Расчёт электромагнита постоянного тока - Реферат

Проект электромагнита электрического аппарата выполняется в объеме технического проекта с разработкой эскиза конструкции электромагнита, расчета основных его элементов и технических показателей. Электромагнитные устройства входят в состав значительной части коммутационных аппаратов (особенно низкого напряжения), реле, устройств дистанционного управления, тормозных и подъемных устройств. Предлагаемая для использования в курсовом проекте методика расчета ЭМ основывается на использовании упрощенных расчетных формул, обеспечивающих приемлемую точность за счет применения установленных экспериментально ряда корректирующих и конструктивных коэффициентов. Конструкция ЭМ в основном определяется требованием создания необходимой электромагнитной силы при определенных условиях нагрева и охлаждения катушки, т.е. зависит от размеров магнитопровода, наличия рабочих и нерабочих зазоров, размеров и обмоточных данных катушки. При температуре окружающей среды ?ос= 350С допустимая температура катушки: В соответствии с принятыми значениями и находим коэффициент теплопередачи с наружной поверхности катушки: Определяем удельное сопротивление нагретой катушки: , где - удельное сопротивление медного провода при 0 0С; - температурный коэффициент, тогда: Коэффициент теплообмена с внутренней поверхности катушки: , где - коэффициент, учитывающий теплообмен между внутренней поверхностью катушки и сердечником и зависит от исполнения катушки, тогда получаем: На основании опыта проектирования, принимаем значения безразмерных коэффициентов с учетом наличия на сердечнике полюсного наконечника по таблице 3.1 {1} рис.Приближенное значение индукции в воздушном зазоре для поворотного электромагнита можно получить, используя безразмерные конструктивные коэффициенты в виде: , где - постоянная величина для поворотного электромагнита и: Тогда значение индукции в воздушном зазоре: В связи с наличием полюсного наконечника происходит “выпучивание” магнитного потока в зазоре (силовые линии поля исходят не только из горизонтальной плоскости полюсного наконечника, но и из его боковых сторон). Значение коэффициента “выпучивания”, учитывающего это явление для ЭМ, определяется по формуле: , где - некоторый текущий параметр, тогда коэффициент “выпучивания”: Определяющий размер ядра электромагнитного элемента (диаметр сердечника) можно найти из зависимости: Т.к. совместное решение громоздко, то используется графоаналитический метод: , Задаемся произвольными значениями и посчитанные результаты сводим в таблицу 2.Определим основные параметры ядра электромагнита: а) габариты ядра электромагнита: - ширина катушки диаметр полюсного наконечника б) предварительные параметры катушки: - необходимая МДС для поворотного электромагнита, : , где Найдем необходимую МДС:-сечение провода обмотки (расчетное), см2:-диаметр провода (расчетный), см: Найдем диаметр провода: Выбираем ближайший размер провода марки ПЭЛ (приложение 4 {1}), а именно: диаметр по меди (фактический): 0,35 мм; диаметр по изоляции (фактический): ; число витков для поворотного электромагнита: Результаты предварительного расчета сводим в таблицу 3.2.1 Разработка рабочего эскиза электромагнитаВ процессе эскизной проработки проекта уточняются геометрические размеры магнитопровода и катушки с учетом округления до конструктивных размеров и использования существующих сортаментов на материалы. Учитывая имеющийся опыт проектирования электромагнитных устройств:-уточним размеры , исходя из соображения округления полученного ранее размера до конструктивного размера или имеющегося сортамента материала увеличим на 9-10%,см:-принимаем конструктивно размеры высоты полюсного наконечника и расстояние от скобы магнитопровода до катушки (или между двумя катушками) , которое определяется удобством замены катушки, но не менее 5?10 мм:-уточним размеры катушки: , высоту катушки: , где - толщина изоляции шайбы, примем , ширину намотки: , ширину катушки: , где см, см, - принимаем конструктивно в соответствии с выбором способа изоляции и толщиной корпуса катушки (1,5?2,5 мм).Ширина магнитопровода (якоря) не должна значительно превышать наружный диаметр катушек: где , Сечение скобы магнитопровода электромагнита во избежание насыщения не должно быть меньше сечения сердечника, см2: Толщина скобы магнитопровода, см: Сечение якоря магнитопровода может быть принято несколько меньше эквивалентного сечения основного зазора, см2: где - эквивалентное сечение полюсного наконечника, см. Толщина якоря е определяется, см: По эскизу находим длины: якоря lяк =16; ярма lяр=28 Уточним размеры зазоров в местах неразрывных деталей отдельных участков магнитопровода, т.е. нерабочих зазоров в месте сочленения полюсного наконечника и сердечника, сердечника и скобы. Принимаем воздушные зазоры: Величина среднего зазора, для прямоходовых систем Результаты расчета конструктивных параметров, проектируемого электромагнита, сводим в таблицу 4.Тогда проводимость основного воздушного зазора: Определим проводимость нерабочих воздушных зазоров, Гн: , где величина нер

