Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Третья группа эксплуатации предполагает значение температуры окружающей среды до + 60°С. С учетом температуры перегрева обмотки температура нагрева провода может достигать 110°С. Поэтому выбираем термостойкое изоляционное покрытие намоточного провода типа ПЭВ-1. Согласно таблице 2.1 с учетом толщины изоляции диаметр провода будет иметь значение  = 0,96 мм, а площадь сечения провода с изоляцией  , мм2 равна 0,7238 мм2. Полученные параметры намоточного провода обеспечивают допустимую плотность тока. Провод с таким диаметром обладает достаточно большой жесткостью при изгибе, поэтому выбираем вариант заправки вывода катушки и его пайке к контактам каркаса представленный на рисунке 2.5. На рисунке 2.6 представлено типовое конструктивное устройство катушки дросселя. Форма катушки в основном определяется формой сердечника. В нашем случае катушка имеет форму тороида. Сердечники могут быть с изоляционным покрытием и без него [6 - 9]. В случае отсутствия такого покрытия перед намоткой первого слоя необходимо выполнить изоляцию. В качестве наружной и внутренней изоляций в этом случае наиболее часто используют ленту из лакоткани типа ЛКМ -105 или ЛШМ - 105 ТУ 655РК-06948680ТОО-03-2001 толщиной 0,15 мм в 2 слоя. Слои обмотки наматывают виток к витку по внутреннему диаметру. Концевые выводы крепят нитками. Для проводов диаметром менее 0,1 мм в качестве междуслоевой изоляции берут конденсаторную бумагу толщиной 0,01 мм, для проводов диаметром от 0,1 до 0,5 мм — телефонную бумагу толщиной 0,05 мм и для проводов диаметром более 0,5 мм — кабельную бумагу толщиной 0,15 мм [11].  1 – кольцевой сердечник; 2 – изоляция сердечника  ; 3 – слои обмотки; 4 - межслойная изоляция; 5 – наружная изоляция; 6 – нитки для крепления выводов обмотки; lв – длина вывода; lп – длина залуженной части вывода;  – наружный диаметр катушки;  – внутренний диаметр катушки или диаметр окна сердечника, незанятый обмоткой; hкат – высота катушкиРисунок 2.6 - Типовое конструктивное устройство катушки дросселя на кольцевом сердечнике Длина вывода обмотки обычно соизмерима с размерами катушки, а длина залуженной его части обычно составляет от 5 до 10 мм в зависимости от размеров вывода контакта. После проведения намотки катушку пропитывают изолирующим специальным компаундом КП-50 (ТУ6-05-101-52) или КП-103 (ТУ6-504-011) для повышения электрической прочности, увеличения механической прочности, защиты от влаги [11]. На основе вышеприведенных рассуждений конструктивное построение проектируемого дросселя будет иметь вид, представленный на рисунке 2.7.  а × b × с – габаритные размеры дросселя; аосн – длина основания; ФDокат – наружный диаметр катушки; ФDiкат – внутренний диаметр катушки; Нкат - высота катушки; ФDо – наружный диаметр сердечника; ФDi – внутренний диаметр сердечника; Н - высота сердечника; 1 – основание дросселя; 2 – катушка дросселя; 3 – контакт; 4 – вывод катушки; 5 – паяное соединения вывода катушки и контакта дросселя Рисунок 2.7 – Эскизный проект дросселя На этапе технического проекта проводятся конструкторские расчеты, необходимые для определения геометрических размеров и других параметров компонентов конструкции, определенных на этапе эскизного проектирования. 3 Технический проект дросселя 3.1 Постановка задачи В результате проведения электрического расчета и эскизного проекта получены исходные данные для проведения конструкторского расчета: - индуктивность дросселя L 12,48 мкГн; - провод обмотки типа ПЭВ-1 диаметром 0,96 мм. В результате проведения конструкторского расчета должны получить [10]: - основные параметры сердечника: - размеры; - материал; - фирму- производитель и полное условное обозначение; - число витков обмотки  ;- параметры обмотки: - число витков в слое; - число слоев обмотки; - толщину обмотки; - толщины и материалы внутренней, внешней и междуслойной изоляций; - активное сопротивление обмотки дросселя; - габаритные и установочные размеры катушки дросселя; - габаритные и установочные размеры основания дросселя; - габаритные и установочные размеры дросселя. Геометрические размеры отечественных сердечников принято обозначать как [13] КDo × Di × hT, где К – кольцо; Do – наружный (out) диаметр кольца, мм; Di - внутренний (interne) диаметр кольца, мм; hT – высота кольца (тороида), мм. Размеры импортных кольцевых сердечники могут обозначаться как RDo × Di × hT, TNDo / Di / hT и т.