Расчёт и проектирование тягового электромагнита
Выбор конструктивного типа и формы стопа тягового электромагнита. Определение размеров магнитопровода и параметров обмотки. Расчёт пружины сжатия и источника питания (выпрямителя и трансформатора). Нахождение граничных значений силы винтовой пружины.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.06.2014 |
| Размер файла | 1,5 M |
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/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"ГОСУНИВЕРСИТЕТ-УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС"
Кафедра: "Автоматизированные процессы и машины бесстружковой обработки материалов"
Курсовой проект
по дисциплине
"Технические средства автоматизации"
Тема: "Расчёт и проектирование тягового электромагнита"
Студент Зайцев Р.В.
Группа 31-АП
Руководитель Короткий Г.П.
Орёл, 2014 г.
Задание на курсовой проект
по дисциплине "Технические средства автоматизации"
студенту группы 31-АП Зайцеву Р. В.
Исходные данные:
1. Напряжение источника питания системы: 220±10% В, 50 Гц
2. Напряжение питания электромагнита: 24 В
3. Требуемые характеристики системы:
а) ход якоря - 0.005 м
б) начальное усилие без учета действия пружины - 36 Н
в) усилие пружины - 3,6 Н
г) режим работы - длительный
д) максимальная температура корпуса - 60_С
4. Условия эксплуатации:
а) температура окружающей среды - 20_С
б) требуемый ресурс - 1Е106 циклов
Вопросы, подлежащие разработке:
1. Выбор типа конструкции электромагнита
2. Расчет размеров магнитопровода, параметров обмотки
3. Расчет источника питания
Чертежи:
1. Сборочный чертеж электромагнита
2. Деталировка (4 - 5 основных деталей)
3. Принципиальная схема источника питания и эскиз трансформатора
4. Нагрузочная характеристика электромагнита
5. Внешняя характеристика выпрямителя
Дата выдачи задания: _________________
Дата защиты проекта: _________________
Руководитель Короткий Г.П.
Аннотация
Целью данного курсового проекта является разработка тягового электромагнита. Проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка включает в себя выбор конструктивного типа и формы стопа электромагнита, проектный расчёт размеров магнитопровода и параметров обмотки, расчёт пружины сжатия и расчёт источника питания.
Графическая часть состоит из 2-х листов формата А1. Первый - сборочный чертёж электромагнита, второй - рабочие чертежи деталей и 1 - й включает в себя: нагрузочную характеристику электромагнита и выпрямителя, блок питания, эскиз магнитопровода трансформатора.
Все необходимые расчёты приведены в пояснительной записке.
Содержание
- Введение
- 1. Расчет электромагнита
- 1.1 Уточнение формы стопа
- 1.2 Определение основных параметров электромагнита
- 1.3 Определение остальных размеров магнитопровода
- 2. Расчёт винтовой пружины
- 2.1 Нахождение граничных значений силы F3
- 3. Расчёт источника питания
- 3.1 Расчёт выпрямителя
- 3.2 Расчёт трансформатора
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Курсовой проект посвящен разработке электромагнитов, используемых в качестве исполнительных устройств в автоматических системах и средствах автоматики. Электромагниты служат для преобразования электрического тока в механическое перемещение с целью воздействия на регулирующий орган объекта управления. Они являются наиболее распространенными преобразователями электрического сигнала в механическое перемещение.
Они способны работать как на постоянном, так и на переменном токе. Однако электромагниты постоянного тока применяются намного шире, чем электромагниты переменного тока, поскольку при одинаковых размерах они развивают большее тяговое усилие, имеют более высокую стабильность параметров, конструктивно проще и дешевле. Для их питания используется сеть переменного тока и встроенный выпрямитель.
Для разработки и проектирования тягового электромагнита необходимо определить его конструкцию, рассчитать многочисленные параметры электромагнита и источника питания.
1. Расчет электромагнита
Требуется определить размеры магнитопровода и параметры катушки, обеспечивающие заданные характеристики при минимальных габаритах.
1.1 Уточнение формы стопа
(1)
где ход якоря, м;
конструктивный фактор;
P - тяговое усилие, Н.
(2)
где тяговое усилие, которое должен развивать электромагнит в начале хода якоря, Н;
усилие пружины, Н.
(3)
Определим усилие пружины:
(4)
Определим усилие пружины тяговое усилие электромагнита:
1.2 Определение основных параметров электромагнита
Рисунок 1 - Эскиз электромагнита.
1) Диаметр якоря электромагнита
, (5)
(6)
где магнитная постоянная; магнитная индукция в рабочем зазоре. Значение магнитной индукции в рабочем зазоре находим по графику [1]:
;
;
.
2) Наружный диаметр электромагнита
(7)
.
3) Длина электромагнита
(8)
где паразитный зазор, м;
удельное сопротивление провода, Омм;
удельная мощность рассеяния, Вт/.
Примем
, (9)
где удельное сопротивление медного провода при 20;
температурный коэффициент медного провода.
По графику принимаем .
.
4) Отношение габаритных размеров электромагнита и их оценка
Значение принадлежит интервалу (0,7…1,8), следовательно, конструктивное оформление втяжных электромагнитов можем считать удачным [1].
