Розрахунок електромагніта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

При проектуванні тягових електричних апаратів про їхню роботоздатність судять за статичною тяговою характеристикою приводного електромагніта. Необхідно прагнути, щоб статична тягова характеристика протягом усього ходу якоря розташовувалася вище характеристики протидіючих зусиль. Статична тягова характеристика визначається при сталій величині струму в обмотці електромагніту.

Вихідні дані для розрахунку тягової характеристики електромагніту:

- тип і конструкція тягового електричного апарата;

- матеріал і розміри магніто проводу електромагніта;

- дані обмотки електромагніта: тип котушки (каркасна чи без каркасна), матеріал проводу;

- напруга живлення котушки;

- робочий хід якоря електромагніта (може бути заданий максимальним кутом повороту якоря);

- намагнічуюча сила.

Розрахунок електромагніта проводять графоаналітичним методом.

Основні розміри магнітопроводу наведені на рис 1, де показаний ескіз магнітної системи і літерні позначення основних розмірів магнітопроводу.

Вихідні дані

F, A	б	dп, м	dc, м	h, м	а, м	b, м	l, м
3600	15	0,042	0,0395	0,137	0,015	0,087	0,065



1. Розрахунок магнітних провідностей повітряних зазорів

провідність зазор магнітний тяговий

Розрахунок магнітного кола електромагніту клапанного типу починають з визначення магнітних провідностей повітряних зазорів (робочого і неробочого) і питомої провідності потоків розсіювання.

У більшості випадків лінії індукції розподіляються у просторі нерівномірно. У зв'язку з цим завдання визначення провідності повітряних зазорів ускладнюється. Магнітне поле між полюсами можна розглядати, так немовби воно складається з двох частин: однорідного поля і поля, обумовленого витріщанням ліній індукції. Цей потік називається крайовим потоком.

У практичних розрахунках застосовують кілька методів визначення провідності. У цьому курсовому проекті використаний емпіричний, аналітичний і метод розбивки поля на прості фігури.

1.1 Розрахунок магнітної провідності робочого повітрянного зазору і її похідної

Для визначення падіння магнітного патенціалу в робочому повітрянному зазорі необхідно обчислити магнітну провідність цього зазору при декількох положеннях якоря. Рекомендується задатися наступними значеннями повітрянних зазорів: 1,2,4,8,12 і максимальне значення зазору в міліметрах. Максимальне значення зазору визначають:

де б - максимальний кут повороту якоря електромагніта.

Провідність у даному випадку зручно знаходити за емпіричною формулою, запропонованою В.В. Вишніовським:

 (1).

Де 1,25*10 Гн/м - магнітна проникність повітря;

д - величина повітрянного зазору, м;

діаметр полюсного наконечника, м.

Після диференціювання формули В.В. Вишніовського:

(2).

Для тих же значень повітрянного зазору знаходимо похідну.

Розрахунок:

Максимальне значення зазору:

м

Провідність знаходимо:

= 1,891*10 Гн

= 0,987*10 Гн

= 0,505*10 Гн

= 0,255*10 Гн

= 0,171*10 Гн

= 0,118*10 Гн

Після диференціювання формули В.В. Вишніовського:

1,733*10 Гн/м

0,472*10 Гн/м

0,123*10^-3 Гн/м

0,315*10 Гн/м

0,141*10 Гн/м

0,0674*10 Гн/м

(знак «-» означає, що зі збільшенням зазору похідна, а, отже і стискальне зусилля зменшується).

1.2 Визначення магнітної провідності шляхів потоків розсіювання

Поверхні скоби і осердя не є еквипотенційні, тому в даному випадку при визначенні магнітної провідності шляхів потоків розсіювання зручно користуватися провідністю на одиницю довжини осердя - питомою провідністю. Тоді повна провідність на ділянці довжиною X буде

де g - питома провідність, Гн/м; X - довжина ділянки, м; G - повна провідність, Гн. Питома провідність шляхів потоків розсіювання між осердям циліндричної форми і паралельно розташованою вертикальною площиною скоби можна знайти за рівнянням.



