2.3. Определение параметров сердечника и обмоточных данных

Для определения числа витков первичной обмотки W₁ и диаметра сердечника d_c используются два уравнения, дающие связь между индуктивностью и размерами катушки и между индуктивностью и потокосцеплением [2]:

, Гн; (14)

, Гн, (15)

где J_у – величина установившегося первичного тока при нагретой первичной обмотке;

В_с – индукция в сердечнике;

К₃ ~ 0,85 – коэффициент заполнения;

– опытный коэффициент, зависящий от отношения ,

а также от материала сердечника и его размеров.

Решая совместно уравнения (14) и (15), получаем

; (16)

. (17)

Установившийся первичный ток в (16) определяется по уравнению

,

где – сопротивление нагретой первичной обмотки;

t_гор – максимально допустимая температура провода в нагретом состоянии;

t₀ – температура провода в холодном состоянии;

– температурный коэффициент сопротивления.

Отношение предварительно задается, при этом учитывается следующее. Увеличение отношения с учетом изменения коэффициента приводит к снижению числа необходимых витков первичной обмотки и увеличению диаметра сердечника. Практически наиболее целесообразно выбирать отношение =3÷6.

Значение коэффициента определяется по табл. 2.

Определение коэффициента Таблица 2.

	3	4	5	6
	11	17	23	33

Увеличение индукции В_c в (16) увеличивает W₁ и уменьшает d_c. Размеры сердечника уменьшаются, но вес обмотки возрастает. Завышенные значения B_c, кроме того, приводят к сильному возрастанию потерь в сердечнике. Практически приемлемая величина индукции в сердечнике B_c =0,5 ÷ 1,0 Тл.

Необходимо отметить, что определение W₁ и d_c по формулам (16) и (17) проводится при допущении об отсутствии внешнего магнитопровода.

Учет наличия внешнего магнитопрововода при уточненных расчетах возможен с использованием графоаналитического способа определения индуктивности катушки.

Длина сердечника .

Число витков вторичной обмотки определяется через оптимальный коэффициент трансформации [2]

.

Приближенно величину оптимального коэффициента трансформации можно найти по формуле

,

где – первое приближение в определении оптимального коэффициента трансформации

,

где С₂^/ – суммарная емкость вторичной цепи при разомкнутой вторичной обмотке; R_ш – шунтирующее сопротивление во вторичной цепи.

Оптимальный коэффициент трансформации должен обеспечить необходимую величину вторичного напряжения, которая определяется по формуле

, (18)

где – КПД индукционной катушки, которым следует предварительно задаться ( ~ 0,7).

Минимально допустимая величина вторичного напряжения зависит от типа системы зажигания. Примем, что для емкостной системы зажигания, показанной на рис. 6, U_2m при разомкнутой вторичной цепи должно быть не менее 15кВ.

В случае, если расчетная величина U_2m < 15кВ, проводится уточнение коэффициента трансформации катушки. При этом коэффициент трансформации определяется непосредственно из формулы (18) при U_2m = 15кВ.

Диаметр провода первичной обмотки

,

где =0,0175 – удельное сопротивление меди;

D_cр1 – средний диаметр первичной обмотки, которым следует предварительно задаваться, а затем уточнить с учетом максимально допустимой плотности тока.

Если плотность тока, определяемая отношением

(где q₁ – площадь сечения меди провода), превышает 8 , то необходимо изменить D_ср1 и найти уточненное значение d_1.

После этого выбираются марка провода и стандартные диаметры.

Диаметр провода вторичной обмотки выбирается в пределах 0,07÷0,1мм, исходя из технологических и экономических соображений.

Катушка зажигания имеет следующую конструкцию. Магнитная цепь является частично замкнутой, кроме сердечника, содержит наружный магнитовод. В результате при тех же значениях индуктивности обмоток, что и при разомкнутой магнитной цепи, катушка имеет меньшие габариты и вес.

На сердечник, набранный из тонких листов электротехнической стали, наматывается первичная обмотка, что позволяет получить наибольшее значение рабочего магнитного потока, уменьшить величину R₁ и обеспечить более простую конструкцию катушки с точки зрения вывода высокого напряжения. Вторичная обмотка наматывается на прессованную из пресс-волокна втулку толщиной Д_в = 3 мм, одетую на первичную обмотку.

В качестве межслойной изоляции в первичной и вторичной обмотках применяется фторопластовая пленка. Обе обмотки, верхний и боковой магнитопроводы вставлены в корпус и залиты эпоксидным компаундом. С торца катушки крышкой укреплен нижний магнитопровод.

Осевая длина первичной обмотки:

h₁=l_c - (10÷15)мм.

Число витков в одном слое первичной обмотки:

;

где Ку = 1,07÷1,15 – коэффициент укладки;

d_из1 – диаметр провода с изоляцией.

Число слоев первичной обмотки:

.

Аналогично определяются число витков в слое и число слоев вторичной обмотки.

Толщина пленки фторопласта на каждый ряд первичной обмотки д₁= 0,03см. Между рядами вторичной обмотки - два слоя пленки фторопласта толщиной д₂= 0,015см.

Радиальный размер первичной обмотки с учетом межслойной изоляции:

б₁=К_у n₁ d_из1 +Д₁,

где Д₁=д₁n₁ – общая толщина изоляционных пленок для первичной обмотки.

Радиальный размер вторичной обмотки:

б₂=к_у n₂ d_из2 +Д₂;

Д₂=д₂ n₂,

где Д₁=д₂n₂ – толщина изоляционных пленок для вторичной обмотки.

Общий радиальный размер катушки:

б=б₁ + б₂ +Д_в.

Средняя длина витка первичной обмотки:

l_ср1=2 r₁,

где – средний радиус обмотки.

Для вторичной обмотки:

l_ср2=2 r₂;

r₂= .

Уточненное значение активного сопротивления первичной обмотки:

,

где – площадь сечения провода.

Активное сопротивление вторичной обмотки:

,

где – площадь сечения провода вторичной обмотки.