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schweißgeräte

Ein notwendiges Element des DC-DC-Wandlers ist drosseln.

Der Zweck dieses Abschnitts besteht darin, ohne über den Rahmen eines Schulphysikkurses hinauszugehen, eine Methode zur Berechnung der gebräuchlichsten Drossel bereitzustellen – einer Drossel, die mit Magnetisierung arbeitet. Wir gehen zunächst davon aus, dass in der Induktorwicklung ein Gleichstrom mit geringer Welligkeit fließt.

Die Induktorwicklung nimmt in der Regel das Kernfenster vollständig ein. Daher ist die Größe des Stroms I und die Stromdichte J (A/mm2) in der Wicklung sowie die Fläche des Kernfensters S zu kennen_o (cm2) und dessen Füllfaktor K_o, bestimmt werden kann maximale Anzahl an Umdrehungen, das im Kernfenster platziert werden kann:

Flussverbindung Induktorwicklungen können ermittelt werden, wenn die Windungen bekannt sind, die maximale Induktion B_m (T), Kernquerschnitt S_c (cm2) und dessen Füllfaktor K_m:

Setzen wir (18.10) in (18.11) ein, erhalten wir:

Es ist bekannt, dass

Aus (18.12) und (18.13) finden wir Drosselinduktivität:

Aus der Induktivitätsformel lassen sich leicht die Gesamtabmessungen des Kerns ermitteln, mit denen Sie die erforderlichen Werte erhalten Drosselinduktivität:

Zur Auswahl von B, J, K_c, K._o Sie können die Empfehlungen in der Tabelle verwenden. 18.5. Gleichzeitig ist die Gesamtleistung P_gab kann mit 1,25 • S gleichgesetzt werden_cS_c.

Bei Aluminiumdraht sollte die Stromdichte um den Faktor 1,6 reduziert werden.

Achtung! Um eine Sättigung zu vermeiden, muss der Induktorkern einen nichtmagnetischen Spalt haben.

Wir glauben, dass der Induktorkern im Vergleich zum nichtmagnetischen Spalt ein idealer magnetischer Leiter ist und alle Amperewindungen der Wicklung auf den nichtmagnetischen Spalt wirken. Aufgrund des langen nichtmagnetischen Spalts schwankt die Induktion im Kern von nahezu Null bis B_m.

Die Länge des nichtmagnetischen Spalts mit bekannter Amperewindung kann durch die Formel bestimmt werden:

oder:

Aus (18.10), (18.13) und (18.17) leiten wir eine Formel zum Finden ab Drosselinduktivität:

Oft kommt es vor, dass in Wechselrichterversorgungen Stahlkerndrosseln mit einer höheren Frequenz eingesetzt werden, als es für sie akzeptabel erscheint. Dafür gibt es eine vernünftige Erklärung.

Verluste im Stahlkern des Transformators werden durch die Formel bestimmt:

wo P._c - Verluste im Kern; R_ud - spezifische Verluste für ein bestimmtes Material bei bestimmten Werten der maximalen Induktion B_у und Frequenz f_у sinusförmige magnetische Induktion; G_с - Kernmasse; IN_m - maximale Induktion im Kern; α und β - Frequenzindikatoren.

Bei einem Transformator erreicht der Induktionshub das Doppelte des maximalen Induktionswerts B_m (Induktion ändert sich von -B_m zu +B_m). Und in der Drossel überschreitet der Hub auch im Bremsstrommodus nicht den Wert B_m (Induktion wechselt von 0 auf V_m). Das heißt, für die Drossel lässt sich die Formel wie folgt umschreiben:

ΔB ist der Induktionshub im Induktorkern.

Aus der Formel folgt, dass die Verluste im Kern mit zunehmender Induktionsamplitude zunehmen ΔB und mit zunehmender Betriebsfrequenz f. Wenn wir jedoch durch Erhöhen der Frequenz den Induktionshub verringern, erhöhen sich die Verluste nicht.

Von hier aus ist es möglich, zu bestimmen maximale Reichweite der Induktion für höhere Betriebsfrequenz:

Betrachten Sie praktische Beispiele für die Berechnung der Drossel.

Choke-Berechnungsbeispiel Nr. 1

Nehmen wir an, wir bauen eine einstellbare Schweißquelle. Die Quelle wird aus einem einphasigen 220-V-50-Hz-Netz gespeist. Einstellung des Schweißstroms im Bereich von I_Min. = 50 A bis I_max = 150 A erfolgt mit einem geregelten Thyristor-Gleichrichter.

