Габаритный расчет пакета

В технологических МСП наибольшее распространение получили стержневые замкнутые магнитопроводы. МСП с разомкнутым магнитопроводом почти не применяются из-за большого потока магнитного рассеяния и необходимости создания большой МДС для обеспечения нужной индукции (В). На рисунках изображены унифицированные конструкции магнитопроводов:

Рисунок 2.14 - Разомкнутый магнитопровод МСП

Рисунок 2.15 - Двухстержневой магнитопровод МСП

Рисунок 2.16 - Трехстержневой магнитопровод МСП

Рисунок 2.17 - Четырехстержневой магнитопровод МСП

Пакеты сердечников набирают из штампованных пластин никеля, пермендюра или альфера. Толщина пластин 0,1-0,2 мм. Пластины изолированы друг от друга слоем окисла и изоляционного лака. Соединяют пластины в пакет склеиванием, стягиванием более толстыми пластинами или припаиванием к концентратору. Склеивание пластин в пакеты повышает продольную устойчивость преобразователя, позволяет создавать сравнительно тонкие пакеты с толщиной набора 5-7 мм. Последнее необходимо для конструкций многопакетных МСП с равномерным полем излучения. Особое внимание надо обратить на качество рабочей (излучающей) поверхности пакета. Хорошая шлифовка увеличивает КПД преобразователя примерно на 10%. Излучающая поверхность магнитопроводов обычно имеет форму квадрата (Рис.2.15) т.е.

. (2.32)

Площадь излучающей поверхности определяют исходя из допустимой удельной электрической мощности материала Р’.

, (2.33)

где Р_Э – подводимая электрическая мощность, Р’ – удельная электрическая мощность материала.

Принято, что удельная электрическая мощность составляет: для альфера Р’=55 Вт/см², для никеля Р’=80 Вт/см², для пермендюра Р’=100-110 Вт/см².

Размер b не должен превышать половину длины волны, иначе появятся паразитные колебания, снижающие КПД. При выборе размеров пакета необходимо, чтобы поперечный резонанс находился, возможно, дальше от основного продольного резонанса. Обычно поперечный резонанс удается сдвинуть, изменив соотношение a/b. Если это сделать не удается, то необходимо увеличить число стержней. При выборе размеров необходимо стремиться к минимальной высоте ярма d_Я. Уменьшение d_Я увеличивает КПД МСП. Однако значительное снижение d_Я может привести к магнитному насыщению ярма. С этой точки зрения высота ярма должна быть больше значения определенного выражением:

, (2.34)

где B₀ – индукция создаваемая током подмагничивания;

В_m – амплитуда переменной составляющей индукции;

B_S – индукция насыщения материала магнитопровода.

Определение размеров окна. Ширина окна (b₀) должна быть по возможности малой, но достаточной для размещения необходимого числа витков обмотки. Высота окна определяется из условия механического продольного резонанса:

, (2.35)

или

, (2.36)

где - волновое число;

f₀ – резонансная частота;

S₀ – площадь суммарного поперечного сечения стержней.

Для одной и той же резонансной частоты возможны различные сочетания размеров S₀, S_u, d_Я, h₀. Это типичная вариационная задача, когда перебором величин находится какой-то оптимальный критерий. В качестве такого критерия выбирается максимальная акустическая мощность

, (2.37)

где Р_а’ – предельное значение удельной акустической мощности материала, которую можно приближенно оценить по формуле

. (2.38)

Здесь - приведенная добротность МСП, Q – добротность определяемая по частотной характеристике стержня изготовленного из данного материала, - конструктивная постоянная,

, n_c – количество стержней,

W^’ – удельное волновое сопротивление материала МСП.

Q и W’ обычно приводятся в НТД,

δ_m – амплитуда магнитострикции определяется графически ниже,

А₁ – конструктивная постоянная,

. (2.39)

Конструктивная постоянная А₂ связана с колебаниями ярма и определяется выражением

. (2.40)

Для оптимизации размеров магнитопровода разработана специальная номограмма, которая приводится в НТД и в некоторых книгах. Нетрудно разработать соответствующую программу на ЭВМ. На практике эта задача решается редко т.к. размеры пластин стандартизованы. Обычно конструктор проводит оценочный расчет для выбора ближайшей нормализованной пластины.

Оценка предельных параметров. При работе МСП в его сечениях действуют определенные механические напряжения. Наибольшие величины механических напряжений имеют место в узловом сечении сердечника (ξ=0)

, (2.41)

где ξ₀ – амплитуда смещений в тучности смещений при f = f₀.

Если эти напряжения превысят предел усталости металла, то пакет разрушится или появятся микротрещины. Это ограничивает предельную акустическую мощность отдаваемую в нагрузку

, (2.42)

uде S – магнитострикция насыщения;

σ_S – предел усталости металла;

S_c – площадь сечения сердечника.