Расчет основных размеров сердечника и катушки электромагнита переменного тока

 

Чтобы обеспечить надежность работы электромагнита критическая электромагнитная сила должна немного превышать соответствующую этому зазору противодействующую силу, т.е.  Исходя из опыта проектирования и эксплуатации электромагнитов, значение коэффициента запаса k для наиболее неблагоприятных условий эксплуатации пускателей рекомендуется принимать k = 1,3.

Требования, которые предъявляются к электромагнитам в различных областях техники, привели к образованию большого разнообразия конструктивных форм и исполнений электромагнитов.

Имеется метод выбора оптимальной конструктивной формы по геометрическому показателю, основанный на ряде выполненных расчетов и экспериментов по электромагнитам различных конструктивных форм.

Геометрический показатель для электромагнитов переменного тока определяется по формуле:

Каждой конструктивной форме электромагнита, спроектированного оптимально по экономичности в отношении массы, соответствует определенный диапазон Г, при котором удельный расход материала является наименьшим. Для электромагнитов переменного тока при Г=300 25000 , целесообразно принимать электромагнит – шихтованный из штампованных пластин с прямоходовым Ш-образным якорем и броневой.

Для изготовления магнитопроводов применяют магнитомягкие низкоуглеродистые материалы. Для аппаратов переменного тока почти исключительно – кремнистые электротехнические стали. Принимаем магнитопровод выполненный из холоднокатаной листовой электротехнической стали марки Э310 толщиной 0,5 мм.

При предварительном расчете размеров сердечника магнитопровода величину индукции в рабочем воздушном зазоре при отпущенном якоре ориентировочно выбираем по величине геометрического показателя. Принима Bδ = 0.1Тл.

Для расчета площади используется уравнение электромагнитной силы Максвелла. Для электромагнитов переменного тока площадь сечения:

Оптимальное соотношение сторон прямоугольного сечения сердечника для шихтованных магнитопроводов a/b=1. Тогда:

где k_З.СТ. – коэффициент заполнения сечения пакета сталью, учитывающий изоляционные слои окалины и лака; для листов толщиной 0,5 мм k_З.СТ. = 0,95.Получаем размеры сердечника равные a = b = 37 мм.

Определяем размеры катушки. Высота обмотки:

где  – безразмерный коэффициент,  = 0,5 0,8.

Длина обмотки:

где  – безразмерный коэффициент,  = 1,5 3.

Изоляционный зазор:

где  = 0,2 0,5 – отношение изоляционного зазора к главному размеру.

Ширина крайних полюсов:

где U = 0,55 0,65 – отношение ширины бокового полюса к ширине главного полюса.

Ширина окна:

Высота окна:

Принимаем из прототипа отношение Н1:Н2 = 1:2, тогда:

На рисунке 8 изображен эскиз электромагнита в соответствии с полученными результатами расчета.

Рисунок 8 – Эскиз электромагнита, мм

 

Расчет катушки

 

Для аппаратов переменного тока число витков катушки можно определить исходя из условия удержания:

где Е – электродвижущая сила катушки, в первом приближении можно принять Е=U;

Фm – поток при притянутом якоре.

где  – площадь стали.

 - допустимая индукция в стали,  = 1,8 Тл, для выбранной стали рассчитанного сечения.

Намагничивающая сила катушки:

где Gm – суммарная проводимость магнитной цепи (2,4

Рассчитываем геометрические размеры катушки. В данном электрическом аппарате применяется каркасное исполнение катушки.

С целью уменьшения расхода активных материалов окно должно быть заполнено практически полностью с необходимыми зазорами. Принимаем Δ =1 мм.

Рисунок 9 – Эскиз катушки

Δ_К – толщина каркаса, принимается конструктивно в пределах (1 5) мм, принимаем опираясь на прототип Δ_К = 2 мм.

Длина намотки:

Длина катушки:

Высота катушки:

Высота намотки:

Средняя длина витка:

где К = a +

Предварительно принимаем коэффициент заполнения обмотки Кm = 0,7, коэффициент укладки при рядовой намотке принимаем Ку = 0,9.

Определяем число витков в первом приближении:

Диаметр изолированного провода без учета прокладки между рядами:

Тогда диаметр неизолированного проводника:

где  – толщина прокладки, принимаем равной 0,04 мм.

Для провода ПЭТВ принимаем ближайший меньший диаметр изолированного провода 1,6  мм, d=1,6 мм, сечение выбранного провода g = 2,01 мм². Сопротивление обмотки при установившейся температуре:

где – удельное электрическое сопротивление меди при 75^оС.

Ток в обмотке:

ЭДС обмотки:

По величине Е определяем число витков (второе приближение) и проверяем выполнение условия:

 

Условие выполняется.