Меню

Методика расчета электромагнита постоянного тока

Электромагниты

Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1.

Самодельный электромагнит, titul

Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В • S — магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой:
Ф = магнитодвижущая сила (Ем) • магнитное сопротивление (Rм)
Здесь Ем = 1,3•I•N, где N — число витков катушки, а I — сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая:
Rм = L/M•S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М — магнитная проницаемость, a S — поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Электромагниты, ris1

Рассматривая график (к сожалению я его в приложении не нашел) намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода L =L1+L2 равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.
Если диаметр D сердечника (Рис.1,в)примем равным 2 см, то его площадь будет равна: S = 3,14xD2/4 = 3,14 см2. 0тсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S= 10000 x 3,14=31400 силовых линий. Можно приближенно вычислить и подъемную силу электромагнита (P). P = B2 • S/25 • 1000000 = 12,4 кг. Для двухполюсного магнита этот результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг = 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы. Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N•J = 60 ампервиткам.
Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 А и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении тока, например 0,25 А и 240 витков. Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение. Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 а/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2 а — 0,4 мм2, а для тока в 0,25 а — 0,05 мм2, диаметр проволоки будет 0,7 мм или 0,2 мм соответственно. Каким же из этих проводов следует производить обмотку? С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания, как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление. Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки L равна, произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): L = N x L1 где L1 — длина одного витка, равная 3,14 x D. В нашем примере D = 2 см, и L1 = 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, сопротивление обмотки постоянному току будет примерно равно ? 0,1 Ом, а для второй — 240 x 6,3 = 1 512 см, R ? 8,7 Ом. Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2А необходимое напряжение равно 0,2В, а для тока в 0,25А — 2,2В.
Таков элементарный расчет электромагнитов. Конструируя электромагниты, надо не только производить указанный расчет, но и уметь выбрать материал для сердечника, его форму, продумать технологию изготовления. Удовлетворительными материалами для изготовления сердечников в кружках являются прутковое железо (круглое и полосовое) и различные. железные изделия: болты, проволока, гвозди, шурупы и т. д. Чтобы избежать больших потерь на токах Фуко, сердечники для приборов переменного тока необходимо собирать из изолированных друг от друга тонких листов железа или проволоки. Для придания железу «мягкости» его необходимо подвергать отжигу. Большое значение имеет и правильный выбор формы сердечника. Наиболее рациональные из них кольцевые и П-образные. Некоторые из распространенных сердечников показаны на рисунке 1.

Источник

Методика расчета электромагнита постоянного тока

Выбор провода. В первую очередь следует ориентировочно выбрать диаметр провода марки ПЭЛ или какой-либо другой марки. Так как расчет несложный, его можно выполнить для проводов различного сечения и выбрать тот, который дает наилучшие результаты по напряженности магнитного поля при минимальной мощности потребляемой электромагнитом.

Выбрав диаметр провода, необходимо вычислить для него площадь поперечного сечения 5пр и допустимую для него силу тока/, исходя из минимального ее значения плотности, равной 2 а /мм 2 ,

Читайте также:  Тиристорный преобразователь постоянного тока в постоянный

Для проводов марки ПЭЛ эти данные приведены в справочнике [21].

Определение длины провода в обмотке электромагнита. Общая длина провода lпр будет равна

где U — напряжение источника питания, в;

R — сопротивление обмотки, ом;

Snp — площадь поперечного сечения провода, м 2 ;

ρ — удельное сопротивление меди, равное 1,7*10 -8 ом*м 2 /м;

I — допустимая сила тока, а.

Вычисление глубины выемки в сердечнике и расчет количества слоев (рядов) провода, умещающегося в ней. Зная глубину а [уравнение (15)] выемки в сердечнике электромагнита и отняв от нее толщину изоляции δи, находят активную глубину выемки

Эта величина позволяет вычислить количество слоев провода, умещающегося в этом пространстве. Так как каждый слой провода должен быть покрыт трансформаторной или конденсаторной бумагой слоем δми = 0,02 мм, то толщина каждого слоя обмотки будет составлять

Количество слоев nсл провода можно получить, разделив активную глубину аак выемки сердечника на толщину слоя, т. е.

Определение длины среднего витка обмотки. Для нахождение общего числа витков обмотки электромагнита требуется знать длину среднего витка. Для этого необходимо предварительно вычислить радиусы наименьшего и наибольшего витков обмотки. Радиус наименьшего витка rним, очевидно, будет равен сумме

где rс — радиус сердечника электромагнита, равный половине диаметра dп, мм;

δи — толщина слоя изоляции между сердечником и обмоткой, мм;

rпр — радиус провода с изоляцией, равный половине диаметра dпр, мм.

Радиус наибольшего витка rмакс будет равен

Зная радиусы наименьшего и наибольшего витков, не трудно вычислить радиус среднего витка как среднее арифметическое

Длина среднего витка lср будет равна

Определение общего числа витков провода и количества их в одном слое. Разделив длину провода lпр, найденную ранее, на длину Среднего витка l, получают общее количество витков w в обмотке

Число витков wсл провода в одном слое можно найти, разделив общее число витков w на количество слоев nсл

Определение высоты выемки в сердечнике электромагнита. Эту величину hп вычисляют по уравнению

где wсл — число витков провода в одном слое;

dпp — диаметр провода с изоляцией, мм;

δи — толщина изоляции между полюсным наконечником и обмоткой, мм;

α — коэффициент неплотности намотки, который практически можно принять равным 0,98-0,99 * .

* ( При малых размерах катушки коэффициент α можно принять равным 1.)

Определение напряженности магнитного поля в зазоре электромагнита. Выше были определены размеры сердечника электромагнита, количество витков провода в нем и величина зазора между полюсными наконечниками и корпусом прибора. Теперь следует проверить соответствие габаритов и обмотки электромагнита с магнитными свойствами его. Для этого необходимо вычислить напряженность магнитного поля в зазоре, пользуясь уравнением закона полного тока

где I — сила тока в обмотке, а;

w — количество витков провода в обмотке;

Н — напряженность магнитного поля в зазоре, а/м;

l — величина зазора, м;

Нс — напряженность магнитного поля в сердечнике, а/м;

lс — величина средней линии сердечника, равная длине магнитного потока в нем, м;

Нт — напряженность магнитного поля в корпусе электромагнита, а/м;

lт — длина магнитного потока в корпусе прибора, м.

Величинами Нclc и Hтlт можно пренебречь, так как они малы по сравнению с величиной Hl. Тогда уравнение закона полного тока в упрощенном виде будет иметь вид

Такие магнитные системы обычно имеют коэффициент полезного действия Эф в пределах 0,8-0,9, поэтому расчет электромагнитной системы можно считать выполненным, если напряженность магнитного поля с учетом Эф, равного 0,8, будет не менее 130000-150 000 а/м, т. е.

Определение количества провода, необходимо для изготовления обмотки. В справочной литературе [18] приведен вес, m 100 м провода с изоляцией, выраженный в граммах. Общий вес тпр провода, необходимого для изготовления обмотки электромагнита, равен величине

Определение общей длины прибора. Ранее из уравнений (13) и (26) были найдены высота полюсных наконечников lп и высота выемки hп под обмотку электромагнита. По этим величинам можно определить длину сердечника Lс в миллиметрах

К этой величине следует добавить Lк на крышку и днище с патрубками прибора и LB для свободного пропуска потока воды и размещения кожуха электромагнита в корпусе. Таким образом, общая длина прибора L выразится суммой L = LC + Lк + LB мм.

Пример. Расчет прибора для магнитной обработки воды на двигателе ЗИЛ-130. Расстояние между патрубками, находящимися на радиаторе, до патрубка на водяном насосе составляет 0,24 м (240 мм). Ориентировочно размер всего прибора можно принять равным 0,2 м (200 мм).

Площадь поперечного сечения Sз кольцевого зазора следует взять равной площади поперечного сечения шланга с внутренним ∅ 0,045 м (45 мм) и с площадью поперечного сечения 0,0016 м 2 (1600 мм 2 ).

Исходя из свободного пространства, имеющегося на двигателе, ?Дружный диаметр корпуса Dк прибора можно взять равным 120 мм.

При толщине стенок корпуса 4 мм внутренний диаметр корпуса прибора должен быть

Диаметр кожуха электромагнита Dк0 будет равен согласно уравнению (11)

Диаметр Dп полюсного наконечника равен [по уравнению (12)]

Высота полюсного наконечника lп составит [см. уравнение (13)]

Диаметр сердечника электромагнита dп согласно уравнению (14)

Конструктивно можно эту величину сократить до 40 мм, т. е. dп = 40 мм. Глубина а выемки под обмотку электромагнита согласно уравнению (15)

Величина зазора l между корпусом электромагнита и полюсным наконечником равна

Пример. Расчет обмотки электромагнита. Пусть для изготовления обмотки выбран провод ПЭЛ с диаметром 0,9 мм и с площадью поперечного сечения 0,6362*10 -6 мг (0,6362 мм 2 ). Допустимая сила тока для данного сечения провода [18] равна 1,27 а.

Сопротивление всей обмотки электромагнита составляет

* ( Напряжение источника питания — аккумуляторной батареи.)

Длина провода lпр для намотки электромагнита

Активная глубина выемки по уравнению (18) равна

Количество слоев провода псл, умещающегося в этом пространстве, согласно уравнению (19) равно

Радиус rмин наименьшего витка [по уравнению (20)] равен

Радиус максимального витка [по уравнению (21)] равен

Радиус среднего витка rср [см. уравнение (22)]

Длина среднего витка составит по уравнению ,(23)

Общее количество витков провода в обмотке электромагнита со гласно уравнению (24) равно

Количество витков провода в одном слое [ом. уравнение (26)]

Для данного количества витков провода необходимо пространство, равное величине hп [по уравнению (26)] при а = 1

Общая высота сердечника Lc электромагнита по уравнению (29)

Напряженность магнитного поля в зазоре магнитной системы, вычисленная по упрощенному уравнению закона полного тока, будет равна [см. уравнение (27)]

При коэффициенте полезного действия магнитной системы, равном Эф = 0,8, напряженность магнитного поля будет равна 133 440 а/м (1668 э) и близка к рекомендуемой 120 тыс. а/м (1500 э).

Для изготовления обмотки электромагнита потребуются провода [21] см. уравнение (28)

Мощность Р, потребляемая электромагнитом,

где mк — число катушек электромагнита.

Если высота сердечника Lc по расчету равна 104 мм, то к этой величине следует прибавить LK = 90 мм и LB = 25 мм. Тогда общая длина прибора L составит

Читайте также:  Схема подключения электродвигателя постоянного тока с регулировкой

Для более свободного размещения прибора необходимо укоротить нижний патрубок, идущий от радиатора, на 30-35 мм. Это увеличит расстояние между патрубками до 275 мм. Если прибор прикрепить на резьбе к нижнему патрубку, то расстояние между прибором и патрубком на водяном насосе будет равно 70-75 мм, что будет вполне достаточным для размещения резинового шланга. Для того чтобы прибор не висел на отрезке шланга на двигателе, на блоке цилиндров следует установить кронштейн и к нему прикрепить прибор при помощи хомута.

Источник

Расчет и проектирование электромагнита постоянного тока

Определение и обоснование геометрических размеров проектируемого электромагнита. Расчет параметров магнитной цепи, коэффициента возврата. Расчет статических и динамической тяговых характеристик, а также времени срабатывания устройства и обмотки.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.12.2014
Размер файла 2,4 M
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

Расчет и проектирование электромагнита постоянного тока

Введение

электромагнит тяговый цепь ток

Электромагнитные механизмы, получившие широкое распространение в технике, многообразны по конструктивному исполнению и выполняемым функциям. Одной из основных частей таких механизмов является электромагнит, который чаще всего служит для преобразования электрической энергии в механическую. Широкое использование электромагнитов в электрических аппаратах требует технически грамотного решения задач по их проектированию и расчету.

Электромагнит — довольно простое электромеханическое устройство. Основными его частями являются магнитопровод с воздушными зазорами и обмотка (или несколько обмоток). Подвижная часть магнитопровода называется якорем, неподвижная — ярмом, основанием, корпусом в зависимости от конструкции электромагнита.

В данном проекте рассматривается расчет и проектирование клапанного двух катушечного электромагнита постоянного тока.

Исходные данные

1. Противодействующая характеристика — рис. 1.

2. Номинальное напряжение питания .

3. Материал магнитопровода 10895.

4. Температура окружающей среды 40 о С.

5. Класс нагревостойкости обмоточного провода — А.

6. Приведенная масса подвижных частей — две массы якоря.

7. Режим работы — длительный.

