Порядок расчёта электромагнитной системы магнитного дутья

 

1 – сердечник; 2 – полюс системы магнитного дутья; 3 – катушка магнитного дутья 4 – изоляционная трубка.

Рисунок 1.43 – Эскиз системы магнитного дутья

 

1 С учётом указанных рекомендаций определяется необходимая напряжённость магнитного поля Н_б для номинального тока. С целью упрощения расчётов будем считать, что собственная проводимость поля Н_с в данном случае очень мала и ей можно пренебречь Н_с ≈ 0 .

2 Выбирается материал магнитопровода для сердечника и пластин полюсов с учётом имеющихся рекомендаций. Следовательно, для данного материала будет известна кривая намагничивания .

3 По нижнему значению величины Н_б для номинального тока определяется число витков катушки магнитного дутья.

Число витков катушки:

 

 

где Н_б – напряжённость магнитного поля в зоне размыкания контактов в зазоре ; 

– номинальный ток, А;

–коэффициент, который учитывает магнитное состояние системы электромагнитного дутья. Для ненасыщенных магнитопроводов, что соответствует номинальному току, К_б принимается в пределах . Полученное расчётное значение  округляется до целого числа, в большую сторону, и после этого уточняется значение Н_б.

4 По полученным значениям Н_б и S_п определяется величина магнитного потока Ф_б в магнитном зазоре . Расчёт производится по формуле:

 

 

где – магнитная постоянная,

Для самоконтроля по найденному значению  определяется величина индукции  должна быть порядка

5 Исходя из условия, что магнитный поток , где – это магнитный поток в сердечнике (потоками рассеивания пренебрегаем) и принимая, что индукция  в сердечнике для ненасыщенного состояния, соотношения номинальному току должно быть в пределах . Определяем необходимое сечение сердечника по формуле: .

Зная величину сечения сердечника, определяем диаметр сердечника:

 

 

Полученное значение  округляем до целого числа и окончательно выбираем с учётом имеющегося сортамента на выбранный магнитный материал. После этого уточняется значение сечения сердечника .

6 Строится в масштабе кривая намагничивания для принятого магнитного материала. Полученная зависимость  будет использована для анализа магнитного состояния электромеханической схемы, которая будет оцениваться по величине индукции .

 

Рисунок 1.44 – Кривая намагничивания

 

7 Производится расчёт зависимости напряжённости магнитного поля Н_б от величины отключаемого тока по формуле:

 

 

Порядок расчёта зависимости Н_б от I_отк рекомендуется следующий:

Для каждого тока отключаемого последовательно определяется: 

 

 

По полученному значению индукции В_с устанавливается положение рабочей точки на кривой намагничивания , а именно: находится эта точка ещё на линейном участке или находится на участке перехода в насыщение (колено кривой намагничивания). Условно принимается, что индукция насыщения В_с составляет . Если рассчитанное значение В_с для какого-то принятого I_отк находится в указанном диапазоне индукции, то необходимо пересчитать величину Н_б, принимая новое значение коэффициента К_б, соответствующее уже насыщенному состоянию сердечника электромагнитной системы. В этом случае К_б принимается в пределах К_б =(0,4 ÷ 0,6).

В области магнитного насыщения сердечника величину напряжённости Н_б необходимо рассчитать, по крайней мере, для двух-трёх значений тока отключения, принимая для всё больших значений отключаемого тока большие значения коэффициента К_б. Для рационального проектирования электромагнитной системы насыщение сердечника должно наступать при токах отключения: I_отк =(2,5 ÷3,5) I_н

 

Рисунок 1.45 – Определение  и

8 Если при расчётах электромагнитной системы необходимо учитывать две составляющие магнитного поля Н_б и Н_с в зоне размыкания контактов, то для каждого отключаемого тока, кроме зависимости  выполняется расчёт зависимости .

 

Рисунок 1.46 – Зависимость

 

6 Определяется скорость движения электрической дуги  для всех принятых токов отключения в зависимости от соотношения выбранной ширины щели и диаметра дуги . Расчёт выполняется по формулам:

а) если

 

 

б) если

 

 

где: – средний ток в дуге, А

– напряжённость поля в зоне размыкания контактов, которая определяется по графическим зависимостям, полученным в результате расчёта:

 

 

Расчёт диаметра дуги производится по формуле:

 

 

где – скорость движения дуги, см/с, вычисленная по формуле а) или б)

Очевидно целесообразно в начале расчёт  производить по формуле: а) до тех пор, пока будет выполняться условие , а затем по формуле б).

Следует также полагать, что для каждого отключаемого тока, который изменяется от I_отк до 0, скорость перемещения дуги является средней величиной и принимается как постоянная величина.

7 Выполняется построение ВАХ для всех отключаемых токов, по которым определяется критическая длина дуги , нагрузочные характеристики строим по U_расч и I_отк. ВАХ рассчитывают по формулам:

а) для ширины щели

 

 

б) для

 

 

где: – длина дуги, которая принимается произвольно, см;

– ширина щели, см;

– текущее значение тока в дуге, при изменении отключаемого тока от I_отк до 0.

 – скорость перемещения дуги, см/с

Если в расчётах  получается чрезмерно больше, , то целесообразно увеличить градиент падения напряжения на дуге. Более высокий градиент можно получить при уменьшении ширины щели . Приняв новое  расчёты повторяются, начиная с п. 6.

8 Определяем время горения дуги  и строится зависимость: t_г = f (I_отк)

 

Рисунок 1.47 – ВСХ дуги

 

9 Определяются перенапряжения для каждого отключаемого тока и проверяется выполнимость условия:

 – максимальное значение напряжения при отключении

10 Определяется стрела вылета дуги  для всех отключаемых токов и корректируются размеры камеры.

11 Производится расчёт температуры нагрева камеры. Этот пункт, прежде всего, относится к проектированию аппаратов для повторно-кратковременного режима.

 

 

– температура окружающей среды, +40 ⁰С;

Z – число включений-отключений в час;

К_т – коэффициент теплоотдачи со стенок камеры, его можно принять

 

;

 

– площадь боковой поверхности в узкой части камеры, там где дуга непосредственно контактирует со стенками камеры;

– энергия, выделяющаяся в дуге при одном цикле гашения дуги, Дж

Энергия  определяется по формуле:

 

 

где  – индуктивность отключаемой цепи:

– электромагнитная постоянная, определяется по таблице.

Расчёт  и  выполняется для всех отключаемых токов. Одновременно проверяется выполнимость условия:

– максимально допустимая температура нагрева материала камеры.

Если указанное условие не выполняется, то необходимо производить повторный расчёт дугогасительного устройства.

12 Производится мотивированная оценка параметров спроектированного дугогасительного устройства, при этом должна учитываться выполнимость следующих условий: