Диаметры, удельные числа витков и коэффициенты заполнения
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Электромеханика и нетрадиционная энергетика» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ Задание на курсовую работу и методические указания для выполнения Самара Самарский государственный технический университет 2008 Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ УДК 621. 313 Электрические и электронные аппараты:Задание на курсовую работу и методические указания для выполнения / сост. Э.Г. Чеботков. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008. – 27 с.: ил. Содержат задание на курсовую работу по расчету электромагнита постоянного тока. Приведена методика выполнения и необходимые справочные данные. Предназначено для студентов направления 140400– «Электроэнергетика и электротехника», очного, заочного, очно–заочного обучения. Профиль подготовки-– Электромеханика, Электрооборудование автомобилей и тракторов, Электротехнологические установки и системы, Электропривод и автоматика промышленных установок Дисциплина –«Электрические и электронные аппараты» . УДК 621. 313 Составитель канд. техн. наук Э.Г. Чеботков Рецензент д-р техн. наук В.Е. Высоцкий © Э.Г. Чеботков, составление, 2008 © Самарский государственный технический университет, 2008 Задание на курсовую работу и методические указания для выполнения В курсовую работу входит расчет электромагнита постоянного тока. Основные параметры задания выбирают по сумме двух последних цифр шифра студента по табл. 1, дополнительные – по последней цифре шифра по табл. 2. На рис. 1 изображен электромагнит клапанного типа с двумя рабочими зазорами, размеры которого приведены в табл.1. Таблица 1 Размеры электромагнита, мм Номер варианта (сумма двух последних цифр шифра) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 а 10 12 18 20 20 20 20 20 10 b 20 20 20 20 10 12 15 18 20 c 40 40 40 40 50 50 50 50 50 l 50 50 50 50 60 60 60 60 60 Размеры электромагнита Номер варианта (сумма двух последних цифр шифра) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 a 10 10 10 10 12 10 14 10 20 b 20 20 20 20 20 25 20 20 10 c 38 32 34 46 40 40 40 40 30 l 50 50 50 50 70 60 70 80 60 Окончание табл. 1 Параметры задания Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Сила тяги электромагнита F, Н 3 4 5 6 7,5 3 4 5 6 7,5 Материал магнитопровода Сталь марки 10895 по ГОСТ 11036-75 Качественная конструкционная сталь марки 10, отожженная Марка провода ПЭЛ ПЭВ-1 Длина зазора ,мм 1 2 Таблица 2 Рис.1. Электромагнит клапанного типа с двумя рабочими зазорами Сила тяги, величина зазора, материал магнитопровода и марка провода даны в табл. 2. Требуется нарисовать схему потокораспределения, нарисовать в масштабе систему с фигурами проводимостей, определить намагничивающую силу (н.с.) и обмоточные параметры двух одинаковых катушек электромагнита. Напряжение питания выбирается студентом. Катушки соединены последовательно. Следует учитывать выпучивание, рассеяние и магнитное сопротивление стали магнитопровода. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ 1. Нарисовать схему распределения потоков ([1, с. 184, рис. 5-1]. Каждый студент по схеме должен ответить на вопрос, в каких сечениях магнитопровода поток наибольший, в каких – наименьший. 2. Рассчитать магнитные проводимости рабочих воздушных зазоров (с учетом выпучивания потока). Так как система симметрична относительно вертикальной оси, то расчет магнитных проводимостей и магнитной цепи можно вести для одной ее половины. Магнитные проводимости воздушного зазора проще всего определять методом разбивки поля на простые фигуры. Левый зазор рассматриваемого электромагнита с фигурами проводимостей в трех проекциях показан на рис. 2. Каждый студент должен сделать такой рисунок в масштабе по размерам электромагнита своего варианта. Фигуры обозначены цифрами, соответствующими по порядку табл. 11, с. 295 [13]. Полная проводимость рабочего воздушного зазора G = G1 +G7+G8+ G9+ G10 + 3(G11+G13) + C12+G14. Причемдля G8 и G10 l = b, а для G7 и G9 l = 2a + b. Фигуры проводимостей на виде сверху в зоне внутреннего угла полюса вболее крупном масштабе показаны на рис. 3. Рис.2. Левый зазор электромагнита с фигурами проводимостей в трех проекциях Следует иметь ввиду, что в формуле для половины квадранта сферической (фиг.14) в работе [3] допущена опечатка. Следует читать . 3. Рассчитать магнитные проводимости потока рассеяния. Фигуры проводимостей потока рассеяния показаны на рис.4 в сечении А-А. Полная проводимость поля рассеяния (для одной половины системы) . Причем толщина слоя плоскопараллельного поля рассеяния для этих фигур берется соответственно l1σ=l-m1 Проводимость рассеяния, приведенная по потоку, . 4. Рассчитать коэффициент рассеяния (по потоку). Коэффициент рассеяния по потоку для рассматриваемой системы . 