Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию. 6 страница

Во втором – сопротивле­ние обмотки электромаг­нита во много раз меньше сопротивления осталь­ной части цепи.

а) Расчет обмотки электромагнита постоян­ного тока. Эскиз обмотки представлен на рис. 3.4. Заданы напряжение U и н.с. Iw . Требуется рассчитать и спроектировать катуш­ку. Сечение провода q находим исходя из требуемой н.с.

 ,                          (3.39)

или

 ,

где  – удельное сопротивление; l_ср – средняя длина витка; R – сопротивление обмотки, равное .

Из уравнения следует, что при неизменной средней длине витка и заданном  н.с. определяется произведением Uq . Если при неизменном напряжении и средней длине витка требуется увеличить н.с., то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число витков.

 

 

Рис. 3.4. Электромагнит с обмоткой

После определения сечения провода с помощью таб­лиц сортаментов находится ближайший стандартный диаметр провода.

Если выполнить обмотку проводом данного диамет­ра, то н. с. обмотки не будет зависеть от способа укладки провода. При «дикой» (нерядовой) обмотке число витков при том же окне уменьшится по сравнению с рядовой, величина тока пропорционально увеличится, а н.с. катушки останется без изменения.

Мощность, потребляемая катушкой, при дикой обмотке увеличится, поскольку уменьшится коэффициент заполнения .

При изменении питающего напряжения и сохранении размера окна обмотки должно иметь место равенство  так как  и  остаются неизменны. При этом н.с. обмотки останется без изменения. Поскольку при переходе с одного напряжения на другое изменяется диаметр провода (а следователь­но, и толщина изоляции), коэффициент заполнения об­мотки  также меняется. Можно получить:

.

Если , то при переходе с напряжения  на  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 катушкой, увели­чивается.

Для ориентировочной оценки нагрева катушки мож­но пользоваться следующими рекомендациями. Опыт­ным путем установлено, что в катушке на изоляцион­ном каркасе, выполненной проводом ПЭЛ, максималь­ная температура не превысит 105 °С, если на каждый ватт выделяемой мощности будет приходиться опреде­ленная боковая поверхность (  – удельная охлаждающая боковая поверхность). Величина этой по­верхности зависит от геометрии катушки:

                                 (3.40)

где длина катушки; внешний диаметр.

Если после расчета окажется, что , то это значит, что температура обмотки будет выше допустимой.

Можно получить:

.                                     (3.41)

Если при требуемой н.с. мощность Р получается больше, чем , то необходимо либо уменьшить н.с. обмотки, либо увеличить площадь обмоточного окна Q_K .

После приближенной оценки теплового режима катушки необходимо определить максимальную темпера­туру внутри нее.

Для последовательной обмотки исходными ве­личинами для расчета являются н.с. ( Iw ) и ток це­пи I_Н. Число витков обмотки находится из выражения

 .                                    (3.42)

Сечение провода можно выбрать исходя из рекомен­дуемой плотности тока, равной 2 ÷ 4 а/мм² – для про­должительного режима работы, 5 ÷ 12 а/мм² – для пов­торно-кратковременного режима работы, 13 ÷ 30 а/мм² – для кратковременного режима работы. Эти величины можно увеличить примерно в 2 раза при сроке службы до 500 ч.

Окно, занимаемое рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода по изоляции.

б) Расчет обмотки электромагнитов переменного тока. Исходными данными для расчета параллельной катушки являются амплитуда н.с., амплитуда потока и напряжение. Напряжение сети уравновешивается ак­тивным и реактивным падением напряжения

.                          (3.43)

Поскольку величины тока и сопротивления могут быть рассчитаны только после определения числа вит­ков, то представленное выражение не позволяет сразу найти все параметры катушки. Задача решается методом последовательных приближений.

Так как активное падение напряжения значительно меньше неактивного, то в начале расчета можно поло­жить .

Тогда число витков обмотки равно: .

Так как при расчете w мы пренебрегаем активным падением напряжения, действительное число витков должно быть несколько меньше. Обычно берут

,                              (3.44)

.

Сечение провода обмотки определяют, задавшись плотностью тока. Выбрав стандартный диаметр и способ укладки, на­ходим коэффициент заполнения  и площадь окна ка­тушки:

.                                    (3.45)

После этого определяем среднюю длину витка  и активное сопротивление обмотки

 .                                  (3.46)

 Теперь производим проверку выбранных параметров: если напряжение сети в квадрате U²отличается от сум­мы (IR)²и  более чем на 10%, то необходи­мо варьировать число витков до тех пор, пока не полу­чим удовлетворительного совпадения.

После расчета активного сопротивления производит­ся проверка катушки на нагрев. Расчет ведется так же, как и для катушек постоянного тока. Характерной осо­бенностью здесь является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод теп­ла, выделяемого в самой катушке через сердечник, за­труднен. Поэтому точка с максимальной температурой лежит на внутреннем радиусе катушки. Из-за плохого охлаждения катушки через сердечник в катушке стре­мятся развивать поверхность торцов, через которые мо­жет отдаваться значительная часть тепла.

Если полное сопротивление обмотки электромагнита при любом рабочем зазоре значительно меньше полного сопротивления цепи (последовательная обмотка), то величина тока в обмотке электромагнита не зависит от положения якоря. Расчет таких обмоток ведется так же, как и последовательных обмоток постоянного тока. Закон изменения потока в рабочем зазоре такого электромагнита аналогичен закону в электромагните посто­янного тока, поскольку электромагнит работает при по­стоянной н.с. катушки.

.              (3.47)

Если электромагнит с параллельной катушкой пи­тается от источника с другим напряжением и сила тяги должна остаться той же, то обмоточные данные должны быть соответственно изменены. Величина н.с. и угол сдвига между током и напряжением при этом также считаются неизменными. Должны быть соблюдены следующие соотношения:

.           (3.48)

Полная мощность обмоток при переходе с одного напряжения на другое при соблюдении указанных усло­вий не изменяется, так как

.                             (3.49)

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшает­ся с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материала, при данном потоке магнитная проницаемость должна быть возможно выше. Это позволяет уменьшить н.с. катушки и мощность, необходи­мую для срабатывания электромагнита; уменьшаются размеры ка­тушки, обмоточного окна и всего электромагнита. Уменьшение н.с. катушки при прочих неизменных параметрах уменьшает температуру обмотки.

Вторым важным параметром материала является индукция на­сыщения. Сила, развиваемая электромагнитом, пропорциональна квадрату индукции. Поэтому чем больше величина допусти­мой индукции, тем больше величина развиваемой силы при тех же размерах.

После того как катушка электромагнита обесточивается, в систе­ме остается остаточный поток, который определяется коэрцитив­ной силой материала и проводимостью рабочего зазора. Остаточный поток может привести к залипанию якоря. Во избежание этого явле­ния требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой (малой шириной петли гистерезиса).

Существенными требованиями являются низкая стоимость мате­риала и его технологичность.

В электромагнитах переменного тока для компенсации активных потерь в стали приходится затрачивать дополнительную энергию. Это приводит к увеличению намагничивающего тока в ка­тушке аппарата. В связи с этим материалы, используемые для электромагнитов переменного тока, должны иметь малые потери на вих­ревые токи и гистерезис. Сердечники для таких электромагнитов делаются шихтованными, причем чем выше частота тока, тем меньше должна быть толщина листа. Пластины магнитопровода изготавливаются из листовой стали штамповкой. Для быстродействующих электромагнитов постоянного тока также применяются шихтованные сердечники, так как при этом уменьшаются вихревые токи, дающие замедление нарастания потока.

Наряду с указанными свойствами магнитные характеристики ма­териалов должны быть стабильны (не меняться от температуры, времени, механических ударов).

Магнитные системы с постоянными магнитами

Постоянные магниты – это тела, выполненные из специальных сплавов или изготовленные путем спекания частиц различных материалов, которые, будучи намагниченными, способны за счет запасенной магнитной энергии служить источником магнитного поля.

