Намагничивающие катушки электромагнитов

При работе катушки электромагнитов испытывают воздействия разного рода факторов. Механические напряжения создаются в катушках переменного тока при нормальной работе за счет взаимодействия токов витков, а в катушках постоянного тока – при переходных процессах включения и отключения.

Термические напряжения возникают из-за перегрева отдельных ее частей. Электрические напряжения возникают от перенапряжений в цепи катушки. Учитывая это, катушка не должна перегреваться при любых возможных режимах работы, должна выдерживать электрические перенапряжения определенной величины, быть механически прочной, устойчивой против воздействия окружающей среды, иметь небольшие размеры.

Катушки аппаратов выполняются медным проводом разного сечения, круглой или прямоугольной формы. Обычно обмоточный материал бывает изолированным. Для изоляции применяют хлопчатобумажную ткань (ПВ), шелковую ткань (ПШ), эмаль-лаки (ПЭЛ), комбинированную из перечисленных, винифлексовую (ПЭВ) и др.

В зависимости от конструкции различают катушки каркасные, бескаркасные бандажированные и бескаркасные небандажированные. В большинстве электромагнитов постоянного тока применяют катушки круглой формы, а у электромагнитов переменного тока – квадратные

Рис. 3.4. Конструкции катушек низковольтных аппаратов

или прямоугольные. В электромагнитах, рассчитанных на небольшие токи, катушки выполняются бандажированными, у слаботочных электромагнитов – каркасными. Бескаркасные небандажированные катушки обычно намотаны прямо на сердечник, это катушки токовые. Конструкции катушек разного типа приведены на рис. 3.4.

Для улучшения условий эксплуатации катушек их подвергают отделке.

Наиболее распространена пропитка катушек компаундами. В отдельных случаях с теми же целями катушки пропитывают различными лаками и окрашивают лаками и эмалями. Отделка увеличивает влагостойкость катушки, улучшает скрепление витков, придает катушке хороший внешний вид.

Параметрами катушки являются число витков w, диаметр провода d, сопротивление обмотки R_к. Расчет параллельно включаемой катушки обычно проводится для определения параметров по известной МДС Iw,

напряжению и геометрическим размерам. Сопротивление катушки постоянного тока:

R_к = ρ = ρ = . (3.1)

Здесь средний диаметр намотки: D_ср = ,

где D_нар – наружный и D_вн – внутренний диаметр обмотки. Учитывая, что R_к = U_к /I_к, где U_ки I_к – напряжение и ток в катушке, с учетом (3.1) получим

d = . (3.2)

По справочнику выбираем ближайший больший стандартный диаметр про- вода и диаметр провода с изоляцией выбранного класса d1. Число витков рассчитывается по d1 и размерам окна магнитопровода (рис. 3.5). При этом следует учесть обмоточный коэффициент к: при рядовой намотке к = 1, при неравномерной – к = 0,8 – 0,9.

Рис. 3.5. К определению параметров обмоток

Тогда w = к (3.3)

Рядовая намотка применяется при d₁ неравномерная – при

d₁ 0,35 мм.

При расчете параметров последовательной (токовой) обмотки исходными данными являются МДС Iw и ток цепи I. Тогда число витков

w = . (3.4)

Площадь сечения провода S определится по рекомендуемой плотности тока:

. (3.5)

В зависимости от режима работы рекомендуются такие плотности тока:

j = (2 – 4) А/мм² при длительном протекании тока; j = (5 – 12) А/мм² при повторно-кратковременной работе; j = (13 – 30) А/мм² при кратковременной работе.

Определенный интерес представляет перерасчет катушек с одного напряжения на другое. При этом исходят из постоянства параметров магнитопровода и постоянства намагничивающей силы: (Iw)₁ = (Iw)₂. Для катушек постоянного тока I = U/R_к, следовательно,

w₁ = w₂

Отсюда R_к2 = , а с учетом (3.1) получим

= .

Поскольку сечение окна магнитопровода не изменилось, w₁ = w_{2 .} Тогда:

w₂ = w₁,

откуда

= и = (3.6)

Расчет катушек переменного тока значительно усложняется из-за необходимости учитывать индуктивное сопротивление. При приближенных расчетах пренебрегают падением напряжения в активном сопротивлении. Тогда

w = . (3.7)

Расчетное число витков принимаем равным w_p = (0.7 – 0,9) w. Далее определяем ток в катушке:

I = . (3.8)

Сечение провода определяется по (3.5). При пересчете параметров на новое напряжение с достаточной точностью можно пользоваться выражениями (3.6). Расчет последовательных катушек переменного тока производится так же, как для катушек постоянного тока.