Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл Электромагниты.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

Электромагниты.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Электромагниты (ЭМ)
Конструктивное исполнение

- ЭМ клапанного типа;

- ЭМ с втягивающимся якорем (соленоидного типа, прямоходовой ЭМ втяжной ЭМ);

- с поперечно движущемся якорем;

- ЭМ с поворотным якорем.
Характеристики

- клапанные ЭМ обладают большим усилием, хорошей чувствительностью;

- большим ходом якоря и быстродействием обладают втяжные ЭМ;

- тяговую характеристику любой формы обладают ЭМ с поперечно движущимися и поворотными якорями при соответствующем выборе профиля последних.

Ток в обмотке ЭМ постоянного тока, ток нарастает по экспоненциальному закону.

Тяговая или электромеханическая характеристика ЭМ ^ Qт ().

Статическая Qт расположена выше других, ей соответствует максимальная сила электромагнитного притяжения. Кривая 1 расчетная, кривая 2 экспериментальная. Расхождение объясняется тем, что длина зазора на практике не равна нулю, во-вторых, ферромагнитный участок магнитопровода ЭМ имеет конечное магнитное сопротивление. Поэтому различие кривых 1 и 2 тем больше, чем меньше , и вследствие конечного значения магнитного потока при  = 0 не бесконечно и тяговое усилие.

Между статической и предельной динамической тяговыми характеристиками при одном и том же напряжении лежит множество динамических тяговых характеристик (см. рис.).

Вид статических ^ Qт () зависит от исполнения магнитных систем. Схемы А и Б дают представление об ЭМ с втягивающим якорем. В и Г – об ЭМ клапанного типа и с поворотным якорем, Е – об ЭМ без магнитопровода (соленоида). В системах Д и Е при выходе якоря из симметричного относительно центра положения тяговое усилие изменяет знак.
Динамика электромагнита

Под инерционностью ЭМ понимают запаздывание якоря по сравнению с изменениями входного напряжения. Она определяется отставанием тока в обмотке от изменения приложенного к ней напряжения и механической инерции якоря.

Динамические свойства ЭМ характеризуется tсрб и tотп





- с началом движения якоря ток перестает нарастать по экспоненте и начинает падать до окончания движения якоря, L стремится к max значению.

Параметры tсрб и tотп можно увеличивать или уменьшать конструктивными и схемными способами.

Для получения быстродействующих ЭМ или ЭМ замедленного действия применяют следующие конструктивные способы:

- чтобы снизить tсрб и tотп – уменьшение вихревых токов в магнитопроводе и хода якоря; выбор достаточно большого коэффициента запаса Кз, оптимизацию размеров обмотки;

- для увеличения tсрб и tотп – электромагнитные, механические, пневматические и гидравлические демпферы, присоединяемые к якорю. Этими средствами можно снизить эти два параметра до нескольких миллисекунд и увеличить их до десятков секунд.

Электромагнитные демпферы выполняют в виде конструктивных элементов из электропроводящего материала, помещенных в магнитное поле.

На рисунке показаны некоторые схемные способы увеличения tсрб (а – е); уменьшения tсрб (ж – и); увеличения tотп за счет большего (к – н).
^ Способы устранения вибрации якоря ЭМ переменного тока
Постоянная составляющая тягового усилия ЭМ переменного тока в два раза меньше тягового усилия ЭМ постоянного тока. Значит, в общем случае ЭМ постоянного тока при прочих равных условиях развивает большую силу притяжения, чем ЭМ переменного тока.

Если на постоянном токе , то на переменном токе , ибо от  зависит индуктивность ^ L. Этим и объясняется различие статических тяговых характеристик ЭМ постоянного и переменного тока.

Если тяговая характеристика 1 ЭМ постоянного тока из-за постоянства числителя круто поднимается с уменьшением  - , то тяговая характеристика 2 на переменном токе более полагая, ибо здесь уменьшается и числитель из-за роста индуктивности обмотки.

Как видно из рисунка форма тяговой характеристики ЭМ переменного тока зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивлений цепи его обмотки.

В моменты времени тяговое усилие Qт обращается в нуль, что приводит к вибрации якоря.

Одно из эффективных средств против вибрации якоря – уменьшение пульсаций тягового усилия с помощью магнитных экранов (к.з. витки), охватывающих часть сечения сердечника.