Содержание

Введение

1. Предварительный расчет электромагнита

1.1 Выбор параметров и безразмерных коэффициентов

1.2 Расчет ядра электромагнита

1.3 Основные параметры ядра электромагнита

2. Разработка конструкции электромагнита

2.1 Разработка рабочего эскиза

2.2 Уточнение размеров электромагнита

2.3 Определение конструктивных параметров магнитопровода

3. Проектный расчет основных параметров электромагнита

3.1 Расчет основных параметров электромагнита

3.2 Определение проектных параметров катушки

3.3 Расчет теплового режима

3.4 Определение весовых показателей электромагнита

Заключение

Список используемой литературы

Целью разработки курсового проекта является практическое применение студентами теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины “Электрические и электронные аппараты” путем решения конкретных инженерных задач, и приобретение ими навыков в проектировании основных элементов электрических и электронных аппаратов.

Проект электромагнита электрического аппарата выполняется в объеме технического проекта с разработкой эскиза конструкции электромагнита, расчета основных его элементов и технических показателей.

Электромагнитные устройства входят в состав значительной части коммутационных аппаратов (особенно низкого напряжения), реле, устройств дистанционного управления, тормозных и подъемных устройств. Предлагаемая для использования в курсовом проекте методика расчета ЭМ основывается на использовании упрощенных расчетных формул, обеспечивающих приемлемую точность за счет применения установленных экспериментально ряда корректирующих и конструктивных коэффициентов.

Конструкция ЭМ в основном определяется требованием создания необходимой электромагнитной силы при определенных условиях нагрева и охлаждения катушки, т.е. зависит от размеров магнитопровода, наличия рабочих и нерабочих зазоров, размеров и обмоточных данных катушки. Остальные элементы конструкции в меньшей степени влияют на работу ЭМ. Поэтому целесообразно ввести некоторые характерные для принятой методики расчета понятия: - ядро ЭМ - часть ЭМ, состоящая из втягивающей катушки, участка магнитопровода, охватываемого ею, и полюсного наконечника;

-определяющий размер ядра ЭМ - диаметр сердечника ЭМ dc;

-расчет ядра ЭМ - определение размера ядра и обмоточных данных катушки.

В процессе разработки проекта необходимо выполнить следующий объем расчетов: 1) определить основные размеры электромагнита;

2) рассчитать обмоточные данные катушки;

3) разработать чертеж электромагнита;

4) определить максимальную температуру по сечению катушки электромагнита;

5) оценить потребляемую ЭМ мощность в рабочем режиме, вес электромагнита.

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта Тип электромагнита Критический зазор ?0, см Критическая сила F0, кг Напряжение сети, В

15 прямоходовой 0,8 4,5 110 страхование полис осаго

1. Предварительный расчет ядра электромагнита.

1.1 Выбор параметров и безразмерных коэффициентов.

Задаемся некоторыми параметрами и безразмерными коэффициентами предварительного расчета, при этом класс изоляции А и допустимое превышение температуры катушки относительно окружающей среды выбираем из приложения 2 {1}: Принимаем

При температуре окружающей среды ?ос= 350С допустимая температура катушки:

В соответствии с принятыми значениями и находим коэффициент теплопередачи с наружной поверхности катушки:

Определяем удельное сопротивление нагретой катушки: , где - удельное сопротивление медного провода при 0 0С; - температурный коэффициент, тогда: Коэффициент теплообмена с внутренней поверхности катушки: , где - коэффициент, учитывающий теплообмен между внутренней поверхностью катушки и сердечником и зависит от исполнения катушки, тогда получаем: На основании опыта проектирования, принимаем значения безразмерных коэффициентов с учетом наличия на сердечнике полюсного наконечника по таблице 3.1 {1} рис. 1, где:

Принимаем тогда .

Принимаем предварительное заполнение окна катушки металлом провода: , где - сечение провода и обмотки,см2; - число витков обмотки; и - высота и ширина катушки (рис.1); f в зависимости от марки провода и способа укладки проводов. Принимаем коэффициент .

Задаемся возможным снижением напряжения в сети ; а также значением магнитного потенциала в стали и в нерабочих зазорах (снижение МДС). В рационально построенных конструкциях падение МДС в стали магнитопровода составляет 10?20%, а в нерабочих воздушных зазорах 5?10% от величины полной МДС катушки : , где - МДС, приходящаяся на основной рабочий зазор.

Принимаем .