5. Определить производную магнитной проводимости рабочего воздушного зазора. Для нашего электромагнита приближенноможно считать . Рис. 3. Фигуры проводимостей на виде сверху в зоне внутреннего угла Рис.4. Фигуры проводимостей потока рассеяния в сечении А-А 6. По заданной силе тяги определить магнитное напряжение, приложенное к рабочему воздушному зазору, потоки в магнитопроводе. Падение магнитного напряжения в рабочем воздушном зазоре электромагнита по известной силе тяги можно найти по энергетической формуле (5-56) [1, с. 216]. Следует иметь в виду, что в задании дана суммарная сила тяги на два зазора, а расчет магнитной цепи ведется на один зазор. Составляющую силы тяги, создаваемую в такой системе потоками рассеяния, можно не учитывать. По закону Ома для магнитной цепи по , и (IW) определяется поток в зазоре Ф , а по рассчитанному в п. 4 коэффициенту рассеяния – максимальный поток. 7. Разбить магнитную цепь на участки (рис.5) и определить падение магнитного напряжения на стали (IW) . Рис.5. Магнитная цепь, разбитая по участкам Длины участков равны . При расчете предполагаем, что через все сечения якоря (участка длиной l1) проходит поток воздушного зазора ; через все сечения участка длиной l3 проходит максимальный поток , и поток на длине участка l3 изменяется от до . Приближенно можно считать, что магнитные свойства стали марки 10895 по ГОСТ 11036-75 соответствуют магнитным свойствам стали марки Э. Кривые намагничивания сталей марки Э и марки 10 приведены в работе [3, с. 259]. Если индукция окажется больше 2,ЗТл, то для стали 10895 и стали 10 напряженность магнитного поля можно приближенно определить по формуле , где H получается в А/м, если подставитьв формулу В в Тл. Искомая величина падения магнитного напряжения на стали равна . Здесь – средняя напряженность магнитного поля на втором участке, , где – соответствует индукции в начале участка, создаваемой потоком ; – соответствует индукции в конце участка, создаваемой потоком Фmax 8. Искомая н.с. двух катушек определяется по выражению . 9. Расчет катушки ведется по методике, описанной в [1, с.133-136, 150, 188, 205-270]. Необходимо определить: а) поперечное сечение; диаметр провода по меди выбрать стандартный, например по табл. 14 -2 [31, с. 362]. Катушка должна обеспечить требуемую н.с. при падении напряжения питания на 15% ниже номинального. При расчете в формулу для поперечного сечения удельное электрическое сопротивление меди следует подставлять при температуре, допустимой для изоляции заданной марки провода. Класс нагревостойкости в зависимости от марки провода можно определить по табл. 14-1 [3, с. 361]; б) число витков катушки; коэффициент заполнения можно взять по рис. 14-4 [3, с. 368]; в) сопротивление катушки в нагретом состоянии; г) ток горячей катушки и ток при напряжении на 15%; ниже поминального; д) создаваемую при этом токе намагничивающую силу; е) ток при поминальном напряжении питания; ж) мощность, потребляемую при номинальном напряжении; з) мощность, которую может отвести поверхность теплоотдачи рассчитанной катушки при длительном режиме работы. Ее можно определить по формуле Ньютона. Коэффициент теплоотдачи можно принять равным 10 Вт/м2 °С; и) определить, во сколько раз мощность, требуемая для создания заданной силы тяги, больше (или меньше) мощности, допустимой для длительной работы. Сделать заключение о том, в каком тепловом режиме может работать рассчитанный электромагнит. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Чунихин, А.А. Электрические аппараты / А.А. Чунихин. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005. 2. Родштейн, Л.А. Электрические аппараты / Л.А. Родштейн. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005. 3. Сахаров, П.В. Проектирование электрических аппаратов / П.В. Сахаров. – М.: Энергия, 1971. 4. Алиев, И.И. Электрические аппараты: справочник / И.И. Алиев, М.Б. Абрамов. – М.: Радио-Софт, 2004. 5. Розанов, Ю.К. Электрические и электронные аппараты / Ю.К. Розанов. -М.: Информэлектро, 2001. ПРИЛОЖЕНИЕ РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ, НЕОБХОДИМЫЕ В ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ №1 И №2 1. Падение магнитного напряжения в воздушном зазоре электромагнита (необходимо для выполнения п. 6) рассчитывается по выражению , где – сила тяги электромагнита, заданная в исходных данных задания ( табл. 2); – производная изменения магнитной проводимости воздушного зазора по изменению зазора, определена в предшествующих расчётах в п. 5. 2. К расчёту обмоточных данных электромагнита.Поперечное сечение провода обмотки определяется для выполнения п. 9(a) по выражению , где – удельное сопротивление обмоточной меди, соответственно равное при ; с увеличением температуры удельное сопротивление возрастает в соответствии с выражением , где температурный коэффициент на ; – реальная температура меди, ; – намагничивающая сила обмотки, определённая в предшествующих расчётах в п. 8, выраженная в ; – напряжение питания обмотки, выбирается студентом из следующего стандартного ряда напряжений: 12 В, 24 В, 48 В, 110 В, 220 В; – наружный диаметр катушки обмотки, м; – внутренний диаметр катушки обмотки, м. Примечание. Если сердечник полюса, на котором расположена катушка, прямоугольный, то поперечное сечение провода обмотки следует определять по выражению , где – средняя длина витка обмотки, определяемая по выражению , где – внутренний периметр обмотки, определяется как сумма размеров четырех сторон сердечника полюса, на котором расположена катушка обмотки: , где и – размеры полюса из задания (табл. 1); – технологический зазор между катушкой и полюсом, выбирается студентом самостоятельно; – наружный периметр катушки обмотки, определяется из условия возможных максимальных размеров обмотки студентом самостоятельно. По определённому значению поперечного сечения провода выбирается стандартное сечение провода по табл. П1, ближайшее к расчётному. 