Создаваемые при этом магнитные потоки сдвинуты по фазе на угол . При этом создаваемые ими тяговые усилия сдвинуты на угол 2 и значит обращаются в нуль неодновременно. Отсюда следует, что результирующее тяговое усилие в любой момент времени отлично от нуля.
^ Обмотки электромагнитов
Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы с одной стороны, обеспечить требуемую м.д.с, а с другой – чтобы ее max температура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

Различают обмотки напряжения и обмотки тока в зависимости от способа включения:

- в первом случае напряжение, приложенное к обмотке, постоянно по своему действующему значению;

- во втором – сопротивление обмотки намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.
Расчет обмотки электромагнита постоянного тока
Катушка может быть каркасной и бескаркасной. Обмотка выполняется изолированным приводом, которой наматывается на каркас.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение ^ U и МДС. Сечение обмоточного провода q находим, исходя из потребляемой МДС.

откуда

,

где  - удельное сопротивление; - средняя длина витка; - сопротивление.

Если при неизменном U и lср требуется увеличить м.д.с., то необходимо взять провод большего сечения. Ток в обмотке возрастает. При этом обмотка будет иметь меньшее число витков увеличенного сечения.

По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится ближайший стандартный диаметр провода. Мощность, выделяемая в обмотке в виде тепла

.

Число витков обмотки при заданном сечении катушки ^ Qоб определяется коэффициент заполнения по меди fм

,

где Qоб – сечение обмотки по меди; wq – площадь, занимаемая медью обмотки.

Число витков .

Тогда .

Таким образом, мощность ^ Р, потребляемая обмоткой, прямо пропорциональна квадрату МДС и обратно пропорциональна коэффициенту заполнения fм и площадь окна Qоб.

Намотка бывает (рядовая и навалом). При намотке «навалом» число витков при том же окне уменьшается по сравнению с рядовой, ток пропорционально увеличится, а МДС обмотки остается без изменения. Мощность, потребляемая обмоткой при намотке «навалом» увеличивается, поскольку уменьшается коэффициент fм.

При изменении напряжения и неизменном окне должно иметь место равенство U1q1 = U2q2, так как  и lср остаются неизменными. При этом МДС не меняется. Поскольку при переходе с одного напряжения на другое изменяется диаметр провода (а, следовательно, толщине изоляции), коэффициент fм также изменится, тогда

.

Если U1 < U2, то при переходе с U1 на U2 диаметр провода уменьшится. При меньшем диаметре провода из-за возросшей относительной толщины изоляции коэффициент заполнения уменьшится. Следовательно, при переходе на более высокое напряжение мощность, потребляемая обмоткой, увеличивается, что вызывает увеличение температуры обмотки.

Если не было запаса по температуре нагрева, то это потребует сни-жения силы, развиваемой магнитом. Провод (тип ПЭВ1, ПЭВ2) Тmax = 1050C, если на каждую единицу выделяемой мощности будет приходиться определенная боковая поверхность ( - удельная охлаждающая боковая поверхность). Размер этой поверхности зависит от геометрии обмотки.


при , 0 = 8  10-4 м2 / Вт

l – длина обмотки

при , 0 = 10  10-4 м2 / Вт

D – внешний диаметр обмотки

при , 0 = 12  10-4 м2 / Вт





Если в результате расчета снижается, что  < 0, то температура обмотки будет выше допустимой

.

Если при требуемой МДС , то необходимо либо уменьшить МДС обмотки, либо увеличить площадь окна Qоб.

После ориентировочной оценки нагрева обмотки необходимо определить max температуру внутри обмотки по формуле

,

где I0, R0 – ток и сопротивление до включения при tокр. среды;

Sэкв – эквивалентная поверхность охлаждения, ;

(для контактора и реле = ток бескаркасных 2 = 0, 1 = 0,9, намеченных на стальную гильзу 2 = 0, 1 = 1,7; намотанных на магнитопровод 2 = 0, 1 = 2,4);

Кт – коэффициент теплоотдачи;

R – температурой коэффициента сопротивления.

Число витков обмотки находим из выражения

.

Сечение провода выбирается из рекомендуемой плотности тока равной 2-4 А / мм2 для продолжительного режима, и 5-12 А / мм2 – для ПКР; 13-30 А / мм2 – для кратковременного режима.

,

где d – диаметр провода.

Зная Qоб можно определить среднюю длину витка сопротивления обмотки и потери в ней.
Расчет обмотки электромагнита  тока
Исходными данными для расчета обмотки напряжения является амплитуды МДС, магнитный поток ^ Ф и напряжение сети U

,

где U и I – действующие значения напряжения и тока.

В начале расчета R = 0, тогда число витков в обмотке

,

, тогда

.

Сечение провода определяется задавшись плотностью тока. Выбрав стандартный диаметр и способ укладки находим коэффициент заполнения fм и площадь окна обмотки Qоб

.

После этого определяем среднюю длину витка lср и активное сопротивление обмотки

.

После расчета R проверяется обмотка на нагрев. Расчет ведется так же, как и для обмотки = тока.