де г - радіус осердя, м;

с - відстань між віссю осердя і скобою

При розрахунку магнітне коло треба розбити на чотири рівних ділянки, звідки довжина кожної ділянки X.

Розрахунок:

Радіус осердя, м:

r = 0,0395/2 = 0,01975 м

Відстань між віссю осердя і скобою:

с = 0,065 - 0,015 = 0,05 м

Питома провідність шляхів потоків розсіювання між осердям циліндричної форми і паралельно розташованою вертикальною площиною скоби:

= 4,967*10 Гн/м

При розрахунку магнітне коло треба розбити на чотири рівних ділянки, звідки довжина кожної ділянки X:

Х = 0,137/4 = 0,03425 м

Повна провідність на ділянці довжиною X буде:

= 0,1701*10 Гн

1.3 Визначення магнітної провідності неробочого повітряного зазору

Магнітну провідність неробочого повітряного зазору між якорем і скобою у проекті визначають методом розбивки поля на прості фігури, зробивши при цьому два допущення:

- провідність при переміщенні якоря не змінюється;

- площини торця скоби і якоря рівнобіжні.

Сутність цього методу полягає в тому, що все поле повітряного зазору розбивається на ряд трубок магнітного потоку, які мають форму простих геометричних фігур (циліндрів, напівциліндрів, паралелепіпедів і т.д.).

Провідність елементарної трубки потоку пропорційна відношенню середнього перерізу трубки Scp і її довжини l ср.

Якщо середнє значення визначити важко, то провідність такої фігури знаходять за формулою:

де - обсяг і - ї фігури.

Загальна провідність зазору дорівнює сумі провідностей окремих фігур, тому що прикладену до кінців різницю магнітних потенціалів для усіх фігур можна вважати однаковою (фігури з'єднані паралельно).

Для визначення магнітної провідності неробочого повітряного зазору знаходимо величину неробочого зазору за формулою



і потім після розбивки поля на прості фігури визначаємо їхню провідність. Формули провідності окремих фігур мають такий вигляд:

; ; ;

; ; ;

; ; ;

Підставляючи значення величин, що входять у ці формули, відповідно до завдання, знаходимо провідності окремих фігур і повну провідність неробочого повітряного зазору:

Провідність G незначна і нею можна знехтувати.

Розрахунок:

Величина неробочого зазору:

= 0,00201 м

Визначаємо провідність:

=0,812*10 Гн

= 1,053* 10 Гн

=0,4875*10, Гн

= 0,6108*10 Гн

= 0,2828*10 Гн

= 1,093*10^-7 Гн

= 0,566*10 Гн

= 0,469*10 Гн

= 0,1934*10 Гн

Повна провідність неробочого повітряного зазору:

Рис. 2 - Магнітне поле між якорем і скобою:

1 - Прямокутний паралелепіпед розмірами а*b*д;

2-Половина порожнього циліндра довжиною а, внутрішній діаметр д, зовнішній діаметр д+2*а;

2' - половина порожнього циліндра довжиною b, внутрішній діаметр д і зовнішній діаметр д+2*а;

3-Половина циліндра довжиною а і діаметром д;
З' - Половина циліндра довжиною Ь і діаметром д;

4 - Чверть порожнього циліндра довжиною b із внутрішнім радіусом д, зовнішнім д+а;

5 - Чверть циліндра довжиною b і радіусом д;

6 - Чверть кульової оболонки діаметром д+2*а;

6' - Чверть кульової оболонки діаметром 2*(д+а);

7 - Чверть кулі діаметром д;

7' - Чверть кулі діаметром 2*д.

2. Складання схеми заміщення магнітного кола

При розрахунку складних розгалужених магнітопроводов для зручності визначення необхідних співвідношень (між цікавлячими нас величинами) складають схему заміщення магнітного кола, причому зображують її аналогічно електричній схемі. У схемі заміщення умовно показують магнітні опори робочих і неробочих повітряних зазорів, шляхів потоків розсіювання магнітопроводу.

Для розрахунку все магнітне коло розбивають на рівні ділянки (рис. 3). У нас магнітне коло розбито на чотири ділянки. При збільшенні числа ділянок зростає точність розрахунків, але підвищується трудомісткість ручного розрахунку. Магнітний потік у кожній ділянці приймають постійним. Розподілену провідність шляхів потоків розсіювання і намагнічуючу силу котушки, заміняють декількома зосередженими провідностями і силами, що намагнічують. На підставі сказаного відповідно до рис. 3а будуємо схему заміщення магнітного кола (рис. 3б). На рис. 3б використані такі позначення:

R - магнітний опір робочого повітряного зазору;

R- магнітний опір якоря;

R - магнітний опір неробочого повітряного зазору;

(G G) - магнітні провідності шляхів потоків розсіювання;

R, R - нелінійні магнітні опори ділянок магнитопровода;

(F F) - намагнічуючі сили котушки на окремих ділянках магнітного кола, причому

(7).

У схемі заміщення (рис. 3б) нелінійні магнітні опори магнітопроводу з'єднані попарно, послідовно, тому можна спростити схему заміщення і привести до вигляду, показаного на рис. 4. Тоді опори R R на рис. 4 відповідно дорівнюють:

;

;

;

,

де R - магнітні опори ділянки осердя;

R - магнітні опори ділянки скоби;

R- магнітні опори підстави скоби.

Геометричні розміри осердя і скоби на всіх ділянках однакові, але через нелінійність їхні магнітні опори різні. Аналогічні міркування стосуються скоби. Це випливає з того, що магнітні потоки на ділянках відрізняються один від одного через наявність потоків розсіювання, так:

.

Розрахунок:

= 900 А



3. Побудова вебер-амперних характеристик ділянок магнітного кола

Вебер-амперна характеристика являє собою залежність магнітного потоку на ділянці магнітного кола від падіння магнітного потенціалу на ньому Ф(F). Вона відіграє таку ж важливу роль при розрахунку магнітних колів, як вольт-амперна характеристика нелінійних опорів при розрахунку електричних кіл.

Побудову вебер-амперних характеристик кожної ділянки роблять за допомогою основних кривих намагнічування феромагнітних матеріалів.

3.1 Побудова вебер-амперних характеристик 1, 2, 3, 4-ї ділянок магнітного кола

Порядок побудови такий:

1) Визначають площі перерізу осердя і скоби у квадратних метрах:

;

2) Знаходять довжину ділянки в сантиметрах (оскільки напруженість магнітного поля на основній кривій намагнічування задана в А/см):

. (8)

3) Задаються поруч значень магнітної індукції В у найменшому перерізі. Нехай Sc< S. Тоді для електротехнічної сталі значення індукції в осерді доцільно вибирати такі: 0; 0,4; 0,8; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 Тл. Для інших марок сталей при інших значеннях індукції насичення ці значення можуть бути іншими. Найбільше значення магнітної індукції вибираємо близьким до індукції насичення.

4) За основними кривими намагнічування для всіх обраних значень індукції В знаходять напруженість магнітного поля Н, і падіння магнітного потенціалу на ділянці осердя:

(9)

5) Визначають магнітний потік в осерді (такий же потік буде й у скобі, оскільки потік на всій ділянці постійний). Для всіх обраних значень індукції

(10).

6) Знаходять магнітну індукцію у скобі для всіх отриманих значень потоку

(11).

При такій послідовності операцій B може перевершити індукцію насичення для великих значень В_с, якби Sбуло менше S_c. Тому треба задаватися індукцією в найменшому перерізі.

7) За основною кривою намагнічування для всіх отриманих
значень B знаходять напруженість магнітного поля Н і падіння
магнітного потенціалу на ділянці скоби

(12)

8) Тому що геометричні розміри осердя і скоби на всіх ділянках однакові, то для тих самих потоків можна записати:

. (13).

Падіння магнітного потенціалу на першій ділянці

, (14)

де F= H *(l - a/2) - падіння магнітного потенціалу в підставі скоби.

Результати розрахунків зводимо в табл. 1. За даними табл. 1 будуємо вебер-амперні характеристики ідентичні кривим F(Ф):

(15).

Остання F(Ф) являє собою вебер-амперну характеристику другої, третьої і четвертої ділянок. Криві будують на міліметровому папері формату A3.

Розрахунок:

Площі перерізу осердя і скоби у квадратних метрах:

= 1,225*10 м

1,305*10 м

Довжина ділянки в сантиметрах:

=3,425 см

Падіння магнітного потенціалу на ділянці скоби:

А

А

А

А

А

А

А

А

Магнітний потік в осерді (такий же потік буде й у скобі, оскільки потік на всій ділянці постійний):

1,225*10^-3 = 0,49*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 0,98*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 1,47*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 1,715*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 1,96*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 2,205*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 2,45*10^-3 Вб

1,225*10^-3 = 2,535*10^-3 Вб

Магнітна індукція у скобі для всіх отриманих значень потоку:

0,49*10^-3/1,305*10^-3= 0,375 Тл

0,98*10^-3/1,305*10^-3= 0,751 Тл

1,47*10^-3/1,305*10^-3= 1,126 Тл

1,715*10^-3/1,305*10^-3= 1,314 Тл

1,96*10^-3/1,305*10^-3= 1,502 Тл

2,205*10^-3/1,305*10^-3= 1,69 Тл

2,45*10^-3/1,305*10^-3= 1,877 Тл

2,535*10^-3/1,305*10^-3= 1,943 Тл

Падіння магнітного потенціалу на ділянці скоби:

= 25,532 А

= 41,723 А

= 56,045 А

= 69,745 А

= 110,845 А

= 174,364 А

= 298,909 А

= 422,209 А

Оскільки геометричні розміри осердя і скоби на всіх ділянках однакові, то для тих самих потоків можна записати:

27,4 + 25,532 = 52,932 А

52,3 + 41,723 = 94,023 А

62,267 + 56,045 = 118,312 А

87,166 + 69,745 = 156,911 А

143,234 + 110,845 = 254,079 А

236,633 + 174,364 = 410,997 А

572,9 + 298,909 = 871,809 А

959 + 422,209 = 1381,209 А

Магнітного потенціалу в підставі скоби:

F= 7,455*(6,5-1,5/2) = 42,864 А

F= 12,182*(6,5-1,5/2) = 70,045 А

F= 16,364*(6,5-1,5/2) = 94,091 А

F= 20,364 *(6,5-1,5/2) = 117,091 А

F= 32,364 *(6,5-1,5/2) = 186,091 А

F= 50,909 *(6,5-1,5/2) = 292,727 А

F= 87,273 *(6,5-1,5/2) = 501,818 А

F= 123,273 *(6,5-1,5/2) = 708,818 А

Падіння магнітного потенціалу на першій ділянці:

27,4 + 25,532 + 42,864 = 95,795 А

52,3 + 41,723 + 70,045 = 164,068 А

62,267 + 56,045 + 94,091 = 212,403 А

87,166 + 69,745 + 117,091 = 274,002 А

143,234 + 110,845 + 186,091 = 440,070 А

236,633 + 174,364 + 292,727 = 703,724 А

572,9 + 298,909 + 501,818 = 1373,627 А

959 + 422,209 + 708,818 = 2090,027 А

Таблиця 1.

Bci, Тл	0,4	0,8	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,07
Hci, А/см	8	15,27	18,18	22,45	41,82	69,09	167,27	280
Fci, A	27,4	52,3	62,267	87,166	143,234	236,633	572,9	959
Фі, Вб	0,49*10-3	0,98*10-3	1,47*10-3	1,715*10-3	1,96*10-3	2,205*10-3	2,45*10-3	2,535*10-3
Bcкі, Тл	0,375	0,751	1,126	1,314	1,502	1,689	1,877	1,943
H cкi, А/см	7,455	12,182	16,364	20,364	32,364	50,909	87,273	123,273
Fcкi, A	25,532	41,723	56,045	69,745	110,845	174,364	298,909	422,209
Fci + Fскі, А	52,932	94,022	118,312	156,912	254,079	410,997	871,809	1381,209
F cк0, А	42,864	70,045	94,091	117,091	186,091	292,727	501,818	708,818
F1i, А	95,795	164,068	212,403	274,002	440,170	703,724	1373,627	2090,027

Вебер-амперні характеристики наведені на рис. 5.