3. Число витков обмотки.Определяется для выполнения п. 9 (б) по выражению , где – поперечное сечение окна, занятого обмоткой; – поперечное сечение изолированного провода, выбранное в предыдущем пункте по табл. П1; – коэффициент заполнения окна проводом, выбирается для провода в зависимости от сечения по табл. П1. 4. Расчёт активного сопротивления обмоткидля выполнения п. 9 (в) проводится с использованием следующих выражений: а) для круглого сердечника полюса ; б) для прямоугольного полюса расчётное выражение для определения активного сопротивления обмотки имеет вид , где – стандартное сечение провода, определённое в предшествующих пунктах расчёта. Сопротивление обмотки определить для холодного ( С) и горячего ( С) состояний обмотки. 5. Рассчитать ток обмотки для и для выполнения п. 9 (г) по выражению . 6. Определить намагничивающую силу (н.с.) Fк, для выполнения п. 9 (д), обмотки по рассчитанным значениям числа витков обмотки W и величине тока I: . Полученное значение Fк сравнить со значением Fк , рассчитанным в п. 8. Если разница не превышает 10%, то результаты можно считать удовлетворительными, если превышает 10%, то следует изменить сечение провода таким образом, чтобы это условие было выполнено. 7. Рассчитать мощность, потребляемую обмоткой(для выполнения п. 9 (ж)). Потребляемая мощность равна , где ток и сопротивление обмотки, значения которых определены в п. 9 (в и г). 8. Определить температуру наружной поверхности обмотки( по формуле Ньютона) для выполнения п. 9 (з). Формула Ньютона имеет вид , где – поверхность охлаждения обмотки, м3; – температура окружающей среды (принять равной ); – температура наружной поверхности обмотки. Величину коэффициента теплоотдачи принять равной . 9. Определить допустимую мощность, которую может отвести в окружающую среду в виде тепла наружная поверхность обмотки,из условия, что допустимая температура нагрева для класса изоляции В составляет . В формулу Ньютона подставить значения , и определить значение допустимой мощности . Сравнить это значение мощности с мощностью, выделяемой в обмотке, и сделать вывод о возможности работы электромагнита в длительном режиме. 10. Определить, для какого режима работы целесообразно использовать рассчитанный электромагнит( длительного, повторно-кратковременного или кратковременного). За определяющий фактор принять величину допустимой плотности тока, которая равна , где ток, А; – поперечное сечение провода. Величина допустимой плотности тока в зависимости от режима работы составляет: для длительного режима ; для повторно-кратковременного режима ; для кратковременного режима . 11. Оценить перегрузочную способность рассчитанного электромагнита: а) для длительного режима определяется как отношение допустимой мощности к выделяемой мощности в обмотке: , где – мощность, потребляемая обмоткой (п.7); б) для повторно-кратковременного режима определить по соотношению плотностей тока: , где плотность тока обмотки, определенная в п.9; в) для кратковременного режима . На рис. П1 приведеныосновные кривые намагничивания магнитномягких материалов Рис. П1. Основные кривые намагничивания магнитно-мягких материалов: 1 – электротехническое железо вакуумной плавки, отожженное при 900 °С; 2 – низкоуглеродистая электротехническая сталь марки Э, отожженная; 3 – качественная конструкционная сталь марки 10, отожженная; 4 – легированный серый чугун марки 00, отожженный; 5 – электротехническая слаболегированная сталь марки Э11 толщиной 0,5 мм; 6 – электротехническая холоднокатаная текстурованная сталь марки Э330 толщиной 0,35 мм; 7 – повышенно-легированная холоднокатаная текстурованная сталь марки Э380 с повышенной магнитной проницаемостью в средних полях толщиной 0,5 мм; 8 – электротехническая высоколегированная сталь марки Э41 толщиной 0,35 мм; 9 – высоколегированная, с повышенной магнитной проницаемостью в средних полях сталь марки Э48, толщиной 0,35 мм; 10 – сплав марки 50Н; 11 – пермендюр Формулы для определения магнитной проводимости воздушных зазоров и промежутков простых геометрических форм Эскизы Формулы 1. Параллельные плоскости (без учета краевого потока) . 2. Половина сплошного цилиндра . 3. Четверть сплошного цилиндра . 4. Половина полого цилиндра при . 5. Четверть полого цилиндра , где . 6. Сферический квадрант . 7. Половина сферического квадранта . 8. Квадрант сферической оболочки , где . 9. Половина квадранта сферической оболочки , где . Таблица П1
Диаметры, удельные числа витков и коэффициенты заполнения
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 298; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!