Расчёт электромагнитного тормоза

Введение

В данном курсовом проекте требуется разработать броневой электромагнит постоянного тока, который будет являться приводным устройством барабанного тормоза подъёмного механизма.

Электрический аппарат - устройство выполняющее функции управления и распределения потоками информации и электрической энергии.

Электромагнит - электротехническое устройство, состоящее обычно из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается (приобретает свойства магнита) при прохождении по обмотке электрического тока. Электромагнит используют в основном для создания магнитного потока (в электрических аппаратах) и усилия (в приводных механизмах). Несмотря на конструктивное разнообразие, электромагниты обычно состоят из следующих частей, имеющих одинаковое назначение: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника (неподвижной части магнитопровода) и якоря (подвижной части магнитопровода), передающего усилие деталям приводимого в действие механизма. Обмотки электромагнитов выполняются из изолированного алюминиевого или медного провода (существуют также электромагниты с обмоткой из сверхпроводящих материалов). Магнитопроводы электромагнитов изготовляют из магнитно-мягких материалов -- обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют из набора листов.

В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы электромагниты подразделяют на 3 группы: электромагниты постоянного тока нейтральные, электромагниты постоянного тока поляризованные, электромагниты переменного тока. У нейтральных электромагнитов сила притяжения зависит только от величины магнитного потока и не зависит от направления тока в обмотке; при отсутствии тока в обмотке магнитный поток, а следовательно, сила притяжения практически равны нулю. У поляризованных электромагнитов создаётся 2 независимых магнитных потока: поляризующий, который образуется обычно полем постоянного магнита (иногда другого электромагнита), и рабочий магнитный поток, который возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки. Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, созданная поляризующим магнитным потоком. Действие такого электромагнита зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке. В электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, а магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Электромагниты различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток -- с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы -- работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия -- быстродействующие и замедленного действия и т. д.

Наиболее широкая и важная область применения электромагнитов -- электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру регулирования, защиты электротехнических установок. В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Примером таких электромагнитов могут служить электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электромагниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и т. п. Перспективно использование электромагнитов в тяговых приводах скоростных транспортных средств для создания магнитной подушки. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. В научных целях электромагниты используют в экспериментах, химии, биологии, физике. В связи с широтой применения конструктивное исполнение, размеры, потребляемая мощность электромагнитов находятся и широких пределах. В зависимости от назначения электромагниты могут весить от долей грамм до сотен тонн, потреблять электрическую мощность -- от долей ватт до десятков мегаватт.

Назначение и область применения проектируемого электромагнита

М - Электродвигатель

ЭТ - Электромагнитный тормоз

Р - Редуктор

Б - Барабан

Г - Груз

В - Вал электродвигателя

К - Тормозные колодки

ЭМ - Электромагнит

Техническая характеристика

Электромагнит крепится у основания шестью винтами М6.

Втулка магнитонеактивная - бронза.

Зазор между стержнем и сердечником - 2 мм.

Толщина крышки - 1.5 мм.

Тяговое усилие F = 1050 Н при 40% Iн

Воздушный зазор (ход якоря) д = 4.5 мм.

Iн = 150 А

ПВ% = 40

Описание и обоснование выбранной конструкции

Данный электромагнит может входить как в состав электропривода постоянного тока (Рис.3), так и в состав электропривода переменного тока (Рис.4)

SA1.1, 1.2 - Контакты выключения питания

SA2, SA3 - Контакты ступеней

K1 - обмотка электромагнита

L1 - Дроссель

M1 - ДПТ

ОВ - Обмотка возбуждения

Rпуск - Пусковой реостат

SA1 - Выключатель питания

M1 - Трёхфазный электродвигатель

VD1 - VD4 - Однофазный мостовой выпрямитель

К1 - Обмотка электромагнита

Расчёт. Определение геометрических размеров электромагнита:

1) Тяговое усилие 1050 Н при 40% Iн;

2) Ход якоря 4,5 мм;

3) Номинальный ток 150 А;

4) ПВ% 40

Магнитная постоянная

Коэффициент заполнения Kзаполн = 1.3

Коэффициент запаса Кзапаса = 0.3

Допустимое напряжение смятия

Магнитная индукция Вд = 0.4 Тл

1)Материал изготовления магнитопровода: (якорь и сердечник): низкоуглеродистая сталь марки Э;

2)Материал изготовления стержня и крышки: сталь марки 10;

3)Материал изготовления обмоточного провода: медь.

1. Площадь полюса S рабочего воздушного зазора д:

;

2. Определение диаметра стержня d:

- диаметр сечения стержня под якорь;

;

3. ;

4. ;

5.Площадь окна под обмотку S0:

;

j = 4032000 А/м² ? 4 А/мм²

6. Определение ширины и высоты окна меди:

;

;

7.;

8. ;

9. ;

10. Толщина якоря:

;

11. Толщина основания ;

12. ;

.

Определение параметров обмотки:

1. Площадь поперечного сечения qп:

;

;

2. Диаметр провода dпр:

Выбираем обмоточный провод из стандартного ряда:

ПСДК-2.80 (Два слоя обмотки из стекловолокна с пропиткой кремнийорганическим лаком, максимальная рабочая температура, 180°С)

3. Число витков обмотки щ:

.

При работе на ПК (в программе Elcut 5.3.) мы получили пондеромоторную силу F=1073 H (заданная сила F=1050 H), и исследовали зависимость силы F от воздушного зазора д и получили следующие результаты:

Тяговая характеристика

Результаты работы в Elcut 5.3

Пондеромоторная сила и картина поля при (д=4.5мм ; F=1073H):

Сетка (д=4.5мм):

Цветная картина поля (д=4.5мм):

Картина поля (д=3.5мм ; F=1789H):

Картина поля (д=2.5мм ; F=2624H):

Картина поля (д=1.5мм ; F=3753H):

Картина поля (д=0.5мм ; F=4058H):

Список литературы

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - 3-е издание, перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-720с.: ил.

2. Москаленко В.В. Системы автоматизированного управления электропривода. Учебник- М.: ИНФРА-М, 2004.-208с.- Серия “Среднее профессиональное образование”

Спецификация