3.2 Побудова вебер-амперної характеристики шляхів потоків розсіювання

Магнітна провідність для потоків розсіювання залежить від геометричних розмірів магнітної системи і не залежить від потоку, тому вебер - амперна характеристика шляхів потоків розсіювання зобразиться прямою лінією, що проходить через початок координат. Для її побудови досить знайти ще одну точку цієї прямої.

Задаємося будь - яким значенням різниці магнітних потенціалів «ц-ц», наприклад 1000 А, і знаходимо потік, приймаючи ц= 0. Одержуємо

(16).

Пряму ц(Ф) проводимо на тому же графіку, що і F(Ф), F(Ф) (рис. 5) Отримана характеристика ц(Ф) справедлива для всіх ділянок.

Це випливає з того, що магнітне коло розбивали на рівні ділянки і, мабуть,

(17).

Розрахунок:

4,967*10* 0,03425 = 0,17*10 Гн

1000 * 0,17*10 = 0,17*10 Вб

3.3 Побудова вебер-амперної характеристики якоря і неробочого повітряного зазору

Магнітна провідність неробочого повітряного зазору вважається незмінною при всіх положеннях якоря. У цьому випадку можна побудувати результуючу вебер-амперну характеристику для якоря і неробочого повітряного зазору. У загальному випадку, коли провідність неробочого повітряного зазору змінна, варто будувати результуючу вебер-амперну характеристику робочого і неробочого повітряного зазорів.

Для побудови характеристики використовуємо попередні розрахунки. Оскільки переріз якоря і скоби, а також середню довжину силової лінії в якорі і підставі скоби можна вважати однаковими, то падіння магнітних потенціалів у них при тих самих потоках будуть рівні. Звідки випливає, що результати обчислень Ф і F (табл. 1) можна перенести в табл. 2, але падінню магнітного потенціалу в підставі скоби додати інший індекс F.

Магнітна провідність неробочого зазору G була знайдена раніше.

(18).

Розрахунок:

= 437,427 А

= 874,854 А

= 1312,282 А

= 1530,995 А

= 1749,709 А

= 1968,423 А

= 2187,136 А

= 2263,686 А

F+ F= 42,864 + 437,427 = 480,291 А

F+ F= 70,045 + 874,854 = 944,899 А

F+ F= 94,091 + 1312,282 = 1406,373 А

F+ F= 117,091 + 1530,995 = 1648,086 А

F+ F= 186,091 + 1749,709 = 1935,8 А

F+ F= 292,727 + 1968,423 = 2261,15 А

F+ F= 501,818 + 2187,136 = 2688,954 А

F+ F= 708,818 + 2263,686 = 2972,504 А

Таблиця 2

Фі, Вб	0,49*10-3	0,98*10-3	1,47*10-3	1,715*10-3	1,96*10-3	2,205*10-3	2,45*10-3	2,535*10-3
Fя, А	42,864	70,045	94,091	117,091	186,091	292,727	501,818	708,818
Fдн, А	437,427	874,854	1312,282	1530,995	1749,709	1968,423	2187,136	2263,686
Fя+Fдн, А	480,291	944,899	1406,373	1648,086	1935,8	2261,15	2688,954	2972,504

Вебер-амперна характеристика якоря і неробочого повітряного зазору наведена на рис. 6.

4. Розрахунок магнітного кола

Розрахунок магнітного кола при заданих геометричних розмірах магнітопровода зводиться до визначення сили котушки, що намагнічує, якщо відомий магнітний потік у робочому повітряному зазорі (пряма задача), або до обчислення магнітного потоку в робочому зазорі при заданій силі, що намагнічує (зворотна задача).

Для побудови тягової характеристики необхідно знати падіння магнітного потенціалу в робочому повітряному зазорі при декількох положеннях якоря. Тому в курсовому проекті використовується графічний метод розрахунку магнітних колів, що дозволяє одержати необхідні дані.

Застосовуючи другий і перший закони Кирхгофа для кожної ділянки магнітного кола, запишемо такі рівняння:

(19).