8. Конфигурация магнитной цепи электромагнита постоянного тока представлена на рис. 3

Рис. 1 — Противодействующая характеристика

Так как цепь симметричная, то расчёт будем вести для половины магнитной цепи. Для этого уменьшим рабочие зазоры и соответствующие им силы в два раза.

Соответствующая противодействующая характеристика показана на рисунке.

Рис. 2 — Противодействующая характеристика для половины магнитной цепи

Рис. 3 — Эскиз магнитной цепи

1. Определение геометрических размеров

Определение конструктивного показателя:

Для критической точки должно соблюдаться равенство:

Н?м 2 ? критическая точка при срабатывании;

Н?м 2 — критическая точка при возврате.

Определение предварительных размеров магнитопровода, МДС обмотки и ее геометрических размеров.

По формуле Максвелла находим сечение и диаметр полюсного наконечника:

по рис. П_4 [1] определяем Вд и у:

Индукция в рабочем зазоре Вд =0.18, Тл.

Коэффициент рассеяния у =1,7

Определим площадь полюсного наконечника.

Определим диаметр полюсного наконечника

по сортаменту [1] принимаем dп = 0,033, м

Магнитный поток в зазоре

Примем индукцию в стали

Находим сечение и диаметр сердечника

Округляем dc до ближайшего значения по сортаменту стали [1] dc = 0,023 (м)

Находим сечение ярма и сечение якоря

МДС обмотки находим с учетом запаса по срабатыванию , где ? коэффициент запаса по МДС, =1,5

где ? коэффициент потерь, учитывающий падение МДС в стали и паразитных зазорах =1,43.

Полная МДС для 1_ой обмотки

Геометрические размеры обмотки h, l найдём из соотношения

Длину обмотки определим по формуле:

удельное сопротивление провода в нагретом состоянии:

для меди = 1,6210 -8 Омм, =0,0043 1/град., тогда

принимаем коэффициент теплоотдачи:

коэффициент заполнения обмотки: f = 0.5;

допустимое превышение температуры:

коэффициент перегрузки по мощности с учётом длительного режима работы: np = 1;

поправочный коэффициент для цилиндрической катушки определим по следующей формуле:

где (принимаем m = 0,65); коэффициент, учитывающий теплоотдачу с внутренней и торцевой поверхностей катушки, примем S = 0.5. Тогда

внутренний диаметр цилиндрической обмотки

С учётом вычисленных данных для обмотки получим:

Толщина обмотки: h = md = 0,652710 -3 = 17,5510 -3 (м).

Проверим соотношение: l / h = 61 / 17,55 = 3,48, что соответствует диапазону 38.

Найдем размеры ярма:

Найдем размеры якоря.

Высоту полюсного наконечника находим из выражения:

2. Расчет магнитной цепи

Для определения магнитной проводимости якоря воспользуемся формулой:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где S — площадь воздушного зазора, П — периметр воздушного зазора, ая — высота якоря.

Определим периметр воздушного зазора:

П = 2•(0,2 + 15)•2 + 2•(0,2 + 12)•2 + 2•(0,2 + 20,4) =

= 2•30,4 + 2•24,4 + 41,2 = 150,8 •10 -3 (м)

Площадь воздушного зазора:

S = П • ая= 150,8 •10 -3 •0,0052 = 0,784 •10 -3 (м 2 )

Магнитная проводимость якоря:

Расчёт магнитной цепи будем вести для половины электромагнита, методом участков с помощью коэффициентов рассеяния.

Рис. 4 Пояснения к формуле проводимости с учетом выпучивания с торца и с боковой поверхности шляпки

Примем расстояние от конца полюсного наконечника до оси симметрии равным диаметру полюсного наконечника, т. е. 33 мм.

Примем dвыс=5 мм.

Для нахождения магнитной проводимости в рабочем зазоре используем формулы Гальперна: Л = Лот + Лрт + Лz, где Лот — магнитная проводимость основания торца, Лрт — магнитная проводимость ребра торца, Лz — магнитная проводимость поля выпучивания.

Лот = • (R + );

R2, R1, R и ц показаны на рис 4.