д [11]. При этом суть обозначения не изменяется. Необходимо, чтобы кольцевой сердечник вписывался в габаритные размеры, которые представлены в техническом задании: 30×20×20 мм, и оставалось место для обмотки, крепежных и установочных деталей. Полученные параметры намоточного провода обеспечивают допустимую плотность тока и является минимально возможным. Однако возможно, что провод с такими параметрами не обеспечит предельно допустимое значение активного сопротивления катушки дросселя, которое не должно превышать  , то есть в нашем случае не более 0,45 Ом.3.2 Выбор размеров сердечника Выбор размера сердечника проводится на основе двух начальных условий: - индукция насыщения для ферритов равна 0,25 Тл, а для магнитодиэлектриков -1 Тл; - коэффициент заполнения окна медью равен 0,3. Выбор размера сердечника проводится по двум параметрам: - габаритная мощность  - мощность передаваемая сердечником с площадью сечения сердечника  и площадью окна So;- параметр  определяет минимальный размер сердечника, при котором получают активное сопротивление дросселя, составляющее 5 % от сопротивления нагрузки.Проведем выбор сердечника из феррита, так как сердечники из феррита имеют более широкую номенклатуру по размерам и магнитной проницаемости по сравнению с сердечниками из магнитодиэлектриков. Определим значение параметра , мм4 с учетом величины площади сечения провода в изоляции согласно таблицы 1.1. ,где  - индуктивность дросселя. мкГн;  - ток дросселя, А; - площадь сечения сердечника, мм2; So – площадь окна, мм2;  - индукция насыщения, Тл.Подставляя соответствующие числовые данные, получаем  .Определяем параметр по формуле ,где - индуктивность дросселя. мкГн; - ток, проходящий через дроссель, А;  - активного сопротивления катушки дросселя, Ом; - индукция насыщения, Тл.Подставляя соответствующие числовые значения, получаем  Из таблиц А2 - А5 [11] приложения А по параметрам , мм4 и  мм5 выбираем ближайший в сторону увеличения размер кольцевого сердечника из феррита.Имеется несколько типов сердечников близким по параметру , мм4 , информация о которых в форме таблиц 3.1 - 3.3 приводится ниже. Параметр у этих сердечников имеет большой запас.Таблица 3.1 – Сердечник фирмы Philips
Таблица 3.2 – Сердечник фирмы Epcos
Таблица 3.3 – Отечественный сердечник с = 170 мм4 и  = 3 мм
Все выше приведенные сердечники имеют одинаковый внешний диаметр  = 10 мм.Объем, ограниченный габаритными размерами (20 × 20 × 20 мм) представляет собой прямоугольный параллелепипед с минимальным размером 20 мм. Запас размера по диаметру сердечника составляет 10 мм, а по высоте сердечника - 17 мм. Поэтому при одинаковых диаметрах кольца необходимо ориентироваться на сердечник с бóльшей высотой, то есть на сердечник К10 × 6 × 5, параметры которого представлены в таблице 3.4. Таблица 3.4 – Отечественный сердечник с = 10 мм и = 5 мм