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

Внаслідок того, що залежності F(Ф), F(Ф), F(Ф), F(Ф) нелінійні, розрахункові операції, виражені цими рівняннями, виконуємо графічно.

Залежність F(Ф), що входить у рівняння (19), являє собою вебер - амперну характеристику першої ділянки. На цьому ж графіку нанесена частина сили котушки, що намагнічує, F(Ф), яка припадає на першу ділянку магнітного кола. Тому що сила котушки, що намагнічує, F=I*W не залежить від потоку, то характеристика F(Ф) зобразиться прямій, рівнобіжній осі ординат. Дія, що виражається рівнянням (19) першої ділянки схеми заміщення, зводиться до вирахування абсцис характеристики F (Ф) з абсцис характеристики F(Ф). Отримана крива, що виражає залежність , ідентична кривій Ф. Тоді дія, що відповідає рівнянню (20), зводиться до вирахування ординат прямої Ф() з відповідних ординат кривої Ф.Отриману криву зміни потоку Ф у функції від потенціалу тепер можна розглядати як функцію .

Розглянемо розрахунки, що відносяться до другої ділянки схеми заміщення. Для зручності виконання операцій над графіками характеристик наносимо пряму, рівнобіжну осі ординат і віддалену від її на відстані F. Криву залежності потенціалу тепер можна розглядати як функцію .

Залежність магнітного потоку Ф від потенціалу знаходимо графічним вирішенням рівняння (22). Для цього з ординат кривої Ф необхідно відняти ординати прямої Ф.

Дії, що виражаються рівняннями (23)(26), виконуємо аналогічно. Графічні побудови здійснюємо на одному графіку. У цьому випадку відпадає необхідність у повторній побудові тих самих кривих. У результаті одержуємо криву залежності Ф, яку переносимо на рис., де побудована характеристика:

(27)

5. Побудова тягової характеристики

Для визначення падіння магнітного потенціалу в робочому повітряному зазорі при декількох положеннях якоря треба побудувати вебер-амперну характеристику цього зазору. Застосовуючи другий закон Кірхгофа до останнього контуру схеми заміщення магнітного кола, запишемо:

(28)

Розв'язання рівняння (28) здійснюємо графічно, віднімаючи абсциси кривої:

З абсцис кривої ц(Ф одержуємо криву F, що представляє собою вебер-амперну характеристику робочого повітряного зазору. Залежність F нелінійна тому що вона справедлива для будь-якого повітряного зазору. Вебер-амперна характеристика повітряного зазору при незмінній величині являє собою пряму лінію, що проходить через початок координат.

Залежність стискального зусилля від величини робочого повітряного зазору (тягову характеристику) можна виразити формулою

(29)

Падіння магнітного потенціалу F y робочому повітряному зазорі при різних положеннях якоря легко знайти за допомогою отриманої кривої F. Для цього досить побудувати вебер-амперну характеристику робочого повітряного зазору при значеннях , для яких визначалися провідності G. З цією метою задаємося деяким значенням падіння магнітного потенціалу F' і знаходимо магнітний потік за формуою

Значення F' для зазору = 1 мм доцільно вибирати рівним 500 А, а для інших-1000 А. У цьому випадку розрахункові операції спрощуються. Через отримані точки початок координат проводимо прямі до перетину з кривої F(Ф). Значення провідності G різних положеннях якоря були отримані раніше. Для цих же значень »« були визначені й похідні dG/d. Точка перетину вебер-амперної характеристики при конкретних значеннях із кривої F(Ф визначає падіння магнітного потенціалу F для даного зазору.

Підставляючи отримані значення F і похідні у формулу (29), знаходимо стискальне зусилля. Результати розрахунків зводимо в табл. 3, за даними якої будуємо тягову характеристику.