5) По принятому диаметру якоря уточняется значение магнитной индукции:
(10)
6) По графику определяем значение поправочного коэффициента относительного падения магнитодвижущей силы [1]:
7) Максимальное значение магнитной индукции
, (11),
1.3 Определение остальных размеров магнитопровода
1) Внутренний диаметр магнитопровода
(12), .
2) Толщина фланца
(13),
3) Длина окна магнитопровода под катушку
(14), .
4) Длина стопа
(15),
1.4 Определение параметров катушки
1) Средний диаметр катушки
(16)
где толщина каркаса, м (примем );
зазор между катушкой и корпусом, м (примем .
.
2) Диаметр провода
(17)
.
3) Выбираем марку провода
По рекомендациям таблицы [1] выбираем марку провода ПЭВ-2 с двумя слоями высокопрочной эмали ВЛ-931 и максимальной рабочей температурой .
Диаметр провода принимаем из стандартного ряда: .
Диаметр провода данной марки в изоляции: .
4) Высота намотки катушки
(18)
.
5) Длина катушки
(19)
.
6) Число витков катушки
(20),
7) Сопротивление катушки при нормальных условиях (
(21)
8) Длина намоточного провода
(22)
1.5 Построение нагрузочной характеристики электромагнита
Зависимость между тяговым усилием электромагнита и ходом якоря выразим из формулы:
Рисунок 2 - Нагрузочная характеристика электромагнита.
2. Расчёт винтовой пружины
Исходные данные:
Пружина сжатия
Сила пружины при предварительной деформации, F1 = 3,6 (Н);
Сила пружины при рабочей деформации, F2 = (1,5-2) F1; F2 = 5,4 (Н);
Рисунок 3 - Эскиз пружины сжатия.
2.1 Нахождение граничных значений силы F3
, (23)
, (24)
.
В данном интервале выбираем пружину сжатия и растяжения разряда 1, класса 1 из [2] (по ГОСТ 13766-86) со следующими характеристиками:
Сила пружины при максимальной деформации F3 = 6,3 (Н)
Диаметр проволоки d =0,5 (мм)
Наружный диаметр пружины D1 =6 (мм)
Жёсткость одного витка C1 =3,689 (Н/мм)
Наибольший прогиб одного витка S'3=1,708 (мм)
2.2 Рассчитываемые параметры пружины
Жесткость пружины:
(25)
.
Число рабочих витков пружины:
, (26),
При полутора нерабочих витках полное число витков:
(27), .
Средний диаметр пружины:
(28),
Предварительная деформация пружины:
(29),
Рабочая деформация пружины:
тяговой электромагнит винтовая пружина
(30),
Максимальная деформация пружины:
, (31),
Длина пружины при максимальной деформации:
, (32)
.
Длина пружины в свободном состоянии:
(33)
Длина пружины при предварительной деформации:
(34)
.
Длина пружины при рабочей деформации:
, (35)
Шаг пружины в свободном состоянии:
(36)
Внутренний диаметр пружины:
(37)
(мм).
3. Расчёт источника питания
3.1 Расчёт выпрямителя
Исходные данные для расчёта:
Номинальное выпрямленное напряжение на нагрузке .
Максимальный ток нагрузки .
Мощность .
Относительное повышение напряжения сет .
Частота тока сети .
Коэффициент пульсации. Для питания электромагнитов .
Рисунок 4 - Схема блока питания
1. Определим предварительные значения параметров B и D:
Таблица 3.1
|
m |
B |
D |
|
|
1 |
0,95 - 1,1 |
2,05 - 2,1 |
|
|
2 |
0,85 - 1,1 |
2,1 - 2,2 |
Для однофазной мостовой схемы m = 2
Примем B = 1; D = 2,1;
2. Максимальное значение выпрямленного напряжения и обратное напряжение:
, (38)
,
, (39)
,
3. Среднее и действующее значение тока диода:
, (40)
,
, (41)
.
4. Мощность трансформатора:
, (42)
.
5. Выбираем диоды из условия, что:
,
Выбираем выпрямительный диод 2Д238ВС со следующими характеристиками [4]:
;
;
.
6. Сопротивление диода в прямом направлении и обмотки трансформатора:
, (43)
, (44)
7. Активное сопротивление фазы:
, (45)
.
8. Определяем параметры B, D, F:
, (46)
По графикам зависимости [1] определяем параметры B, F, D:
B = 0,92;
F =7;
D = 2,5;
H = 250;
9. Находим значенияU2, I2, I1, Sтр, Uобр, Iпрср, Iпр, Iпрmax
, (47)
,
, (48)
,
, (49)
, (50)
,
10. Найдём мощность трансформатора:
(51)
Выбранный диод (2Д238ВС) проходит по параметрам Uобри Iпр.
11. Строим внешнюю характеристику выпрямителя , умножая ординаты кривой на и её абсциссы на:
Рисунок 5 - Внешняя характеристика выпрямителя.
