"CQ-SKW", №20, октябрь, 1930 год, стр. 170-171

инж. З. ГИНЗБУРГ

Дросселя для фильтров

Мы разобрали случай, когда нужно построить дросселя, причем вам задана величина самоиндукции, которой дроссель должен обладать, а также и нормальная сила тока, которая через него проходит.

Рассмотрим теперь второй поставленный вами вопрос, а именно: тот случай, когда дроссель уже имеется, число его витков, сечение провода (или его диаметр) известны, но мы не знаем ни самоиндукции, ни величины воздушного зазора, с которым дроссель должен работать.

Если у нас есть готовый дроссель, то тем самым мы знаем его геометрические и конструктивные размеры; к ним относится следующее:

Q — сечение железного сердечника, в кв. сантиметрах;

W — полное число витков обмотки;

d₀ — диаметр обмоточного провода в миллиметрах;

q — сечение обмоточного провода в кв. миллиметрах;

l_ж — средняя длина пути, который проходит магнитный поток в железе, и

I_н — нормальная сила тока, при которой должен работать наш дроссель.

Самоиндукция дросселя будет зависеть от величины магнитного потока (считая все остальные величины, влияющие на изменение самоиндукции, как то: число витков, геометр. размеры и т. п., постоянными), или, вернее, от той части магнитного потока, который приходится на один квадратный сантиметр сечения железного сердечника, т. е. от магнитной индукции В. Придавая магнитной индукции В различные значения и создавая такие условия, в которых магнитная индукция достигла бы этой заданной величины, мы тем самым сможем изменять самоиндукцию дросселя в известных пределах.

Рис. 1.

Магнитный поток и, следовательно, магнитная индукция, зависят от силы тока, протекающего через обмотку дросселя и от так называемого «магнитного сопротивления», иными словами, от длины того пути как в железе, так и в воздухе, по которому должен пройти магнитный поток. Поэтому, подбирая соответствующим образом воздушный зазор, мы можем изменять магнитное сопротивление цепи и получать желаемую магнитную индукцию.

Выше уже указывалось, что работа дросселя будет протекать удовлетворительно лишь тогда, когда изменение силы тока будет вызывать пропорциональное изменение матнитного потока. Это условие ставит предел в выборе величины магнитной индукции. Поэтому для нормального железа ее не следует брать свыше 10000; наилучшие результаты получаются при В от 6000 до 8000.

Для лучшего уяснения мы параллельно изложению способа подсчета самоиндукции дросселя и его воздушного зазора будем производить также и самый расчет. Пусть у нас имеется дроссель с Ш-образным сердечником. Общий вид сердечника и накладки показаны на рис. 1. Все размеры даны в миллиметрах.

Дроссель имеет обмотку из проволоки диаметром 0,25 мм в количестве 900 витков и предназначен для работы при силе тока 100 миллиампер.

Ш-образный дроссель рассчитывается точно так же, как и П-образный, причем его можно рассматривать как два отдельных П-образных дросселя, имеющих каждый полное число витков, соединенных вместе. Катушка у такого дросселя надевается на средний стержень и магнитный поток, вызываемый этой катушкой, по выходе со среднего стержня раздваивается, и одна половина его идет через правый стержень, а другая — через левый. Для подсчета нужно знать лишь тот путь по железу, который проходится одной из половин магнитного потока. Из рис. 2 этот путь Iж нетрудно определить; он показан здесь пунктирной линией и на нем помечены размеры отдельных участков в миллиметрах.

Рис. 2.

Тогда:

Для предварительного определения самоиндукции дросселя считаем, что магнитная индукция В равна 7000. Самоиндукция вычисляется по известной нам уже формуле, но решенной относительно L:

Решаем эту формулу для нашего дросселя, подставляя в него известные нам величины:

Если полученная самоиндукция нас не удовлетворяет, мы можем ее изменить до 20% в ту или другую сторону, причем для этого, как было сказано выше, должна быть изменена магнитная индукция.

Величина последней будет:

где L — будет уже не найденная выше по формуле 1, а желаемая для нас самоиндукция.

Так, например, если дроссель для наших целей должен иметь самоиндукцию не 47,5, а лишь 40 генри, то

Далее определяются те условия, при которых действительная магнитная индукция будет соответствовать вычисленной по формуле (2); иначе говоря, нам нужно подсчитать размер воздушного зазора.

Рис. 3.

Делается это тем же способом, который был приведен для расчета проектируемого дросселя.

Определяем полное число ампер-витков дросселя:

что для нашего примера даст:

Ампер-витки, расходуемые на путь в железе

Величина (aw)_ж берется из кривой, данной на рис. 3 или на приведенной в первой части таблицы.

Так, для В = 5926 число ампер-витков, расходуемых на 1 см пути в железе, будет по кривой приблизительно 0,96, и

На воздушный зазор приходится весь остаток ампер-витков, т. е.

или (AW)_в = 900 — 26,4 = 873,6 ампер-витка.

Общую величину воздушного зазора получим из формулы

Для нашего дросселя имеем:

Тогда ширина щели будет 1,85 : 2 = 0,925 мм.

Для полноты расчета нам остается определить еще две величины. Одна из них — плотность тока, т. е. то число ампер, которое приходится на один квадратный миллиметр сечения обмоточного провода. Плотность тока должна заключаться в пределах обычно от 1 до 2 ампер на кв. мм. Если она меньше, то это доказывает, что сечение провода не достаточно хорошо используется и провод можно было взять более тонким. Наоборот, при плотности тока более 2 ампер на кв. мм возможно нагревание провода, что, конечно, не особенно желательно.

Плотность тока

для нашего случая

что вполне допустимо.

Последняя величина — это падение напряжения в дросселе. Оно не должно быть особенно велико, так как тем самым увеличиваются потери установки. При трелеграфной работе большая потеря напряжения в дросселе ухудшает тон передатчика, и он получается непостоянным.

Для определения падения напряжения надо сперва вычислить омическое сопротивление обмотки дросселя. Оно будет

где I₀ — средняя длина одного витка обмотки в метрах, а q — сечение провода.

Рис. 4.

Среднюю длину одного витка получаем из рис. 4, где приведены размеры обмотки. Так как проволока намотана на картонный остов, то наиболее коротким витком будет, очевидно, тот, который прилегает к остову. Длина его будет 30 + 35 + 30 + 35 = 130 мм, или 0,13 м.

Наоборот, самым длинным витком будет виток, расположенный снаружи обмотки; его длина, как видно из рисунка, есть 65 + 60 + 65 + 60 = 250 мм или 0,25 м. Средняя же длина витка определится как полусумма обеих этих длин, а именно

Сопротивление всей катушки

Падение напряжения в ней выразится

или

что надо принять во внимание при расчете выпрямительного устройства.