Lastfrequenz PN = 40 %. Damit der Schweißlichtbogen in Spannungspausen, bei minimalem Strom und maximalem Steuerwinkel nicht erlischt, ist es erforderlich, dass der Strom I nicht unterschreitet_Artikel = 10A.

Von hier aus können Sie die Mindestinduktivität der Induktivität bestimmen:

Wir werden den Gashebel auf einen W-förmigen Kern aus Stahl 3411 (E310) wickeln.

Wählen wir zuerst:

B = 1,42 T;
J = 5 A/mm2 (unter Berücksichtigung der angegebenen Einschaltdauer);
К_o - 0,35;
К_c = 0,95.

Finden Sie die Gesamtgröße des Kerns:

Für die Drossel können Sie zwei Kerne ШЛ40х80 (S_c = 32 cm2, S_o = 40 cm2).

Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen der Wicklung:

Die Wicklung erfolgt mit einem Drahtabschnitt:

Bestimmen wir die Länge des nichtmagnetischen Spalts:

Lassen Sie uns die resultierende Induktivität definieren:

Das Ergebnis kann als zufriedenstellend angesehen werden, obwohl die resultierende Induktivität etwas niedriger ist als die erforderliche.

Choke-Berechnungsbeispiel Nr. 2

Wie im ersten Beispiel erwähnt, wird die Induktivität hauptsächlich benötigt, um den Strom während Pausen aufrechtzuerhalten, die durch den Betrieb des Gleichrichters (gesteuert oder ungesteuert) verursacht werden. Es ist kaum nötig, beim Gasgeben keine Pause einzulegen.

Folglich ist es möglich, die Abmessungen des Induktors erheblich zu reduzieren, indem man ihn nichtlinear und sättigbar macht. Das heißt, wenn der Strom im Induktor unter dem Sättigungsstrom 1nap liegt, weist der Induktor eine signifikante Induktivität auf, die ausreicht, um den Strom in Pausen aufrechtzuerhalten, und wenn der Strom größer als I wird_uns der Induktor wird abgeschaltet, weil sein Kern in die Sättigung eintritt.

Berechnen wir eine nichtlineare Sättigungsdrossel mit zwei Wicklungen für eine Schweißquelle mit einem Thyristorregler. Die Hauptprimärwicklung des Induktors sollte vor der Sättigung eine Induktivität von 0,3 mH haben, und die zusätzliche Sekundärwicklung sollte eine Induktivität von 7,5 mH haben.

Der maximale Strom der Primärwicklung ist I₁ = 180 A und sekundär - I₂ = 13 A. Der Induktorkern muss in die Sättigung gehen, wenn der Primärwicklungsstrom I überschreitet_uns = 132A.

Wir gehen vorläufig davon aus, dass die Primärwicklung des Induktors mit Aluminium und die Sekundärwicklung mit Kupfer gewickelt wird. Zuvor haben wir festgestellt, dass die Stromdichte J bei PV = 20 % für Kupfer akzeptabel ist_Cu = 8 A/mm2.

Da Aluminium im Vergleich zu Kupfer einen höheren spezifischen Widerstand aufweist, muss für Aluminium eine 1,6-mal geringere Stromdichte gewählt werden, d. h. J_Al = 5 A/mm2.

Da die Induktivitäten der Induktorwicklungen bekannt sind, kann das Induktor-Übersetzungsverhältnis mithilfe der Formel ermittelt werden:

Die zuvor abgeleiteten Formeln gelten für einen Einzelwicklungsinduktor mit minimaler Stromwelligkeit in den Wicklungen. Um die Differenz zwischen dem Effektivstrom und dem Sättigungsstrom zu berücksichtigen, muss der Wert der Stromdichte J mit dem Sättigungskoeffizienten multipliziert werden:

Um im Kernfenster Platz für zusätzliche Wicklungen zu schaffen, müssen Sie die Kerngröße mit dem Koeffizienten multiplizieren:

Als Kern für die Drossel wählen wir einen W-förmigen Streifenkern aus Stahl 3411 (E310). Mit der modifizierten Formel (18.15) finden wir:

Für die Drossel können Sie einen Kern ШЛ32х50 (S_c =16 cm2, S_o = 26 cm2, S_cS_o = 416 cm4).