Важнейшей характеристикой материала посто­янного магнита является кривая размагничивания, представляющая собой часть предельной петли гис­терезиса B = f(H) этого материала, расположенная во втором квадранте осей В и Н.

Существуют и другие разновидности кривой раз­магничивания: B_M = f(H), где – индук­ция намагниченности М материала, и M = f(H).

 

 

Рис. 3.5. Предельные петли гистерезиса и кривые размагничи­вания B_M = f(H)

и B = f(H)для закритического (а)и докритического (б) материалов

 

Существующие магнитотвердые материалы под­разделяются на две группы: закритические и докритические.

У материалов первой группы «колено» левой, ниспадающей части петли гистерезиса лежит в тре­тьем квадранте, а ее участок в пределах второго квадранта прямолинеен (рис. 3.5, а). У материалов второй группы «колено» этой части петли гистере­зиса находится во втором квадранте, и ее участок в пределах второго квадранта имеет вид гиперболы (рис. 3.5, б).

Примерами закритических материалов служат магнитотвердые ферриты марок 6БИ240, 15БА300; материал марки К.С37 на основе интерметалличес­кого соединения «самарий-кобальт»; сплавы «не­одим-железо-бор». В группу докритических мате­риалов входят сплавы типа альнико и монокристал­лы из аналогичных материалов. Например, сплавы марки ЮН14ДК24, ЮНДК35Т5АА, ЮНДК40Т8.

Некоторые марки магнитотвердых ферритов от­носятся к критическим материалам (промежуточ­ным между закритическими и докритическими), у которых «колено» кривой размагничивания B = f ( H ) находится на границе второго и третьего квадрантов (марки 18БА220, 22БА220). Материал марки КСП37 на основе соединения самарий-ко­бальт можно отнести также к критическим.

Лекция №4

Энергетический баланс электромагнита
постоянного тока. Расчет силы тяги,
формула Максвелла. Сила тяги электромагнитов
переменного тока. Магнитный демпфер

СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

а) Энергетический баланс электромагнита постоянно­го тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1, а). После включения цепи напряжение источ­ника уравновешивается активным падением напряжения и э.д.с. самоиндукции:

.                                    (4.1)

Умножив обе части уравнения на idt , получим:

.                                      (4.2)

Произведя интегрирование, получим:

,                               (4.3)

где  – потокосцепление к моменту времени

Левая часть равенства представляет энергию, кото­рая затрачена источником тока. Первый член правой части есть потери энергии в активном сопротивлении цепи, второй – энергия, затраченная на создание магнит­ного поля. До тех пор, пока сила, развиваемая элек­тромагнитом, меньше силы пружины, якорь электромаг­нита неподвижен, и потокосцепление нарастает при неизменном значении рабочего зазора . Зависимость  при этом зазоре представлена кривой 1 (рис. 4.1, б).

Допустим, что при достижении значения потокосцепления  сила электромагнита стала больше силы пру­жины и якорь переместился в положение, при котором рабочий зазор стал равен . Так как при меньшем за­зоре проводимость рабочего зазора возрастает, потокосцепление увеличится до значения . Величина тока при этом увеличится до значения . Если изобразить зависимость  при зазоре , то получим кривую 2 (см. рис. 4.1, б). До начала трогания якоря энергия магнитного поля, запасенная в цепи:

,                                 (4.4)

где  – масштаб по оси тока, А/мм;  – масштаб по оси потокосцепления ,  – площадь криволинейного треугольника Оа b, мм².

При движении якоря потокосцепление изменится от  до . Энергия магнитного поля приэтом возросла на величину А₂:

,                            (4.5)

где  – площадь криволинейной трапеции.

При переходе от зазора  к зазору  якорь элек­тромагнита совершил механическую работу А₃.

Энергия, накопленная в магнитом поле, к концу хода равна А₄:

.                               (4.6)

На основании закона сохранения энергии можно на­писать:

.                            (4.7)

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 75; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!