Обмоточные провода с комбинированной изоляцией

При намотке катушки использование обмоточного пространства будет тем лучше, чем большая его часть заполнена чистой медью. Эта величина характеризуется коэффициентом заполнения катушки по меди (К_з.м.). Значение коэффициента заполнения должно быть как можно больше. Величина К_з.м зависит от следующих факторов:

1)профиля медной жилы. Обмотка катушки, выполненная из прямоугольного обмоточного провода, будет иметь более высокие значения К_з.м, так как прямоугольный провод можно уложить более плотно, чем круглый;

2)толщины изоляции обмоточного провода. Обычно принимается: - для проводов с эмалевой изоля цией К_з.м =(0,45-0,55);

-для проводов с изоляцией из пряжи и комбинированной изоляции К_з.м =(0,28- 0, 35);

3)сечения обмоточного провода. Чем больше сечение, тем выше К_з.м;

4)способа намотки.

Различают три способа намотки: рядовая, шахматная, дикая.

Величиной, характеризующей плотность намотки и возможность ее изготовления является обмоточный коэффициент К_з.обм. В зависимости от способа намотки значение обмоточного коэффициента заполнения следующие:

- дикая обмотка К_з.обм =(0,6- 0,75);

- рядовая обмотка К_з.обм = (0,75- 0,85);

- шахматная обмотка К_з.обм = (0,85- 0,95);

- обмотка из меди прямоугольного сечения

К_з.обм = (0,9- 0,93).

При прохождении тока через катушку ее обмотка выделяет тепло, причем выделение тепла идет как с поверхностных слоев обмотки, так и с внутренних. Обычный расчет нагрева ведется по средней температуре катушки, считая, что все витки греются одинаково.

Тепло, выделяемое обмоткой катушки, отдается в окружающую среду через ее поверхность.

В большинстве случаев теплоотдача с внутренней боковой поверхности и с торцов хуже, чем с наружной.

Допустимая температура нагрева катушки определяется, исходя из нагревостойкости, низшего класса изоляции, применяемого в катушке.

Коэффициент теплоотдачи при температуре окружающей среды 35 °С определяется по таблице 2.2

Таблица 2.2. Значение коэффициента теплоотдачи

Допустимое превышение температуры tд, °С	К· 10-4, Вт/ см2 · °С
Группа 1	Группа 2
		9, 84
	11, 2	10, 01
	11, 41	10, 19
	11, 62	10, 37
	11, 8	10, 54
	12, 04	10, 72
	12, 25	10, 99
	12, 46	11, 17
	12, 68	11, 35
	12, 89	11, 52

 

Сильное влияние на величину коэффициента оказывает конструкция катушки, поэтому все катушки подразделяют на две группы: с хорошей теплоотдачей (группа 1), с плохой теплоотдачей

(группа 2).

К группе 1 относятся бескаркасные катушки без бандажа, с небольшой толщиной наружной изоляции, с плотным прилеганием к железу сердечника, а также каркасные с выполнением каркаса на массивной трубке или непосредственно на сердечнике. В таких катушках существенно улучшается процесс теплоотдачи на железо магнитопровода.

К группе 2 относятся катушки на изолированном каркасе, на металлическом каркасе из тонкой трубки, бескаркасные бандажированные катушки с усиленной изоляцией на высокие напряжения, соленоидные катушки, и все катушки переменного тока независимо от их конструкции.

Алгоритм расчета

1.Определяется высота обмоточного пространства, см

 

где: r - удельное сопротивление проводника определяется по таблице 2.3 при абсолютной температуре

θ_гор=θ₀ +τ_доп

К - коэффициент теплоотдачи при абсолютной температуре определяется по таблице 2.2 Для компаундированных катушек принятый по таблице 2.2 коэффициент теплоотдачи необходимо увеличить на 7 %; в задаче принимается К для любой группы.

К_з.м - коэффициент заполнения, принимается в зависимости от вида изоляции провода (см. методические указания к решению задачи)

Таблица 2.3.Удельные сопротивления меди ( r) при различных температурах в Ом · см

Температура	20º	75º	100º	120º	150º
ρ, Ом · см	17, 5 ·10-7	21,7 ·10-7	23, 5 ·10-7	25 ·10-7	27 ·10-7

 

2. Определяется ширина обмоточного пространства а, см, из соотношения а/h, заданного в исходных данных и рассчитанной высоты h обмоточного пространства

3.Определяется наружный диаметр катушки, см

 

D_нар= D_вн+ 2 а

4.Определяется средняя длина витка, см

 

l_ср= π (D_нар + D_вн)/ 2

5.Определяется поверхность охлаждения, см²

 

S=2 l_срh

6.Определяется мощность катушки при допустимом превышении температуры («горячая»), Вт

 

Р_гор= КS t_доп,

7. Определяется сопротивление нагретой катушки («горячее»), Ом

R_гор= U²/Р_гор

 

8.Определяется сопротивление холодной катушки («холодное»), Ом

 

где

θ_хол=20ºС;

α= 0, 004- коэффициент температурного расширения.

9.Определяется число витков катушки

 

где

ρ – удельное сопротивление меди при температуре 20ºС

10. Определяется диаметр медной жилы провода, см

 

11. Выбирается по ГОСТам ближайший больший диаметр провода без изоляции и диаметр провода с изоляцией в зависимости от марки провода: d _ст d _из. В справочных таблицах диаметр задается в мм.

12.Проверяется возможность намотки катушки по обмоточному коэффициенту заполнения

где d_из подставляется в см

- дикая обмотка К_з.обм=(0,6- 0,75)

- рядовая обмотка К_з.обм= (0,75- 0,85)

- шахматная обмотка К_з.обм= (0,85- 0,95)

- обмотка из меди прямоугольного сечения

К_з.обм= (0,9- 0,93)

13. Определяется М.Д.С. катушки при горячем сопротивлении, А

МДС катушки может отличаться от исходных данных на (1-2)% от исходных данных.

14. Уточняется превышение температуры катушки по определенной М.Д.С.

τ_уст =

Превышение температуры практически не должно отличаться от принятого допустимого. Увеличение расчетного превышения температуры над допустимой величиной на 3-6 °С вполне допустимо, так как все допущения расчета обычно делаются в сторону ухудшения теплоотдачи и увеличения превышения температуры.

Практическая работа № 3