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 d, 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 (Н _я и Н _с), соответствующие полученным значениям В _я и В _с. 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 = m₀ Н ₀. 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 k ₃.

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
k 3	0,5	0,55	0,62	0,65	0,67

Средняя длина витка катушки

м; ,

где r - электрическое удельное сопротивление меди для катушки в нагретом состоянии; при r₀ = 0,0175 для J = + 75⁰С;

a - температурный коэффициент меди (a = 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 k ₃ 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, k ₃, l _сред.

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 F _к равно:

,

где a - коэффициент теплоотдачи:

a» 0,08 ¸ 0,25 вт / дм² × ⁰С 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,

a = 0,1 – 0,15 вт / дм² × ⁰С.

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;

R ₀ – то же для воздушного зазора.

Для стали

; .

Для определения этого слагаемого находят Н _с, так как длина l _с 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 Н _с.

Для выбранных значений индукций подсчитывают также величину ФR ₀ = 0,8 В d.

Складывая полученные величины ФR _с и ФR ₀, 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.

Дата добавления: 2014-01-07