Министерство образования и науки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники и электрооборудований предприятий

Расчетно-графическое задание

Магнитный усилитель с самоподмагничиванием

Выполнил студ. гр. АЭ-09-01 ______________ Жигалов А.В.

(подпись, дата)

Проверил ______________ Хакимьянов М.И.

(подпись, дата)

УФА 2011

Содержание

1 Исходные данные 3

2 Выбор сердечника 3

3 Расчёт параметров обмоток 6

4 Выбор выпрямителей рабочей цепи 7

5 Расчёт обмотки управления 8

6 Расчёт обмотки смещения 11

7 Проверка размещения обмоток 12

8 Определение коэффициентов усиления 14

9 Проверка на нагрев и определение плотности тока 15

10 Уточнённый расчёт максимальной мощности МУС 16

Список использованной литературы 17

1 Исходные данные для расчёта

1.1 Дано

№ вар.	Рн, Вт	Iн, А	Iу, А	Кр	f,Гц	τ
		0,4	0,01

1.2 Схема

Рис.1 Схема магнитного усилителя с самоподмагничиванием

1.3 Задание

1) Рассчитать и выбрать сердечники для усилителя по рис. 1;

2) Определить число витков W_y и W_p, выбрать напряжение питания, подобрать диоды, построить характеристику ‘вход-выход’, подсчитать коэффициент усиления по мощности, произвести проверку расчёта.

2 Выбор сердечника

Размеры сердечников определяются произведением S_c·S_m. Для расчёта этой величины с помощью уравнения

(2.1)

задаёмся величинами η, β, B_m, и δ, ориентируясь на имеющийся опытный материал

Таблица 1

Выбор величины индукции и коэффициента β

Материал	Bm, *10^-5	β
Сплав марки 50 НП		0,9

Для данного случая выбираем сплав марки 65 НП, так как требуется высокий коэффициент усиления по мощности К_р.

β- коэффициент, характеризующий степень отклонения реальной петли гистерезиса от прямоугольной.

Мощность Р_н связана с параметрами магнитного усилителя уравнением

(2.2)

Выбираем магнитопровод типа ОЛ 45/56-12,5; δ=3,75 ; η=0.56

Для данной схемы (рис.1) ,

Принимаем , и

Геометрические размеры сердечника (табл. 2) рассчитаны для принятых коэффициентов заполнения по меди и стали (; ).

Выбираем сердечник ОЛ 45/56-12,5, имеющий см⁴

Таблица 2

Параметры тороидального сердечника

Тип магнитопровода dD-b мм	lc см	lM см	SC см^2	SM см^2	VC см^3	SMSC см^4	см^2	см^5
ОЛ 45/70-16	16,3	7,78	1,28	2,83	20,9	3,2	0,0286	0,598

После этого производим уточнённый расчёт δ и η с помощью формул:

; (2.3)

; (2.4)

где - коэффициент теплоотдачи,

- удельное сопротивление меди,

- площадь поверхности охлаждения.

; (2.5)

где

; (2.6)

; (2.7)

; (2.8)

; (2.9)

; (2.10)

Значит:

;

;

мм

;

Таким образом

см²

Итак:

Определив уточнённые значения δ и η, вновь произведём расчёт и по формуле (2.2) и (2.1), чтобы проверить обеспечивает ли выбранный сердечник необходимую величину этого произведения и , тогда:

см⁴

Вт

3 Расчёт параметров обмоток

Напряжение на нагрузке

; (3.1)

Значит

В

Напряжение источника питания (действующее значение)

; (3.2)

В режиме максимальной отдачи напряжение на нагрузке имеет синусоидальную форму, поэтому , следовательно

В

Определим число витков рабочей обмотки, а также сечение и диаметр голого провода:

; (3.3)

Значит

;

Сечение и диаметр голого провода рабочей обмотки

; (3.4)

Значит

мм

Выбираем провод марки ПЭВ-2: мм; мм²; мм

Сопротивление рабочей обмотки

; (3.5)

Значит

Ом

Реальный К.П.Д.

; (3.6)

Значит

4 Выбор выпрямителей рабочей цепи

Прямой ток через каждый вентиль равен половине тока нагрузке:

; (4.1)

Значит

А

К каждому вентилю (непроводящий полупериод) прикладывается амплитуда напряжения источника питания

; (4.2)

Значит

В

Ввиду того, что число витков рабочей обмотки велико (), необходимо взять диод с малым обратным током. Выбираем кремниевый диод Д209 с прямым током 0,1 А, обратным напряжением 400 В и обратным током 0,5 мкА (при температуре +20 ⁰С и обратном напряжении 258 В).

