2. Приклад розрахунку магнітного підсилювача

Завдання

Розрахувати параметри однотактного магнітного підсилювача без зворотного зв'язку (рис.1.2) і побудувати його статичну характеристику.

Дано:

максимальна потужність навантаження Р = 10 Вт,

коефіцієнт посилення по струму k_I = 100,

частота живлячої мережі f = 1000 Гц,

напруга живлення U_c = 30 В

Рішення

Примітка. Довідкові дані для розрахунку приведені в розділі 4.

Визначення опору навантаження:

,

де k₁ вибирається з діапазону (k₁ = 1.2  2) і враховує падіння напруги на робочій обмотці. Вибираємо k₁ = 1.6 (у середині діапазону).

Визначення максимального струму навантаження:

Вибір матеріалу сердечника магнітного підсилювача.

Вибір проводимо по діаграмі (рис.4.1) [3], виходячи з потужності магнітного підсилювача. Приймаємо марку пермалоя 50НП, сердечник кільцевого типу. Характеристика намагнічування приведена на рис.4.2.

З характеристик намагнічування можуть бути визначені: та (Значенню B_max відповідає кінець ділянки до "коліна" для характеристики Н_у=0, а H_max відповідає кінець ділянки до "коліна" характеристики Н_у=10 A/см).

Розрахунок і вибір товщини листу сердечника.

Вибираємо з умови:

,

де k₂ вибирається з табл. 4.1. ( Для 50НП k₂ = 1.9).

Вибираємо товщину листу пермалоя найближчу меншу з ряду [3] (табл. 4.2):

Визначення питомого числа витків:

Коефіцієнт товщини сердечника вибираємо з діапазону

k_h = (0.5  2)

Приймаємо (як середину діапазону):

k_h = 1.25

Коефіцієнт довжини магнітної лінії вибираємо з діапазону k_l = (10  30). Приймаємо середню k_l =20.

Визначення ширини сердечника (заздалегідь):

Примітка. Знак "  " (штрих) означає, що величина визначається в результаті розрахунку заздалегідь. Її точне значення (без штриха) буде визначене на наступних етапах розрахунку.

Визначення висоти сердечника (заздалегідь):

Визначення довжини середньої магнітної лінії сердечника (заздалегідь):

Визначення середнього діаметру сердечника (заздалегідь):

Визначення зовнішнього діаметру сердечника (заздалегідь):

Визначення внутрішнього діаметру сердечника (заздалегідь):

Вибір магнітопровода.

За розрахованими заздалегідь даними:

,

,

з таблиці 4.3 вибираємо тип К42х30х7 з фактичними розмірами:

,

,

,

Визначення остаточного середнього діаметру:

Визначення остаточного значення довжини магнітної лінії магнітопровода:

Визначення фактичної ширини:

Визначення перетину обмотувального дроту робочої обмотки:

де j - допустима густина струму в моточних вузлах (звичайно вибирається з діапазону j = 2  4 А/мм²). Вибираємо середину діапазону j = 3 А/мм².

Визначення діаметру дроту робочої обмотки:

.

Вибираємо з табл.4.4 стандартний дріт ПЭЛШО-0.47 мм, у якого:

перетин міді q_p[мм²_]= 0.1735 мм²,

діаметр дроту з ізоляцією d_{пр.p.из [мм]} = 0.58 мм,

перетин дроту з ізоляцією q_{p.из [мм}²_] = 0.262 мм²

Визначення максимального струму управління:

Визначення перетину обмотувального дроту обмотки управління (заздалегідь):

Визначення діаметру дроту обмотки управління (заздалегідь):

.

Вибираємо дріт ПЭЛШО-0.05 мм, у якого:

перетин по міді q_у = 0.00196 мм²

перетин з ізоляцією q_у.из = 0.0113 мм²

діаметр дроту з ізоляцією d_пр.у.из = 0.12 мм

Визначення числа витків робочої обмотки:

.

Визначення числа витків обмотки управління:

.

Визначення площі вікна магнітопровода:

Визначення площі, що займає робоча обмотка:

де k_зап - коефіцієнт запасу. Звичайно приймається k_зап = 0.6.

Визначення площі, що займає обмотка управління:

Загальна фактична площа, що займана у вікні:

Визначення коефіцієнта заповнення вікна:

.

Визначення середньої довжини витка:

де k_В - коефіцієнт, що враховує товщину намотування (k_В=1.25).

Визначення опору робочої обмотки

,

де  - питомий опір провідника.

(Для міді ).

Визначення опору робочого ланцюга:

Визначення опору обмотки управління:

Графічна побудова еліпса навантаження [1,2,3].

Визначення напівосей еліпса:

Ординати еліпса визначаються із співвідношення:

Нm, А/см	0	2	4	6	8	10	12
Вm,, Тл	0.46	0.45	0.43	0.4	0.35	0.26	0.06

По крапках будуємо еліпс навантаження.

Рисунок 2.1. Побудова еліпса навантаження

Побудова статичної характеристики [1].

По одержаних точках перетину еліпса з кривими намагнічення будуємо характеристику Н_m = f (H_у)

Ну, А/см	0	1	2	3	4	5	7.5	10	12	14
Нm, А/см	0.1	0.9	1.7	2.6	3.2	3.7	5.4	7.8	10	12

Рисунок 2.2. Побудова характеристики Н_m= f (H_у)

По одержаній характеристиці шляхом перерахунку по формулах:

і

Iу,mА	0	0.64	1.2	1.9	2.56	3.2	4.8	6.4	7.6	9
Iр,mА	6	58	109	167	2.5	237	346	500	642	770

будуємо статичну характеристику магнітного підсилювача.

Рисунок 2.3. Побудова статичної характеристики магнітного підсилювача