Расчёт катушки на заданную МДС

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 ).

 

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

a	l	c	m	∆H	∆вн	∆T	δ1нач	δ1кон	δ2	Iω	U
мм										А	В
32	130	70	4	1.2	2	2	7	0.3	0.4	900	110

 

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 k_з = 1.1…1.2 [1, с.10], тогда:

 

.                                                    ( 3 )

 

Примем k_з = 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 l_ср – 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 єС, ρ₀ = 1.62·10^-5 Ом·мм;

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

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

 

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 k_то – обобщённый коэффициент теплоотдачи;

S_охл – поверхность охлаждения катушки.

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

,                                    ( 16 )

 

где k_то0 – коэффициент теплоотдачи при 0 єС, k_то0 = 1.4·10^-5 Вт/(мм²·єС);

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

t_расч – разность температуры окружающей среды и температуры нагрева обмотки, t_расч = 75єС.

 Вт/(мм²·єС).

 

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:

 

єС.

 

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