Расчёт электромагнита клапанного типа

Министерство Российской Федерации по атомной энергии

Томский политехнический университет

Кафедра ЭПА

Курсовая работа

РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОМАГНИТА

КЛАПАННОГО ТИПА

РЭМ 180.400.028.018 ПЗ

Пояснительная записка

                                                                    Разработал

                                                                    студент

                                                                    _________

                                                                    “___”__________.

                                                                    Проверил

                                                                    ___________

                                                                    “___”__________.

Содержание

Введение

1                    Содержание расчёта .

2                    Данные для расчёта

3                    Расчёт катушки на заданную МДС

4                    Расчёт магнитной цепи методом коэффициентов рассеяния

4.1      Определение проводимости зазора

4.2      Расчёт магнитной проводимости нерабочего зазора

4.3      Расчёт магнитной суммарной проводимости

4.4             Расчёт удельной магнитной проводимости и коэффициентов  рассеяния

4.5     Построение магнитных характеристик

5        Определение времени срабатывания

5.1     Определение времени трогания

5.2     Определение времени движения

Заключение

Литература

Введение

Электромагнитным механизмом называют электромагнитные системы, в которых при изменении магнитного потока происходит перемещение подвижной части системы. Электромагнитные механизмы по спо­собу перемещения якоря подразделяют на электромагниты клапанного и соленоидного типа, а также и с поперечно-двигающимся (вращающимся) якорем.

В данном курсовом проекте требуется произвести расчёт электромаг­нитного механизма клапанного типа, который находит широкое применение в электромагнитных реле постоянного и переменного тока.

Целью проекта является определение параметров катушки электромагнита при питании её постоянным током, тяговых и магнитных характеристик, времени срабатывания электромагнитного механизма.

1       Содержание расчёта

1        Расчёт катушки на заданную МДС.

2        Расчёт магнитной цепи методом коэффициентов рассеяния.

                        Определение проводимости зазора.

                        Определение коэффициентов рассеяния.

                        Расчет цепи ( обратная задача ).

3        Определение времени срабатывания.

4        Построение характеристик ( тяговая и магнитная характеристики ).

2  Данные для расчёта

Схема электромагнитного механизма представлена на рисунке 1. Дан­ные для расчёта приведены в таблице 1.

Рисунок 1 – Схема электромагнитного механизма

Таблица 1 – Исходные данные

3        Расчёт катушки на заданную МДС

Геометрические размеры обмотки и создаваемая ею намагничивающая сила связаны соотношением [1, с.9]:

,                                                       ( 1 )

где  Q0 = l0·h0 – величина обмоточного окна, мм2;

   f0 – коэффициент заполнения обмотки по меди;

   j – плотность тока в обмотке, А/мм2.

При заданной намагничивающей силе можно определить величину  обмоточ-

ного окна:

.                                                           ( 2 )

В процессе эксплуатации обмотки возможно повышение уровня питающего напряжения, приводящее к увеличению тока и созданию более тяжёлого теплового режима обмотки. Следовательно, расчётное значение обмоточного окна необходимо увеличить путём ввода коэффициента запаса kз = 1.1…1.2 [1, с.10], тогда:

.                                                         ( 3 )

Примем kз = 1.2. Плотность тока в обмотке электромагнита, предназначенного для продолжительного режима работы, находится в диапазоне 2…4 [1, с.10]. Примем j = 4. Значение коэффициента заполнения f0 для рядовой укладки провода должно находится в пределах 0.5…0.6 [1, с.10]. Примем f0 = 0.5.

Подставляя в выражение ( 3 ) исходные данные и принятые численные значения коэффициентов, определим требуемую величину обмоточного окна:

.

Геометрические размеры обмотки определяются на основе ряда рекомендаций. По конструктивным соображениям для наиболее эффективного использования стали сердечника, примем соотношение:

.

Определим длину и высоту окна обмотки:

мм;                                            ( 4 )

мм.                                               ( 5 )

Расчетное сечение требуемого обмоточного провода определяется по формуле [1, с.10]:

,                                                       ( 6 )

где  lср – средняя длина витка;

       Iw – намагничивающая сила катушки;

        U – питающее напряжение катушки;

         ρ – удельное сопротивление провода.

Удельное сопротивление провода определится как:

,                                                     ( 7 )

где  ρ0 – удельное сопротивление при t = 0 ºС, ρ0 = 1.62·10-5 Ом·мм;

         α – температурный коэффициент сопротивления меди, α = 4,3·10-3 ºC-1;

         t – допустимая температура нагрева провода, t = 75 ºС.

Ом·мм.

Определим среднюю длину витка провода в обмотке [1, с.11]:

,                                         ( 8 )

мм.

Найденные величины подставляем в формулу ( 6 ):

мм2.

Определим расчётный диаметр требуемого провода [1, с.11]:

мм,                                      ( 9 )

Далее по таблице [1, с.18], используя значение расчётного диаметра провода, подбираем стандартный провод марки ПЭВ-1 со следующими параметрами:

мм; мм; .