R = 79 • 10 -3 м;

r = 0,5dп = 0,5 • 33 • 10 — 3 = 16,5 • 10 -3 м

R1 = R ? dп-dвыс = 79 • 10 -3 ? 33 • 10 — 3 -5• 10 — 3 = 61 • 10 -3 м;

R2 = R1 — 13,5 = 61 • 10 -3 — 11,5 • 10 — 3 = 49,5 • 10 -3 м;

ц = arctan (д / R) = arctan (4 / 79 • 10 — 3 ) = 0,88 рад;

Ло т = •(79 • 10 -3 +) =1.202•10 — 6 Гн;

Лрт = • (0,5dп• (2+р) + 0,5р• R• tg (ц);

Лрт = • (0,5•33 •10 -3 (2+р) + 0,5р •79

10 -3 • tg (0,88) =1.715 •10 — 7 Гн;

Лz = 2 м hп•[1+];

Лz=2•4р•10 -7 3•10 -3 [1+]=1.858•10 -8 Гн;

Рис. 5 Схема замещения магнитной цепи

Магнитная проводимость в рабочем зазоре:

Л = Лот + Лрт + Лz = 1.202•10 — 6 + 1.715•10 — 7 + + 1,858•10 -8 = 1,392 •10 -6 Гн.

Определим удельную проводимость рассеяния по формуле для цилиндра, параллельного плоскости бесконечной длины и конечной ширины (bя):

Составим схему замещения магнитной цепи.

. — магнитные сопротивления участков сердечников;

, — магнитные сопротивления якорей;

— магнитное сопротивление зазора между якорями в начальном положении;

, — магнитное сопротивление рабочих зазоров в начальном положении;

, — магнитное сопротивление полюсных наконечников;

. — магнитное сопротивление паразитных зазоров;

— магнитное сопротивление скобы;

. — МДС на участках сердечников;

RS2, RS3 — магнитные сопротивления потокам рассеяния на участках сердечников;

ФS2, ФS3 — магнитные потоки рассеяния на участках сердечника;

Фд — магнитный поток в рабочем зазоре;

Определим расчетную длину сердечника — lp и lc

Расчётную длину сердечника определим по формуле:

lр = l•,

где l — длина сердечника, — магнитная проводимость зазоров второго участка схемы,

— магнитная проводимость зазоров первого участка схемы. [1]

Для удобства расчёта разделим схему по оси симметрии на две части. Это приведёт к тому, что проводимость между якорями увеличатся в два раза, т. е. ЛЯ = 2·ЛЯ, а длина основания уменьшится.

В обоих случаях = Л, где Л — проводимость зазора между сердечником и основанием.

Проводимость зазора между полюсным наконечником и сердечником:

lр = l•,

l = l — lр м;

Разобьем магнитную цепь на участки и рассчитаем коэффициенты рассеяния для участков магнитной цепи.

На участках 1,2,3,4,1′, 2′, 3′, 4′, 9 коэффициент рассеяния примем равным единице, т. к. на них рассеяние практически отсутствует.

Средний коэффициент рассеяния на участках 6 и 6′:

уср1 = 1 +

Средний коэффициент рассеяния на участках 5 и 5′:

уср = 1 + =1 + = 1,061;

Средний коэффициент рассеяния на участках 7,7′ и 8:

уср0 = 1+=1 + =1,054;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Читайте также:  Если по проводнику пустить ток то магнитная стрелка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. К определению коэффициентов рассеяния на участках МЦ

Построим кривую намагничивания магнитной системы и определим при заданной МДС магнитный поток в рабочем воздушном зазоре.

Определение магнитного потока в рабочем воздушном зазоре является «обратной задачей», поэтому для решения необходимо задаться некоторым приблизительным значением магнитного потока. Для этого рассмотрим схему замещения, без учёта сопротивления стали и рассеяния, т. е. будем учитывать только сопротивление рабочих и паразитных зазоров:

Площади поперечного сечения цилиндрических и прямоугольных участков рассчитаем по следующим формулам:

Источник



Методика расчета электромагнита постоянного тока

Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью.

При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью.

Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков.

Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ам-первитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 4,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода Z=/1-)-/2, равной 20 см -f- 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.

Для двухполюсного магнита этот, результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг ^ 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N-J—60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 а и 240 витков. Таким обра-1 зом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1. мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A — 0,4 мм2, а для тока в 0,25A — 0,05 мм2.

Каким же из этих проводов следует производить обмотку?
С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=Nxlt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x Д. В нашем примере Д = 2 см, и 1г x 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1 512 см. Сопротивления обмоток будут также различными.

Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат; для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 а нужное напряжение для питания катушки составит 1,3-г-1,4 в,-то-есть как раз напряжение одного элемента.

Источник