3.3 Расчет числа витков и выбор материала сердечника Минимальное число витков  , при котором сердечник не будет входить в насыщение определяется согласно выражению . Подставляя соответствующие числовые значения, получаем  .Определим значение параметра  , нГн / виток2, которое обеспечивает такое же число витков Параметр  для выбранного стандартного сердечника согласно данным в таблице А2 равен 50,3 нГн / виток2 для феррита с  = 100. Отсюда необходимое значение  определяется как .Выбираем ближайшее номинальное значение относительной магнитной проницаемости, которое равно 429. Выбираем магнитомягкий феррит типа 4000НМ с критической частотой  = 5 МГц при  = 0,01, индукцией насыщения  = 0,31 Тл при 20 °С и с температурой Кюри 300 °С [11, 14].Запись в КД выбранного сердечника имеет вид: сердечник М200ВНС К10×6×5 ПЯ0.707.737 ТУ. Пересчитаем число витков по формуле  витков.3.4 Расчет параметров обмотки Эффективным показателем оптимальности спроектированного дросселя является значение коэффициента заполнения медью. Этот параметр для данного варианта исполнения  будет равен .Полученное значение несколько больше, чем 0,3, что указывает более плотную витков катушки в окне сердечника с запасом. При намотке провода сложно и затратно плотно без зазора уложить витки друг к другу. Неплотность учитывает коэффициент  [11]. С учетом этого коэффициента определим длину обмотки  .В качестве наружной и внутренней изоляций наиболее часто используют ленту из лакоткани типа ЛКМ -105 или ЛШМ - 105 ТУ 655РК-06948680ТОО-03-2001 толщиной 0,15 мм в 2 слоя [10]. Выполним наружную и внутреннюю изоляцию согласно этой рекомендации. Тогда радиус первого слоя будет равен  Определим шаг между слоями обмотки по формуле  Подставляя соответствующие числовые значения, получаем  Решение этого уравнения имеет вид  .Уравнение не имеет действительных корней. Это означает, что обмотка состоит из одного частично заполненного слоя. Действительно, при полном заполнении первого слоя его длина  будет равна мм,в то время как реальная длина обмотки составляет  .Для равномерного заполнения слоя проводом проведем намотку витков с шагом  равным мм.Длина провода обмотки  в общем случае определяется выражением ,где  - длина концевых выводов, мм; - число витков в i – ом слое; - внешний диаметр сердечника, мм; - внутренний диаметр сердечника, мм; - высота сердечника, мм; - диаметр провода в изоляции, мм; - толщина внутренней изоляции, мм; - толщина межслойной изоляции, мм.Длина провода в случае однослойной обмотки  определяется выражением Тогда активное сопротивление  обмотки дросселя будет равно мОм.3.5 Расчет габаритных и установочных размеров дросселя Компонентами дросселя являются две сборочных единицы: катушка и основание. Габаритные и установочные размеры основания определяются аналогичными параметрами катушки. Поэтому сначала определимся с габаритными и установочными размерами катушки. Толщина обмотки катушки в нашем случае будет состоять из толщин наружной и внутренней изоляций, а также диаметра провода с изоляцией. Рекомендуется выполнять наружную и внутреннюю изоляции из лакотканевой ленты типа ЛКМ -105 или ЛШМ - 105 ТУ 655РК-06948680ТОО-03-2001 толщиной 0,15 мм в 2 слоя. Тогда толщина этих слоев изоляции будет 0,3 мм. Толщина одного слоя обмотки равна диаметру провода, то есть 0,96 мм, а суммарная толщина обмотки и изоляции равна 1,56 мм. Тогда внешний диаметр катушки дросселя  будет равен = 10 + 2 ∙ 1,56 = 13,12мм ≈ 13,2мм.Внутренний диаметр катушки дросселя  будет равен = 6 - 2 ∙ 1,56 = 2,88 мм ≈ 2,8 мм.Высота катушки дросселя  будет равен = 5 + 2 ∙ 1,56 = 8,12мм ≈ 8,2 мм.Внешний диаметр и высота катушки дросселя являются габаритными размерами катушки, а внутренний диаметр катушки является установочным размером, так соединение катушки и основания обеспечивается посадкой внутреннего диаметра катушки на направляющий штырь основания (рисунок 2.7). Минимальные размеры основания получаются в случае, когда основание имеет форму квадрата со стороной 13,2 мм. Диаметр провода катушки равен 0,96 мм. Для механического закрепления провода на выводе контакта необходим технологический зазор между внешним диаметром катушки и контактом с намотанным на нем проводе как минимум в 1 мм. Тогда выводы контактов должны находится вне окружности  , диаметр которой больше на суммарную величину диаметра провода и технологического зазора  согласно формулам мм, мм,как показано на рисунке 3.1  Рисунок 3.1 – Взаимное расположение катушки и выводов контактов Определим положение выводов контактов относительно геометрического центра дросселя. Для этого воспользуемся схемой расположения одного из контактов, как показано на рисунке 3.2.  