Определим сечение принятого провода без учёта изоляции [1, с.11]:

мм2.                                    ( 10 )

Определим сечение принятого провода с учётом изоляции [1, с.11]:

мм2.                                 ( 11 )

Расчётное число витков обмотки при данном обмоточном окне и принятом проводе равно [1, с.12]:

.                               ( 12 )

Округляя полученное число витков до сотен в большую сторону, принимаем:

.

По найденному числу витков определим сопротивление обмотки  [1, с.12]:

Ом.                      ( 13 )

Найдём значение расчётного тока катушки [1, с.12]:

А.                                      ( 14 )

Для проверки правильности выполненного расчёта найдём намагничивающую силу разрабатываемой катушки и плотность тока, а так же нужно оценить тепловой режим [1, с.12]:

А >А;

А/мм2 <А/мм2.

Тепловой режим катушки электромагнита характеризуется превышением температуры обмотки над температурой среды. Это превышение определяется по формуле [1, с.12]:      

,                                                 ( 15 )

где  kто – обобщённый коэффициент теплоотдачи;

      Sохл – поверхность охлаждения катушки.

Величину коэффициента теплоотдачи можно определить по формуле [1, с.13]:

,                                         ( 16 )

где  kто0 – коэффициент теплоотдачи при 0 ºС, kто0 = 1.4·10-5 Вт/(мм2·ºС);

           β – коэффициент, учитывающий увеличение теплоотдачи при нагреве катушки, β = 5·10-8 Вт/(мм2·ºС);

      tрасч – разность температуры окружающей среды и температуры нагрева обмотки, tрасч = 75ºС.

 Вт/(мм2·ºС).

Определим поверхность охлаждения катушки. Предположим, что материал каркаса имеет значительное тепловое сопротивление, существенно снижающее рассеяние тепла с торцевых и внутренней поверхностей катушки, тогда [1, с.13]:

,                             ( 17 )

мм2.

Подставляя найденные величины в выражение ( 15 ) получим:

ºС.

Так как намагничивающая сила, получившаяся в результате проверки, больше заданной, плотность тока не превышает максимального значения и допускаемый нагрев катушки не превышает τдоп = 80 ºС, то расчёт проведён правильно.

4                   Расчёт магнитной цепи методом коэффициентов рассеяния

Определение проводимости зазора

Используя метод Ротерса, разбиваем весь поток выпучивания на простые геометрические фигуры. Схема воздушного зазора представлена на рисунке 2.

Расчёт проводимостей производим для четырёх положений якоря электромагнита.

Якорь в отпущенном положении ( δ1 = δ1нач )

,                                                    ( 18 )

,                                                 ( 19 )

,                                               ( 20 )

,                                             ( 21 )

,                                                    ( 22 )

,                                            ( 23 )

,                                               ( 24 )

.                      ( 25 )

Подставляя в формулы ( 18 ) – ( 25 ) величину δ1 = δ1нач, определим проводимости для отпущенного положения якоря. Результаты вычисления приведены в таблице 2.

Якорь в промежуточном положении ( δ1 = δ1нач )

Подставляя в формулы ( 18 ) – ( 25 ) величину δ1 = δ1нач, определим проводимости для отпущенного положения якоря. Результаты вычисления приведены в таблице 2.

Якорь в промежуточном положении ( δ1 = δ1нач )

Подставляя в формулы ( 18 ) – ( 25 ) величину δ1 = δ1нач, определим проводимости для отпущенного положения якоря. Результаты вычисления приведены в таблице 2.

Якорь в притянутом положении ( δ1 = δ1кон )

Подставляя в формулы ( 18 ) – ( 25 ) величину δ1 = δ1кон, определим проводимости для отпущенного положения якоря. Результаты вычисления приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Магнитные проводимости для четырёх положений

Расчёт магнитной проводимости нерабочего зазора

Магнитную проводимость нерабочего зазора определим по формуле:

Гн,                     ( 26 )

Расчёт магнитной суммарной проводимости

Суммарную магнитную проводимость обоих воздушных зазоров вычислим по формуле:

.                                                ( 27 )

Результаты расчёта магнитных проводимостей для четырёх положений приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты расчётов суммарной проводимости

Расчёт удельной магнитной проводимости и

коэффициентов рассеяния

Удельную магнитную проводимость можно определить по формуле:

.                       ( 28 )

Коэффициенты рассеяния в общем случае определятся по формуле:

,                                               ( 29 )

где  gσ – удельная магнитная проводимость;

         x – удаление сечения от конца сердечника;

     – суммарная магнитная проводимость;

          l – длина стержня сердечника.

Определим коэффициенты рассеяния для трёх характерных сечений стержня () при четырёх положениях якоря.

; ; .

Коэффициенты рассеяния для притянутого и промежуточных положениях якоря находятся аналогично. Результаты расчёта коэффициентов рассеяния для четырёх положений якоря приведены в таблице 4.

Страницы: 1, 2