Порядок расчета катушки электромагнитного аппарата при постоянном токе
А. При конструктивном расчете катушек электромагнита известны:
1) напряжение питающей сети (если обмотка электромагнита присоединена к сети параллельно) или питающий ток (в случае последовательного включения катушки в сеть);
2) размеры магнитопровода, а также величина воздушного зазора, соответствующая заданному рабочему ходу якоря;
3) величина необходимого для данного зазора магнитного потока.
В этом случае расчет сводится к определению обмоточных данных и размеров катушки электромагнита. Так как при заданной величине рабочего хода якоря электромагнит должен создавать определенное тяговое усилие, то на практике обычно бывает задан не магнитный поток, а непосредственная величина электромагнитного усилия.
Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре при этом определяется из выражения
,
где индукция в рабочем зазоре .
Исходной величиной для расчета катушки электромагнита в данном случае является н.с., которая должна создать необходимый для заданных усилия и зазора магнитный поток. Поэтому, прежде всего, определяют величину н.с. по заданному магнитному потоку и геометрическим размерам цепи.
1. Магнитная цепь (рис. 9-5, а) содержит участки стального сердечника и якоря, а также воздушный зазор d, через который замыкается основная часть рабочего потока.
Сердечник магнитопровода имеет цилиндрическую форму; ярмо и якорь выполнены из стали одинакового прямоугольного сечения.
Намагничивающая сила равна:
,
где Н – напряженности поля на участках сечения сердечника, якоря и воздушного зазора, а / см.
Магнитная индукция в сердечнике ; индукция в якоре и ярме
; ; .
Далее, по кривой намагничения для заданного материала (рис. 9-5, б) определяют значения напряженности поля в якоре и ярме и в сердечнике электромагнита (Ня и Нс), соответствующие полученным значениям Вя и Вс. Кривая 1, приведенная на рис. 9-5, б, представляет собой зависимость В = f (Н) для литой стали. Магнитная индукция и напряженность поля в воздушном зазоре связаны выражением В = m0Н0. Для пустоты
.
Радиальный размер катушки
.
Осевой размер катушки
.
3. Обмоточные данные катушки.
а) При заданном напряжении катушки (параллельное включение) геометрическое сечение катушки
.
Так как фактически часть окна магнитопровода занята изоляцией провода, в расчет вводится так называемый коэффициент заполнения медью окна электромагнита k3.
Коэффициент заполнения зависит от формы сечения провода, толщины и рода изоляции и размера провода:
,
где q – сечение провода, мм2;
w – число витков катушки.
Для круглого обмоточного провода с эмалевой изоляцией коэффициент заполнения изменяется в зависимости от диаметра провода следующим образом:
Таблица 9-1
d провода, мм | 0,03-0,09 | 0,1-0,25 | 0,27-0,67 | 0,69-1,0 | 1,04-1,68 |
k3 | 0,5 | 0,55 | 0,62 | 0,65 | 0,67 |
Средняя длина витка катушки
м; ,
где r - электрическое удельное сопротивление меди для катушки в нагретом состоянии; при r0 = 0,0175 для J = + 750С;
a - температурный коэффициент меди (a = 0,004).
После того как сечение провода вычислено, выбирается ближайшее большее значение сечения в соответствии со стандартом на обмоточную медь.
Для выбранной марки провода 9при намотке катушек аппаратов наиболее употребителен провод марок ПЭ и ПЭЛ с эмалевой изоляцией) при известном диаметре провода находят соответствующее значение k3 и определяют число витков катушки:
.
Электрическое сопротивление
;
ток катушки
.
Проверка соответствия тока требуемой н.с. производится исходя из н.с. катушки равной Iw. Полученная величина сравнивается с величиной н.с. согласно п. 1. При расхождении этих величин производится повторный расчет при других величинах q, k3, lсред.
Затем по известному сечению провода определяют фактическую плотность тока j £ (2 – 3) а / мм2 (при кратковременной нагрузке до 5 а / мм2).
Проверка нагревания катушки электромагнита производится исходя из величины теплоотдающей поверхности катушки. Теплоотдача катушки происходит в разных случаях различно; в зависимости от того, имеется ли контакт катушки с изоляцией или стальными деталями магнитопровода, теплоотдача ее может иметь место на наружной или внутренней поверхности, целиком или частично.
Превышение температуры катушки над температурой окружающей среды при тепловых потерях в сопротивлении обмотки Q и величине теплоотдающей поверхности Fк равно:
,
где a - коэффициент теплоотдачи:
a » 0,08 ¸ 0,25 вт / дм2 × 0С для разных случаев положения катушки в пространстве, формы и контакта ее с другими деталями аппарата.
Например, для пропитанных катушек, намотанных на изоляционном каркасе и забандажированных изоляционной лентой,
a = 0,1 – 0,15 вт / дм2 × 0С.
б) При заданном токе катушки (последовательное включение) порядок определения обмоточных данных катушки следующий:
; ; .
Падение напряжения в активном сопротивлении катушки .
Приведенный выше метод расчета катушки электромагнита является приближенным. При более точном методе расчета учитывается влияние магнитных потоков рассеяния, которые замыкаются по воздуху и стали вокруг катушки и несколько снижают величину индукции в рабочем зазоре.
Б. При поверочном расчете катушки известны напряжение питающей сети, размеры и обмоточные данные катушки и размеры магнитопровода.
Поэтому в данном случае исходят из определения н.с. катушки, с помощью которой находят магнитный поток, и проверки требуемых величин В и F в соответствии с заданными размерами.
Расчет сводится к проверке величины электромагнитного усилия и производится в следующем порядке:
1. Определяют сопротивление катушки по известным обмоточным данным:
.
2. Находят величину тока ; проверяют плотность тока: .
3. Определяют н.с., так как число витков катушки известно (Нl = Iw).
4. Величину магнитного потока, соответствующего полученной н.с., можно наиболее просто определить следующим образом:
,
где R – магнитное сопротивление в стали магнитопровода;
R0 – то же для воздушного зазора.
Для стали
; .
Для определения этого слагаемого находят Нс, так как длина lс известна.
Для этого задаются рядом значений индукций в диапазоне допустимых для электроаппаратов величин (В £ 15000 гс). Далее, по кривой намагничивания для заданного материала магнитопровода определяют ряд значений для напряженности поля Нс.
Для выбранных значений индукций подсчитывают также величину ФR0 = 0,8Вd.
Складывая полученные величины ФRс и ФR0, находят Iw.
Строят кривую зависимости Ф = f (I w).
На построенной кривой находят искомый магнитный поток, соответствующий заданной н.с.
5. По известной величине магнитного потока определяют индукцию В:
.
6. Проверяют величину электромагнитного усилия F:
.
7. Подсчитывают конечную температуру катушки.
Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 233;