r – радиус-вектор наиболее удаленного от центра О угла вывода контакта; r1 – радиус-вектор наиболее близкого к центру О угла вывода контакта; с – ширина ленты, из которой изготовлен контакт; d – толщина ленты; а – проекции радиуса-вектора rна оси X и Y Рисунок 3.2 – К расчету расстояний между катушкой и выводом контакта Минимальный размер основания получается при его квадратной форме, поэтому угол между rи осями X и Y составляет 45°, а вершина наиболее удаленного от центра О угла вывода контакта равноудалена от боковых граней основания. При минимальных размерах вершина наиболее близкого к центру О угла вывода контакта лежит на окружности  , как показано на рисунке 3.2.Значение  определяется как мм.Проекция r1 на ось Х будет равна (a - d), а на ось Y - равна (a - с). По теореме Пифагора  .В полученном уравнении неизвестным является только а. Относительно этой неизвестной величины последнее выражение является квадратным уравнением, которое после преобразования имеет вид  .Решение этого уравнения имеет вид  .Толщина латунной ленты, выпускаемой нашей промышленностью согласно ГОСТ 2208-2007 лежит в пределах от 0,1 до 0,8 мм . Для обеспечения жесткости вывода контакта желательно выбирать максимально возможную толщину ленты, однако при этом увеличивается радиус гибки и усложняется технологический процесс при формообразовании контакта. Поэтому выберем толщину ленты 0,5 мм, а жесткость вывода повысим за счет увеличения ширины до 3 мм. Такая ширина ленты будет достаточна для обеспечения необходимой прочности паяного соединения дросселя с контактными площадками платы. Таким образом имеем с = 3 мм, d = 0,5 мм. Подставляя числовые значения, получаем  .а1 = 1,75 – 5,6 = - 3,85 – не имеет физического смысла, а2 = 1,75 + 5,6 = 7,35 мм. Таким образом координаты вершины наиболее удаленного от центра дросселя угла вывода контакта равны (7,35 мм, 7,35 мм). Тогда номинальное значение межцентрового расстояния выводов контактов по оси X будет равно 2а – d =14,7 – 0,5 = = 14,2 мм, по оси Y будет равно 2а – с =14,7– 3 = 11,7 мм. Переходя на предпочтительный ряд размеров будем иметь соответственно 14 и 11 мм. Расстояния до краев основания  должно быть не менее 1,5 мм [16]. Тогда размеры основания в горизонтальной плоскости  будут равны мм, мм,где  - межцентровое расстояние между выводами контактов вдоль оси X (рисунок 3.2), мм; - межцентровое расстояние между выводами контактов вдоль оси Y (рисунок 3.2), мм; - толщина контакта, мм; - ширина контакта, мм..Полученные размеры основания имеют значения близкие заданных в ТЗ (20 × 20 мм). Поэтому организовывать контактную площадку основания возможно в направлении от центра основания, как показано на рисунке 3.3. Вершины наиболее удаленного от центра дросселя угла вывода контакта находится на расстоянии 7,35 мм. Все армированные части контакта находятся на расстоянии не менее 1,5 мм от граней основания. Исходя из этого толщина основания получается равной  = 3,5 мм с учетом толщины контакта, равной 0,5 мм. Размеры контактной площадки основания определяются шириной контакта 3 мм и ее длиной. которую с учетом механической нагрузки выбираем равной 3,5 мм. С учетом длины контакта вне тела основания получаем максимальный габаритный размер 26 мм. Рисунок 3.3 – К расчету габаритных и установочных размеров дросселя С учетом толщины материала контактной площадки габаритный размер по высоте дросселя  получается равным  мм.На основании всех вышеприведенных рассуждений и расчетов дроссель будет иметь вид, представленный на рисунке 3.4.  1 - основание; 2 - катушка; 3 - клей БФ-4; 4 – паять ПОС-61; 5 - перед пайкой выводы катушки зачистить, лудить и обернуть один раз вокруг контакта согласно рисунка |
,мм5