Bestimmen wir die Windungszahl der Primärwicklung mit der modifizierten Formel (18.10):

Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung:

Die Primärwicklung ist mit einem Draht mit einem Querschnitt gewickelt:

Die Sekundärwicklung ist mit einem Draht mit einem Querschnitt gewickelt:

Bestimmen wir die Länge des nichtmagnetischen Spalts:

Lassen Sie uns die resultierende Induktivität der Primärwicklung des Induktors bestimmen:

Es stellte sich heraus, dass die Induktivität mehr als nötig war. Um die erforderliche Induktivität zu erhalten, reduzieren wir die Anzahl der Primärwicklungen auf Wt = 18. Dementsprechend ist W2 = 90 Windungen und 5 = 2 mm.

Choke-Berechnungsbeispiel Nr. 3

Berechnen wir den Induktor L2 ERST. Der maximale Induktorstrom beträgt 315 A, der minimale -10 A.

Die Stromwelligkeitsfrequenz in der Induktivität entspricht der PWM-Frequenz und ist gleich F_PWM = 25000 Hertz.

Lassen Sie uns die Induktorparameter bestimmen, die erforderlich sind, um die Kontinuität des Schweißstroms sicherzustellen. In Abb. Abbildung 18.25 zeigt die Stromform in der Induktivität L2, entsprechend der Kontinuitätsgrenze.

So berechnen Sie eine Kerndrossel
Reis. 18.25. Aktuelle Form, die der Kontinuitätsgrenze entspricht

Im geöffneten Zustand des ERST-Schalters steigt der Strom in der Induktivität von Null auf den Amplitudenwert. Während der Pause sinkt der Strom dann auf Null. Bei einem minimalen Schweißstrom I besteht die Gefahr des Überschreitens der Durchgangsgrenzen_{sv min} = 10 A und maximale Eingangsspannung ERST. Bestimmen wir die Lichtbogenspannung für den minimalen Schweißstrom:

Bestimmen wir die Beziehung zwischen der Amplitude und dem Durchschnittswert des Dreiecksstroms. Der Durchschnittswert einer Funktion ist das Integral dieser Funktion oder einfach ausgedrückt die Fläche, die von dieser Funktion und der Nullniveaulinie begrenzt wird.

Die Fläche eines Dreiecks ist definiert als das Produkt aus der Höhe des Dreiecks und der halben Länge der Grundfläche:

Von hier aus finden wir die Beziehung zwischen den Durchschnitts- und Amplitudenwerten des Stroms:

Bei geöffnetem Schlüssel liegt Spannung am Gasgriff an:

Der Strom in der Induktivität steigt von 0 auf I an_a.

Während einer Pause wird die Spannung -U an die Drossel angelegt_{T min}, und der darin enthaltene Strom sinkt auf 0.

Seit der Stromänderung () hat in beiden Fällen den gleichen Wert, aber ein anderes Vorzeichen

Nehmen wir an, dass wir als Material für den Induktorkern Elektrostahl mit einer Blechdicke von 0,08 mm verwenden wollen, der bei der Frequenz f_y = 1000 Hz, bei Induktion B_y = 1 T und eine Rechteckspannung hat Verluste P_y = 22 W/kg.

Frequenzanzeiger aus Stahl α = 1,4 und β = 1,8. Lassen Sie uns den zulässigen Induktionshub für eine Frequenz von 25000 Hz ermitteln, der zu den gleichen Verlusten führt wie bei einer Frequenz von 1000 Hz:

Stellen wir zunächst fest, dass die Induktion im Kern bei Gleichstrom einen Wert von B = 1,42 T, Stromdichte J = 3,5 A/mm2, K erreichen kann_o = 0,35 und K_c = 0,10. Finden Sie die Gesamtgröße des Kerns:

Die Größe passt zum Kern ШЛ25х50 (S_c = 12,5 cm2, S_o = 16 cm2). Kerngröße S_cS_o = 12,5 • 16 = 200 cm4.

Lassen Sie uns die Anzahl der Windungen bestimmen:

Die Wicklung erfolgt mit einem Kupferbus mit einem Querschnitt:

Lassen Sie uns den nichtmagnetischen Spalt definieren:

Lassen Sie uns die resultierende Induktivität definieren:

Nun sollten Sie darauf achten, dass die Amplitude der hochfrequenten Induktionspulsation nicht überschritten wird ΔB = 0,16 T.

Der maximale Induktionshub im Induktorkern tritt bei der maximalen Eingangsspannung U auf_{im max} = 80 V und Impulsfüllung D = 0,5 und kann durch die Formel ermittelt werden:

die den zulässigen Wert nicht überschreitet.

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

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