Розрахунок:

При Fд=500 А одержуємо магнітний потік:

1,891*10= 0,946*10 Вб

При Fд=1000 А одержуємо магнітний потік:

0,987*10= 0,987*10 Вб

0,505*10= 0,505*10 Вб

0,255*10= 0,255*10 Вб

0,171*10= 0,171*10 Вб

0,118*10= 0,118*10 Вб

Залежність стискального зусилля від величини робочого повітряного зазору:

740² *1,891*10^-3 = 230 Н

1020² *0,472*10^-3 = 173 Н

1500² *0,123*10^-3 = 97 Н

1950² *0,0315*10^-3 = 42 Н

2170² *0,0141*10^-3 = 23 Н

2240² *0,00674*10^-3 = 18 Н

Таблиця 3

ді, мм	1	2	4	8	12	17,42
Gд, Гн	1,891*10	0,987*10	0,505*10	0,255*10	0,171*10	0,118*10
Fдi, А	740	1210	1790	2290	2520	2700
dд/dд, Гн/м	1,733*10	0,472*10	0,123*10-3	0,315*10	0,141*10	0,0674*10
Qт, Н	474	345	198	83	41	25

Тягова характеристика наведена на рис. 7.

6. Розрахунок параметрів обмотки

Розрахунок обмотки полягає в тому, шоб підібрати такі обмотувальні дані, що при заданій напрузі забезпечили б задану (обчислену) намагнічуючу силу.

Геометричні розміри магнітного кола дозволяють визначити максимальні розміри котушок, які можуть бути каркасними чи бескаркасними. Величина намагнічуючій сили котушки, що намагнічує, залежить від того, наскільки ефективно заповнений обсяг котушки обмотувальним проводом. Ця ефективність оцінюється коефіцієнтом заповнення по міді. Значення коефіцієнта визначається відношенням поперечного перерізу міді усіх витків S до площі обмотувального вікна котушки S:

(30)

Де d - діаметр голого проводу, мм;

W - число витків обмотки;

h, l - розміри обмотувального вікна котушки, мм.

Слід враховувати, що обмотувальне вікно котушки завжди менше всієї площі вікна за рахунок об'єму каркаса чи котушки ізоляції при безкаркасній котушці S= h * l:

Відповідно до рис. 1:

,

Де d-висота полюсного наконечника.

При заданих значеннях сили, що намагнічує, F = І * W і напруги кола керування (живлення) «U» можна знайти діаметр голого проводу d:

(31)

r = с_х (32)

Де с_х - питомий електричний опір, Ом*м;

r - електричний опір проводу обмотки, Ом;

l - середня довжина витка, м;

d - діаметр голого проводу, м.

На міському електричному транспорті кола керування живлються від джерела напругою U=24 B.

Вирішуючи спільно рівняння (31) і (32), одержимо:

(33)

Довжина середнього витка обмотки складає:

Питомий опір обмотки при нагріванні проводу до температури ин визначаємо за формулою

с_х = с₀ (1 + бх_н)

Де б = 0,004 1/°С коефіцієнт;

с₀ = 0,0162* 10Ом*м, при v = 0°С.

Питомий опір обмотки необхідно визначити при допустимій температурі нагрівання для даного класу ізоляції.

Визначивши діаметр голого проводу d і округливши його вбік збільшення, підбираємо провід, тобто вибираємо d і d (діаметри голого й ізольованого проводів відповідно) і середнє значення коефіцієнта заповнення обмотки по міді К.

Знаючи діаметр проводу і коефіцієнт заповнення, визначається число витків:

(34)

Далі розрахуємо опір обмотки за рівнянням (32), а за рівнянням (31) уточнюємо значення сили, що намагнічує. Внутрішній діаметр обмотки приймається близьким до діаметра осердя з обліком толщин внутрішньої ізоляції:

(35)

Де = (1 2) мм - товщина внутрішньої ізоляції.

Зовнішній діаметр обмотки приймаємо приблизно рівним ширині якоря (підстави):

(36)

Товщина зовнішньої ізоляції має бути не менше 2 мм.