; (4.3)

Значит

5 Расчёт обмотки управления

Для определения параметров обмотки управления воспользуемся кривой размагничивания для сплава 50 НП с толщиной ленты 0.05 мм. Для того чтобы характеристика вход- выход усилителя была линейной, необходимо, чтобы он работал на линейной части кривой . Задаваясь различными значениями , находим ток в нагрузке, воспользовавшись уравнением (5.1)

; (5.1)

Далее, с помощью кривой размагничивания находим соответствующее значение H_Y и строим зависимость

Так как , то проведя упрощения получим

Построим линеаризованную функцию I=f(Hy) рис.3, по =f(Hy) рис.2

Рис.2

Рис. 3

Тогда число витков обмотки управления будет равно

; (5.2)

Значит

Мощность управления определяется, зная коэффициент усиления

; (5.3)

Значит

Сопротивление 2-х обмоток управления равно

; (5.4)

Значит

Ом

Тогда сопротивление одной обмотки управления

Ом

Диаметр провода обмотки управления

; (5.5)

Значит

см=0,229 мм

Выбираем провод марки ПЭВ-2: мм; мм²; мм

Сопротивление обмотки управления при мм равно

; (5.6)

Значит

Ом

6 Расчёт обмотки смещения

В том случае, когда необходимо, чтобы ток нагрузки возрастал с увеличением тока управления , на усилителе делается обмотка смещения, создающая отрицательную намагничивающую силу (Н.С.), равную :

; (6.1)

Задаёмся током в обмотке смещения А. Тогда число витков обмотки смещения равно

; (6.2)

Тогда

Возьмём в обмотке смещения такую же плотность тока, как в рабочей обмотке. Тогда сечение провода обмотки смещения будет равно

; (6.3)

мм²

Выбираем провод марки ПЭВ-2: мм; мм²; мм

Сопротивление обмотки смещения

; (6.4)

Ом

Мощность, потребляемая обмоткой смещения

; (6.5)

Тогда

Вт

7 Проверка размещения обмоток

После расчёта параметров обмоток проверяется их размещение на сердечнике. Сечение, занятое всеми 3-мя обмотками, равно

; (7.1)

Часть окна занята каркасом; на каркас и зазор между ним и сердечником можно взять мм.

Тогда диаметр отверстия, свободного от обмоток, можно найти с помощью уравнения

; (7.2)

Тогда

мм

При расчёте усилителя удобно пользоваться относительной величиной геометрических размеров:

; (7.3)

; (7.4)

; (7.5)

(7.6)

; (7.7)

Значит:

;

;

мм

;

Средняя высота обмотки равна

; (7.8)

Тогда

мм

Находим поверхность охлаждения из формулы (2.5)

мм²

Коэффициент заполнения окна медью (без обмотки смещения) равен

; (7.9)

Поскольку, (0.09<0.3), то можно разместить и обмотку смещения

8 Определение коэффициентов усиления

После того как определены параметры сердечника и обмоток и построена характеристика вход - выход, определяем коэффициенты усиления и постоянную времени Т, используя линейную часть характеристики (рис. 2)

Рис.2 Характеристика вход-выход усилителя при наличии обмотки смещения.

; (8.1)

; (8.2)

; (8.3)

Значит

Поскольку обмотка смещения потребляет очень малую мощность, то последовательно с этой обмоткой можно включить большое активное сопротивление. При этом обмотка смещения не будет увеличивать инерционность усилителя и при расчёте постоянной времени Т обмотку можно не учитывать:

; (8.4)

Значит

с

9 Проверка на нагрев и определение плотности тока

Проверка на допустимый нагрев и определение реальной плотности тока производиться по формулам:

; (9.1)

; (9.2)

Тогда

10 Уточнённый расчёт максимальной мощности МУС

Уточнённый расчёт максимальной мощности усилителя произведём по формуле

; (10.1)

Значит

Вт

Определим кратность изменения тока нагрузки по формуле

; (10.2)

Величину H₀ определим по рис. 2

А/см

Тогда

Расчёт закончен.

Список использованной литературы

1. Буль Б. К. и др. Основы теории электрических аппаратов: Учеб. пособие для электротехнич. специальностей вузов/Под ред. Г. В. Буткевича.- М.: Высшая школа, 1970.-600 с.

2. Конспект лекций.

3. Липман Р. А., Негневицкий И. Б. Быстродействующие магнитные и магнитно-полупроводниковые усилители. Л.: Государственное энергетическое изд-во, 1960.- 404 с.

4. Чунихин А. А. Электрические аппараты: Учеб. пособие.- М.: Энергия, 1967.- 536 с.

5. Шопен Л. В. Бесконтактные электрические аппараты автоматики: Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. И доп.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 689 с.

Дата добавления: 2015-08-28