Особенностью является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод выделяемого в обмотке тепла через сердечник затрудняется, и точка с max температурой лежит внутри радиуса обмотки. Для улучшения охлаждения стремиться увеличить поверхность торцов катушки при уменьшения ее длины.

Если полное сопротивление обмотки электромагнита при любом рабочем зазоре значительно меньше полного сопротивления цепи, то ток в обмотке не зависит от положения якоря. Расчет таких обмоток ведется так же, как и для обмоток постоянного тока.

Полное падение напряжения на обмотке электромагнита

.

Если питание обмотки осуществляется от источника с напряжением отличным от номинального и сила тяги должна остаться той же, то обмоточные данные должны быть соответственно изменены.

При этом должны быть соблюдены соотношения

, , .

Полная мощность обмотки при переходе с одного напряжения на другое при соблюдении указанных соотношений не изменяется, так как .
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 , 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 = 0Н0. 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  - электрическое удельное сопротивление меди для катушки в нагретом состоянии; при 0 = 0,0175 для  = + 750С;

 - температурный коэффициент меди ( = 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  - коэффициент теплоотдачи:

  0,08  0,25 вт / дм20С 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,

 = 0,1 – 0,15 вт / дм20С.

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 = 0,8В.

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.
Порядок расчета катушки электромагнитного аппарата при переменном токе
А. Конструктивный расчет. Заданы: напряжение сети, усилие притяжения якоря электромагнита, размеры магнитопровода.

1. Так как , то ; .

2. ; в; следовательно, , откуда определяют число потокосцеплений Фw:

.

3. Тогда число витков катушки равно:

.

4. По кривой намагничения для переменного тока (кривая 2 на рис. 9-5, б для листовой стали) определяют удельную н.с. по стали Iwс, причем кривые строятся непосредственно в действующих значениях аw.

5. Полная н.с. , где . Здесь В – максимальное значение индукции; В - действующее значение.

6. Ток катушки .

7. Сечение обмоточного провода ; по стандартному значению q определяется диаметр провода.

8. Определяются размеры катушки (радиальный и осевой) и средний диаметр витка.

9. Активное сопротивление катушки .

10. Падение напряжения в активном сопротивлении

.

11. Поправка на число витков, вводимая для того, чтобы учесть приближенное их определение в п. 3,

;

.

Б. Поверочный расчет. Заданы: напряжение сети, размеры магнитной системы, обмоточные данные и размеры катушки.

1. Магнитный поток определяется сначала приближенно по формуле

в,

откуда

.

Это значение магнитного потока соответствует определенной величине индукции В.

2. Намагничивающая сила

.

Вычисляя последовательно оба слагаемых, определяют н.с. ^ Iw; для этого находят Iwс, пользуясь кривой намагничивания для переменного тока по полученной величине В; затем умножают полученную величину на известную из размеров магнитопровода длину средней силовой линии по стали lс; далее, определяют н.с. в рабочем зазоре , равную 0,8В.

3. определяют величину питающего тока:



и проверяют величину плотности тока: .

4. Находят активное сопротивление катушки:

.

5. Вычисляют падение напряжения в активном сопротивлении:

.

6. Вводят поправку на величину магнитного потока:

; .

7. По найденной величине магнитного потока с учетом поправки производят проверку величины электромагнитного усилия:

.

8. Перерасчет катушки электромагнита на различные напряжения питающей сети.

При неизменной мощности электромагнитного аппарата

; ; ,

где I, q, U, w – ток, сечение обмоточного провода, напряжение сети и число витков катушки до перерасчета;

I, q, U, w – то же после перерасчета.

Если магнитная индукция выражена в в  сек / см2, то

а / см.

В практических расчетах магнитная индукция обычно выражается в гауссах, и так как 1 гс = 10-8 в  сек / см2, то Н0 = 0,8 В а / см.

Тогда н.с., необходимая для проведения магнитного потока через ферромагнитные участки магнитопровода и воздушный зазор, равна:

.

2. По заданным размерам магнитопровода определяют размеры катушки.





а

б

Рис. 9-5. а – иллюстрация к расчету катушки аппарата; б – кривые намагничивания для стали; 1 – стальное литье; 2 – листовая сталь
Ниже приводятся формулы для определения наиболее важных ее параметров.

Внутренний диаметр катушки d1 = d + 21. Наружный диаметр катушки d1 зависит от размера окна магнитопровода и ограничивается в пределах , так как в противном случае значительно растут потоки рассеяния.

Обычно выбирают

.

Следовательно, пересчитывают число витков катушки, изменяющееся пропорционально изменению напряжения, и находят требуемое сечение провода, изменяющееся пропорционально изменению тока в катушке.


Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации