Расчет электромагнита постоянного тока с магнитной системой
Преобразование магнитной цепи электромагнита постоянного тока. Определение магнитной проводимости воздушных зазоров, площадей сечений и длин участков магнитной цепи, намагничивающей силы. Расчет параметров катушки электромагнита. Сопротивление обмотки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.03.2015 |
| Размер файла | 867,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Техническое задание
Произвести проверочный расчет электромагнита постоянного тока с магнитной системой, изображенной на рисунке 1.
Рис.1. Магнитная система
Данные для расчета
1. Геометрические размеры:
а=3 мм.
b=25 мм.
с=2,5 мм.
d=9 мм.
d1=4 мм.
е=0,07 мм.
l=30 мм.
h=12мм.
2. Магнитная индукция в рабочем воздушном зазоре для начального положения якоря:
Вд=0,06 Тл.
3. Напряжение питания:
U=48 В.
Преобразование магнитной цепи
Перед началом расчета необходимо разбить магнитную систему на участки магнитного провода с постоянным сечением и пронумеровать их.
Рис.2. Преобразованная магнитная система.
Это позволяет представить магнитную систему в виде отрезков магнитной цепи с заданным магнитным сопротивлением.
Определение магнитной проводимости воздушных зазоров
1. Проводимость первого рабочего зазора.
Рис.3. Первый рабочий зазор.
Данные:
с=2,5 мм.
е=0,07 мм.
d=9 мм.
R=16,5 мм.
Электромагнит имеет 4 положения якоря и, соответственно, 4 значения д:
- днач=2,5 мм.
- дср=1,35 мм.
- дпр=0,76 мм.
- дкон=0,2 мм.
Проводимость рабочего зазора для днач:
с===3,77
х===1,06
G0нач==
==71,61*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дср:
с===3,86
х===1,01
G0ср==
==106*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дпр:
с===4,04
х===1,05
G0пр==
==163,44*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дкон:
с===5,64
х===1,02
G0кон==
==469,59*10-9 См.
2. Проводимость второго рабочего зазора.
Рис.4. Второй рабочий зазор.
Данные:
а=3 мм.
b=25 мм.
е=0,07 мм.
R=34,5 мм.
Электромагнит имеет 4 положения якоря и, соответственно, 4 значения д:
- днач=6 мм.
- дср=4,85 мм.
- дпр=4,3 мм.
- дкон=3,7 мм.
Проводимость рабочего зазора для днач:
с===22,69
х===1,02
G9нач===
=36,41*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дср:
с===22,69
х===1,02
G9ср===
=40,21*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дпр:
с===22,62
х===1,02
G9пр===
=42,74*10-9 См.
Проводимость рабочего зазора для дкон:
с===22,55
х===1,02
G9кон===
=46,37*10-9 См.
3. Проводимость первого паразитного зазора.
Рис.5. Первый паразитный зазор.
Данные:
а=3 мм.
b=25 мм.
е=0,07 мм.
R=1,5 мм.
Этот зазор является постоянным, то есть при движении якоря его значение д не изменяется:
д=е=0,07 мм.
с===0,5
х===0,27
G5===
=383,75*10-9 См.
4. Проводимость второго паразитного зазора.
Рис.6. Второй паразитный зазор.
Данные:
d1=4 мм.
Этот зазор является постоянным и имеет форму кольца:
е=0,07 мм.
G2===229,31*10-9 См.
Определение площадей сечений и длин участков магнитной цепи
1. Участок «0»
Рис.7. Участок «0»
Данные:
h0=днач=2,5 мм.
d=9 мм.
r=4,5 мм.
S0=Sторц+Sп.в.
Sторц===63,59 мм2.
Sп.в.==3,14*9*2,5=70,65 мм2.
S0=63,59+70,65=134,24 мм2.
2. Участок «1»
Рис.8. Участок «1»
Данные:
r=4,5 мм.
l=30 мм.
а=3 мм.
S1=Sторц==3,14*4,52=63,59 мм2.
l1==30+=31,5 мм2.
3. Участок «3»
Рис.9. Участок «3»
Данные:
а=3 мм.
b=25 мм.
h=12 мм.
d1=4 мм.
D1=8,07 мм.
d=9 мм.
S3=
Sпр==3*25=75 мм2.
Sкол===35,86 мм2.
S3==57,07 мм2.
l3===18 мм.
4. Участок «4»
Рис.10. Участок «4»
Данные:
a=3 мм.
b=25 мм.
l=30 мм.
S4==3*25=75 мм2.
l4===31,5 мм2
5. Участок «6»
Рис.11. Участок «6»
Данные:
a=3 мм.
b=25 мм.
c=2,5 мм.
d=9 мм.
h=12 мм.
S6==2,5*25=62,5 мм2.
l6===18 мм.
6. Участок «7»
Геометрически совпадает с участком «3», данные участков аналогичны.
S7=S3=57,07 мм2.
l7=l3=18 мм.
7. Участок «8»
Геометрически совпадает с участком «4», данные участков аналогичны.
S8=S4=75 мм2.
l8=l4=31,5 мм.
8. Участок «10»
Рис.12. Участок «10»
Данные:
a=3 мм.
b=25 мм.
c=2,5 мм
d=9 мм.
h=12 мм.
Данные участка «10» совпадают с данными участка «6», геометрически участки схожи.
S10=S6=62,5 мм2.
L10=l6=18 мм.
Определение намагничивающей силы
1. Ф2-Ф3-Ф7=0
2. Um0+ Um1+ Um2+ Um3+ Um4+ Um5+ Um6=И1
3. Um0+ Um1+ Um2+ Um7+ Um8+ Um9+ Um10=И2
И= И1+ И2
1. МДС для зазора днач.
Участок «0»
Ф0==0,06*134,24*10-6=8,05*10-6 Вб.
Um0===112,41 А.
Участок «1»
Ф0=Ф1н=8,05*10-6 Вб.
B1===0,13 Тл.
Н1=f(В1)
Н1=0,5*102 А/м.
Um1==0,5*102*31,5*10-3=1,58 А.
Участок «2»
Ф1н=Ф1к=Ф2н=8,05*10-6 Вб.
Um2===35,11 А.
Участок «3»
Ф2н=Ф2к=Ф3н=8,05*10-6 Вб.
B3===0,14 Тл.
Н3=f(В3)
Н3=0,6*102 А/м.
Um3==0,6*102*18*10-3=1,08 А.
Участок «4»
Ф3н=Ф3к=Ф4н=8,05*10-6 Вб.
B4===0,11 Тл.
Н4=f(В4)
Н4=0,45*102 А/м.
Um4==0,45*102*31,5*10-3=1,42 А.
Участок «5»
Ф4н=Ф4к=Ф5н=8,05*10-6 Вб.
Um5===20,98 А.
Участок «6»
Ф5н=Ф5к=Ф6н=8,05*10-6 Вб.
B6===0,13 Тл.
Н6=f(В6)
Н6=0,5*102 А/м.
Um6==0,5*102*18*10-3=0,9 А.
Участок «7»
Ф6н=Ф6к=Ф7н
Так как участок «7» геометрически совпадает с участком «3», то:
Um7= Um3=1,08 А.
Участок «8»
Ф7н=Ф7к=Ф8н
Так как участок «8» геометрически совпадает с участком «4», то:
Um8= Um4=1,42 А.
Участок «9»
Ф8н=Ф8к=Ф9н=8,05*10-6 Вб.
Um9===221,09 А.
Участок «10»
Ф9н=Ф9к=Ф10н
Так как участок «10» геометрически совпадает с участком «6», то:
Um10= Um6=0,9 А.
Намагничивающая сила:
И1=112,41+1,58+35,11+1,08+1,42+20,98+0,9=173,48 А.
И2=112,41+1,58+35,11+1,08+1,42+221,09+0,9=373,59 А.
Инач= И1+ И2=173,48+373,59=547,07 А.
2. МДС для зазора дср.
Участок «0»
Ф0==0,06*134,24*10-6=8,05*10-6 Вб.
Um0===75,94 А.
Участок «1»
Ф0=Ф1н=8,05*10-6 Вб.
B1===0,13 Тл.
Н1=f(В1)
Н1=0,5*102 А/м.
Um1==0,5*102*31,5*10-3=1,58 А.
Участок «2»
Ф1н=Ф1к=Ф2н=8,05*10-6 Вб.
Um2===35,11 А.
Участок «3»
Ф2н=Ф2к=Ф3н=8,05*10-6 Вб.
B3===0,14 Тл.
Н3=f(В3)
Н3=0,6*102 А/м.
Um3==0,6*102*18*10-3=1,08 А.
Участок «4»
Ф3н=Ф3к=Ф4н=8,05*10-6 Вб.
B4===0,11 Тл.
Н4=f(В4)
Н4=0,45*102 А/м.
Um4==0,45*102*31,5*10-3=1,42 А.
Участок «5»
Ф4н=Ф4к=Ф5н=8,05*10-6 Вб.
Um5===20,98 А.
Участок «6»
Ф5н=Ф5к=Ф6н=8,05*10-6 Вб.
B6===0,13 Тл.
Н6=f(В6)
Н6=0,5*102 А/м.
Um6==0,5*102*18*10-3=0,9 А.
Участок «7»
Ф6н=Ф6к=Ф7н
Так как участок «7» геометрически совпадает с участком «3», то:
Um7= Um3=1,08 А.
Участок «8»
Ф7н=Ф7к=Ф8н
Так как участок «8» геометрически совпадает с участком «4», то:
Um8= Um4=1,42 А.
Участок «9»
Ф8н=Ф8к=Ф9н=8,05*10-6 Вб.
Um9===200,19 А.
Участок «10»
Ф9н=Ф9к=Ф10н
Так как участок «10» геометрически совпадает с участком «6», то:
Um10= Um6=0,9 А.
Намагничивающая сила:
И1=75,94+1,58+35,11+1,08+1,42+20,98+0,9=137,01 А.
И2=75,94+1,58+35,11+1,08+1,42+200,19+0,9=316,22 А.
Иср= И1+ И2=137,01+316,22=453,23 А.
3. МДС для зазора дпр.
Участок «0»
Ф0==0,06*134,24*10-6=8,05*10-6 Вб.
Um0===49,25 А.
Участок «1»
Ф0=Ф1н=8,05*10-6 Вб.
B1===0,13 Тл.
Н1=f(В1)
Н1=0,5*102 А/м.
Um1==0,5*102*31,5*10-3=1,58 А.
Участок «2»
Ф1н=Ф1к=Ф2н=8,05*10-6 Вб.
Um2===35,11 А.
Участок «3»
Ф2н=Ф2к=Ф3н=8,05*10-6 Вб.
B3===0,14 Тл.
Н3=f(В3)
Н3=0,6*102 А/м.
Um3==0,6*102*18*10-3=1,08 А.
Участок «4»
Ф3н=Ф3к=Ф4н=8,05*10-6 Вб.
B4===0,11 Тл.
Н4=0,45*102 А/м.
Um4==0,45*102*31,5*10-3=1,42 А.
Участок «5»
Ф4н=Ф4к=Ф5н=8,05*10-6 Вб.
Um5===20,98 А.
Участок «6»
Ф5н=Ф5к=Ф6н=8,05*10-6 Вб.
B6===0,13 Тл.
Н6=f(В6)
Н6=0,5*102 А/м.
Um6==0,5*102*18*10-3=0,9 А.
Участок «7»
Ф6н=Ф6к=Ф7н
Так как участок «7» геометрически совпадает с участком «3», то:
Um7= Um3=1,08 А.
Участок «8»
Ф7н=Ф7к=Ф8н
Так как участок «8» геометрически совпадает с участком «4», то:
Um8= Um4=1,42 А.
Участок «9»
Ф8н=Ф8к=Ф9н=8,05*10-6 Вб.
Um9===188,35 А.
Участок «10»
Ф9н=Ф9к=Ф10н
Так как участок «10» геометрически совпадает с участком «6», то:
Um10= Um6=0,9 А.
Намагничивающая сила:
И1=49,25+1,58+35,11+1,08+1,42+20,98+0,9=110,32 А.
И2=49,25+1,58+35,11+1,08+1,42+188,35+0,9=277,69 А.
Ипр= И1+ И2=110,32+277,69=388,01 А.
4. МДС для зазора дкон.
Участок «0»
Ф0==0,06*134,24*10-6=8,05*10-6 Вб.
Um0===17,14 А.
Участок «1»
Ф0=Ф1н=8,05*10-6 Вб.
B1===0,13 Тл.
Н1=f(В1)
Н1=0,5*102 А/м.
Um1==0,5*102*31,5*10-3=1,58 А.
Участок «2»
Ф1н=Ф1к=Ф2н=8,05*10-6 Вб.
Um2===35,11 А.
Участок «3»
Ф2н=Ф2к=Ф3н=8,05*10-6 Вб.
B3===0,14 Тл.
Н3=f(В3)
Н3=0,6*102 А/м.
Um3==0,6*102*18*10-3=1,08 А.
Участок «4»
Ф3н=Ф3к=Ф4н=8,05*10-6 Вб.
B4===0,11 Тл.
Н4=f(В4)
Н4=0,45*102 А/м.
Um4==0,45*102*31,5*10-3=1,42 А.
Участок «5»
Ф4н=Ф4к=Ф5н=8,05*10-6 Вб.
Um5===20,98 А.
Участок «6»
Ф5н=Ф5к=Ф6н=8,05*10-6 Вб.
B6===0,13 Тл.
Н6=f(В6)
Н6=0,5*102 А/м.
Um6==0,5*102*18*10-3=0,9 А.
Участок «7»
Ф6н=Ф6к=Ф7н
Так как участок «7» геометрически совпадает с участком «3», то:
Um7= Um3=1,08 А.
Участок «8»
Ф7н=Ф7к=Ф8н
Так как участок «8» геометрически совпадает с участком «4», то:
Um8= Um4=1,42 А.
Участок «9»
Ф8н=Ф8к=Ф9н=8,05*10-6 Вб.
Um9===173,6 А.
Участок «10»
Ф9н=Ф9к=Ф10н
Так как участок «10» геометрически совпадает с участком «6», то:
Um10= Um6=0,9 А.
Намагничивающая сила:
И1=17,14+1,58+35,11+1,08+1,42+20,98+0,9=78,21 А.
И2=17,14+1,58+35,11+1,08+1,42+173,6+0,9=230,83 А.
Инач= И1+ И2=78,21+230,83=309,04 А.
Определение параметров катушки электромагнита
Данные:
lк=l=30 мм.
hк=h=12 мм.
d=9 мм.
1. Диаметры витка.
dвнеш=d+2*h=9+2*12=33 мм.
dвнутр=d=9 мм.
dср===21 мм.
2. Средняя длина витка.
lср==3,14*21=65,94 мм.
3. Удельное сопротивление провода.
с=
б=0,004 Со -1.
с0=0,0162 Ом*мм2/м.
Т=80оС - для класса А.
с=0,0162*(1+0,004*80)=0,0214 Ом*мм2/м.
4. Диаметр голого провода.
dг.пр.=
Ик=Инач=547,07 А.
U=48 В.
dг.пр.==0,14 мм.
По таблице 1 из приложении определяется:
dг.пр.? dг.пр.т.
dг.пр.=0,14 мм. - диаметр голого провода.
dиз.пр.=0,15 мм. - диаметр изолированного провода.
Кзп=0,601 - коэффициент заполнения.
W0=38,1*106 витков/м2. - удельное число витков.
5. Реальное число витков.
W==38,1*106*12*10-3*30*10-3=13716 витков.
магнитный ток катушка сопротивление
6. Сопротивление обмотки.
R=
g===0,0154 мм2.
R==1256,28 Ом.
7. Реальная МДС катушки.
Ик===524,06 А.
Таким образом получается, что:
Инач=547,07 А.
Ик=524,06 А.
=100%=4%
Расхождение между Инач и Ик составляет 4%, что находится в пределах нормы.
Определение превышения установившейся температуры над температурой окружающей среды
При включении обмотки электромагнита протекающей электрический ток нагревает ее. При длительном режиме включения обмотка нагревается до установившейся температуры, при этом устанавливается тепловой баланс - получаемое обмоткой тепло от источника питания равно теплу, отдаваемому ею в окружающую среду.
1. Мощность, выделяющаяся в обмотках.
Р===1,83 Вт.
2. Коэффициент теплоотдачи в окружающую среду.
Определяется по графику 1 из приложения. У данного электромагнита обмотка каркасного типа. Для температуры класса А - Т=80оС:
Кф=11,3 Вт/м2*оС.
3. Поверхность охлаждения.
Sохл=Sвнутр+Sвнеш+2*Sторц
- Sвнутр= Sвнутр*з
з - коэффициент, характеризующий эффективность внутренней охлаждающей поверхности. Для каркасной обмотки з=0, а значит:
Sвнутр=0
- Sвнеш==3,14*33*30=31086 мм2.
- Sторц===791,28 мм2.
Sохл=3108,6+2*791,28=4691,16 мм2.
4. Превышение температуры.
фуст===34,5оС.
Так как фуст=34,5оС меньше заданной температуры для класса А Т=80оС, то на этом тепловой расчет заканчивается.
Определение электромагнитной силы
1. Электромагнитная сила для первого рабочего зазора.
По заданным значениям зазоров д и рассчитанным значениям проводимостей G0 для этих зазоров строится график: G0=f(д).
днач=2,5 мм. G0нач=71,61*10-9 См.
дср=1,35 мм. G0ср=106*10-9 См.
дпр=0,76 мм. G0пр=163,44*10-9 См.
дкон=0,2 мм. G0кон=469,59*10-9 См.
По построенному графику определяются приращения для зазоров д и соответствующие им приращения для проводимостей G0.
Дднач=0,2 мм. ДG0нач=4*10-9 См.
Ддср=0,2 мм. ДG0ср=12*10-9 См.
Ддпр=0,2 мм. ДG0пр=38*10-9 См.
Ддкон=0,2 мм. ДG0кон=172*10-9 См.
Fэнач===0,31 Н.
Fэср===0,63 Н.
Fэпр===1,46 Н.
Fэкон===4,19 Н.
2. Электромагнитная сила для второго рабочего зазора.
По заданным значениям зазоров д и рассчитанным значениям проводимостей G9 для этих зазоров строится график: G9=f(д).
днач=6 мм. G9нач=36,41*10-9 См.
дср=4,85 мм. G9ср=40,21*10-9 См.
дпр=4,3 мм. G9пр=42,74*10-9 См.
дкон=3,7 мм. G9кон=46,37*10-9 См.
По построенному графику определяются приращения для зазоров д и соответствующие им приращения для проводимостей G9.
Дднач=0,4 мм. ДG0нач=1*10-9 См.
Ддср=0,4 мм. ДG0ср=1,6*10-9 См.
Ддпр=0,4 мм. ДG0пр=2,2*10-9 См.
Ддкон=0,4 мм. ДG0кон=3,8*10-9 См.
Fэнач===0,038 Н.
Fэср===0,042 Н.
Fэпр===0,044 Н.
Fэкон===0,046 Н.
3. Общая электромагнитная сила.
Fэнач=0,31*0,038=0,348 Н.
Fэср=0,63*0,042=0,672 Н.
Fэпр=1,46*0,044=1,504 Н.
Fэкон=4,19*0,046=4,236 Н.
По заданным значениям зазоров д и полученным значениям силы Fэ строится график: Fэ=f(д).
Определение времени трогания электромагнита
Время срабатывания электромагнита постоянного тока состоит из времени трогания и времени движения. Для обычных электромагнитов время трогания намного больше времени движения, поэтому временем движения можно пренебречь.
tтрог=
Тн=
W=13716 витков.
R=1256,28 Ом.
G= G0нач+G9нач=36,41*10-9+71,61*10-9=108,02*10-9 См.
Тн==0,016 с.
tтрог==17,6*10-3 с.
Приложение
1. Обмоточные данные проводов с эмалевой изоляцией.
Таблица 1.
2. Зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры перегрева
График 1.
- А - бескаркасная катушка
- Б - каркасная катушка
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Поверочный расчет катушки электромагнита постоянного тока на нагрев. Построение схемы замещения магнитной цепи. Магнитные проводимости рабочих и нерабочих воздушных зазоров, проводимость потока рассеяния. Определение намагничивающей силы катушки магнита.
контрольная работа [413,9 K], добавлен 20.09.2014Разработка схемы замещения магнитной цепи. Расчет проводимостей и сопротивлений воздушных зазоров, проводимости потока рассеяния. Вычисление построение кривых намагничивания магнитной системы электромагнита, тяговой характеристики электромагнита.
курсовая работа [358,2 K], добавлен 19.06.2011Определение тягового усилия электромагнита. Расчет неразветвленной магнитной цепи. Вычисление тока в катушке, необходимого для создания заданного магнитного потока в воздушном зазоре магнитной цепи. Определение индуктивности катушки электромагнита.
презентация [716,0 K], добавлен 22.09.2013Определение и обоснование геометрических размеров проектируемого электромагнита. Расчет параметров магнитной цепи, коэффициента возврата. Расчет статических и динамической тяговых характеристик, а также времени срабатывания устройства и обмотки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 14.12.2014Расчет неразветвленной магнитной цепи. Определение суммы падений магнитного напряжения вдоль магнитной цепи. Алгоритм выполненного расчета магнитной цепи по варианту "прямая задача". Определение величины магнитного потока. Тяговые усилия электромагнита.
презентация [716,0 K], добавлен 25.07.2013Электромагнитные реле являются распространенным элементов многих систем автоматики, в том числе они входят в конструкцию реле постоянного тока. Расчет магнитной цепи сводится к вычислению магнитной проводимости рабочего и нерабочего воздушных зазоров.
курсовая работа [472,4 K], добавлен 20.01.2009Расчёт катушки на заданную МДС. Расчёт магнитной цепи методом коэффициентов рассеяния. Расчёт магнитной суммарной проводимости. Расчет удельной магнитной проводимости и коэффициентов рассеяния. Определение времени срабатывания, трогания, движения.
курсовая работа [189,6 K], добавлен 30.01.2008Теоретические положения расчета динамики электромагнитов постоянного тока. Схемы включения электромагнита, уравнение динамики и время трогания электромагнита постоянного тока при разнообразных схемах включения электромагнита, проверка теории расчетами.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 23.11.2010Расчет трехфазной цепи с несимметричной нагрузкой. Определение тягового усилия электромагнита. Магнитные цепи с постоянными магнитодвижущими силами. Расчет неразветвленной магнитной цепи. Свойства ферромагнитных материалов. Фазные и линейные токи.
презентация [1,6 M], добавлен 22.09.2013Расчет магнитных проводимостей, потоков и падений напряжения на участках электромагнита при начальном, среднем и конечном положении якоря. Определение повышения установившейся температуры обмотки электромагнита над температурой окружающего воздуха.
курсовая работа [741,0 K], добавлен 28.03.2015