Розрахунок:

Висота полюсного наконечника:

м

Розміри вікна:

м,

м

м

Питомий опір обмотки при нагріванні проводу:

с_{х =} 0,0162*10^-6(1+0,004*145) = 0,0256*10^-6 Ом*м

Довжина середнього витка обмотки складає:

мм = 0,219015 м

Діаметр голого проводу d:

мм

Вибираємо діаметр голого проводу d = 1,04 мм, відповідно діаметр ізольованого проводу

d₁ = 1,12 мм, К= 0,695

Площа обмотувального вікна котушки:

м

Знаючи діаметр проводу і коефіцієнт заповнення, визначається число витків:

Опір обмотки:

Ом

Сила, що намагнічує:

А

Внутрішній діаметр обмотки приймається близьким до діаметра осердя з обліком толщин внутрішньої ізоляції:

мм

Зовнішній діаметр обмотки приймаємо приблизно рівним ширині якоря (підстави):

мм

7. Тепловий розрахунок обмотки

При протіканні струму по обмотці електромагніту в ній виділяється тепло, що відповідає потужності.

Ця потужність витрачається на підвищення температури обмотки і частково розсіюється в навколишнє середовище. При тривалому режимі включення обмотка нагрівається до сталої температури . При цьому настає тепловий баланс (одержуване обмоткою тепло від джерела живлення дорівнює теплу, що віддається нею в навколишнє середовище).

Перевищення сталої температури обмотки над навколишнім середовищем = - можна визначити за формулами:

, (37)

Де Р - споживана потужність обмотки, Вт;

К - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м*°С);

- температура навколишнього середовища,°С;

S - охолодна поверхня обмотки, що складається з внутрішньої S і зовнішньої S бічних поверхонь: S = (h-)**D, м:

м, при цьому

Коефіцієнт характеризує ефективність внутрішньої охолодної поверхні. Для безкаркасних котушок =0,9; для котушок з металевим каркасом = 1,7; для котушок, обмотка яких намотується на осередя, =2,4.

P = = 32,103 Вт

S= (0,137 - 0,0079)*3,14* 0,0425 = 0,01723 м²

S= (0,137 - 0,0079)*3,14* 0,096 = 0,0389 м²

S= 0,0389+0,9*0,01723 = 0,0544 м²

При обчисленні перевищення сталої температури обмотки необхідно знати величину коефіцієнта тепловіддачі, котрий сам залежить від температури. Тому вирішують задачу від зворотного, вважаючи, що відома температура, і визначають коефіцієнт тепловіддачі. Обчислюють розрахункову потужність за виразом (37) і порівнюють її зі споживаною потужністю. Якщо результати відрізняються менше ніж на 5%, то на цьому розрахунок закінчують, у противному виразі задаються новою температурою.

Якщо = 20, то К= 9, Р = 20*9*0,0544 = 9,792 Вт

Якщо =30, то К= 9,8, Р = 30*9,8*0,0544 = 15,9936 Вт

Якщо = 50, то К= 11, Р = 50*11*0,0544 = 29,92 Вт

Якщо = 55, то К= 11,2, Р = 55*11,2*0,0544 = 33,511

Перевищення сталої температури над навколишнім середовищем = 55°, що менше =105°.

Висновок

При виконанні курсової роботи була побудована тягова характеристика приводного електромагніта, розраховані параметри обмотки та проведений тепловий розрахунок.

Література

1. Методические указания по применению ЭВМ в расчётах тяговых аппаратов для студентов 2 курса дневной формы обучения специальности 18-07 / Сост. М.И. Киселев. - Харьков: ХИИГХ, 1990. - 52 с.

2. Основы теории электрических аппаратов: Учебник для вузов по спец. «Электрические аппараты»/ И.С. Таев, Б.К. Буль, А.Г. Годжелло и др.-М.: Высш. шк., 1987. - 352 с.

3. Бородина М.Г. Расчёт электромагнитов постоянного тока: учебн. Пособие для курсового проектирования. - М.: МЭИ, 1979. - 58 с.

4. Корягина Е.Е., Коськин О.А. Электрооборудование трамваев и троллейбусов. - М.: Транспорт, 1982. - 296 с.

5. Тягові електричні апарати. Методичні вказівки до виконання курсового проекту (для студентів 2, 3 курсів денної форми навчання спеціальності 7.092.202)/. Укл. М. І. Кисельов, К.О. Сорока.-Харків: ХДАМГ, 2002.-45 с.

Размещено на Allbest.ru