12. Напряжение холостого хода, максимальное выпрямленное напряжение, ток короткого замыкания и внутреннее сопротивления выпрямителя:
, (52)
,
(53)
,
, (54)
,
, (55)
13. Ёмкость конденсатора в мкФ
, (56)
3.2 Расчёт трансформатора
Выбираем трансформатор с кольцевым сердечником (тороидальный). Он имеет некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов. Данный трансформатор используется при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объёма является первостепенным.
Рисунок 6 - Конструкция магнитопровода кольцевого ленточного трансформатора.
1. Размеры магнитопровода выбранной конструкции
, (57)
где:
сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;
площадь окна в магнитопроводе;
магнитная индукция [1, таблица 2];
плотность тока [1, таблица 3];
коэффициент заполнения окна [1, таблица 4];
коэффициент заполнения магнитопровода сталью [1, таблица 5];
По таблицам определяем значения необходимых параметров:
;
;
В соответствии с найденной величиной выбираем магнитопровод ОЛ50/80-25 с параметрами [3, таблица 4.25]: и .
2. Определяем диаметр проводов в каждой обмотке без учёта толщины изоляции
, (58), ,
3. Определяем число витков в обмотках трансформатора
, (59)
Заключение
В ходе выполнения данного курсового проекта был разработан электромагнит, выполнены расчёты его основных характеристик и параметров, а также параметров источника питания и пружины сжатия. В процессе работы была определена марка провода обмотки, выбрана пружина сжатия, выпрямительные диоды, конденсатор, магнитопровод и конструкция трансформатора. Был выполнен сборочный чертёж электромагнита, чертежи его отдельных деталей.
Для выполнения графической части были использованы САПР. Все необходимые расчёты приведены в пояснительной записке.
Список использованных источников
1. Короткий Г.П. Методические указания по выполнению курсового проекта: дисциплина - "Технические средства автоматизации". [Текст] / Г.П. Короткий. - Орел.: ОГТУ, 2009.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х томах. Т.3. [Текст] / В.И. Анурьев. - 8-е издание переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 2001.
3. Сидоров И.Н. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники: Справочник. [Текст] / И.Н. Сидоров, А.А. Христинин, С.В. Скорняков/ - М.: Радио и связь, 1989.
4. QRZ.ru Справочник по полупроводниковым диодам (Заголовок с экрана). [Электронный ресурс] URL: http://www.qrz.ru/reference/kozak/diodes/dih00. shtml (дата обращения: 09.04.2014).
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчёт электромагнита электрического аппарата. Выбор его параметров и безразмерных коэффициентов. Конструктивные параметры магнитопровода. Разработка конструкции электромагнита. Определение основных параметров, теплового режима и весовых показателей.
реферат [1,6 M], добавлен 04.09.2012Расчет слаботочных контактов и электромагнита. Определение основных размеров и параметров электромагнита, магнитопровода и катушки. Вычисление и приведение действующих сил. Расчет параметров пружин. Согласование тяговой и механической характеристик.
курсовая работа [121,3 K], добавлен 04.09.2012Выбор исполнения трансформатора и типа магнитопровода, его индукции, плотности тока в обмотках. Определение токов, сечений стержня и ярма магнитопровода, числа витков. Укладка обмотки на стержнях. Напряжение на зажимах вторичной обмотки при нагрузке.
контрольная работа [93,9 K], добавлен 23.11.2010Определение 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.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 14.12.2014Определение тягового усилия электромагнита. Расчет неразветвленной магнитной цепи. Вычисление тока в катушке, необходимого для создания заданного магнитного потока в воздушном зазоре магнитной цепи. Определение индуктивности катушки электромагнита.
презентация [716,0 K], добавлен 22.09.2013Расчёт трансформатора и параметров интегрального стабилизатора напряжения. Принципиальная электрическая схема блока питания. Расчет параметров неуправляемого выпрямителя и сглаживающего фильтра. Подбор выпрямительных диодов, выбор размеров магнитопровода.
курсовая работа [151,6 K], добавлен 14.12.2013Технико-экономическое обоснование оптимального варианта масляного трансформатора. Построение и расчёт сечения стержня магнитопровода, напряжения витков. Выбор типа и параметров обмоток. Тепловой и динамический расчёт. Выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [478,8 K], добавлен 08.09.2014Расчет магнитных проводимостей, потоков и падений напряжения на участках электромагнита при начальном, среднем и конечном положении якоря. Определение повышения установившейся температуры обмотки электромагнита над температурой окружающего воздуха.
курсовая работа [741,0 K], добавлен 28.03.2015Расчёт выпрямителя, трансформатора и элементов фильтра. Проверка условия размещения обмоток в окне магнитопроводе и реальных величин потерь напряжения во всех обмотках. Выбор типа магнитопровода и проверка его на соответствии величин холостого тока.
курсовая работа [330,6 K], добавлен 15.12.2014Проект масляного трансформатора с обмотками из алюминиевого провода и плоской трёхстержневой магнитной системой. Расчёт основных размеров, выбор изоляционных промежутков, диаметра стержня и высоты обмоток. Определение параметров КЗ; тепловой расчёт.
курсовая работа [490,6 K], добавлен 16.06.2014
