Размещено на http://www.allbest.ru/

4

ВВЕДЕНИЕ

В данной расчетно-графической работе производится проектирование электрического аппарата - реле типа РЭВ-812, применяемого на тепловозах серии М62.

Условное обозначение реле РЭВ-812: Р - реле управления; Э - электромагнитное; В - модифицированное; 812 - последовательность разработки и модификация реле. Применяется в схемах автоматического управления в качестве электромагнитного реле времени (например на тепловозе М62 используется в цепи питания катушек поездных контакторов). Выдержка времени в несколько секунд при отпадании якоря реле может быть получена отключением от сети катушки или закорачиванием катушки активным сопротивлением. Благодаря применению различных демпферов, а также немагнитных прокладок обеспечивается диапазон выдержек времени.

Работа реле основана на электромагнитном принципе. Выдержка времени у реле РЭВ-812 получается за счет медленного спадания потока в магнитном сердечнике. Реле имеет блочную конструкцию. Неподвижная часть магнитного сердечника выполнена из двух отдельных частей: сердечника и угольника, на котором крепится пластинка. Якорь вращается относительно неподвижной части. На якоре укрепляется скоба, несущая колодку с подвижными контактами. Для плавной регулировки выдержки времени на якоре имеется регулировочный узел. Катушка надета на круглый керн с пазом для закрепления кольца, фиксирующего катушку. На оба керна устанавливаются съемные демпферы для получения необходимой выдержки времени. Контактный узел позволяет путем переборки деталей получать любую комбинацию контактов в пределах существующего количества.

1. Построение механической характеристики реле

Механическая характеристика контактора (рисунок 1) представляет собой противодействующее усилие механизма, приведённого к точке приложения электромагнитной силы.

Рисунок 1 - Механическая характеристика реле

Точка A на механической характеристике соответствует выключенному состоянию контактора. Значение этой силы определяется величиной начальной затяжки возвращающей пружины, массой подвижных частей и трением.

Участок A-B - начальный участок движения якоря к наконечнику сердечника, при этом деформируется только возвращающая пружина. Наклон участка A-B определяется жёсткостью возвращающей пружины, массой подвижных частей, силами трения.

Участок B-C соответствует моменту соприкосновения подвижного и неподвижного контактов. Величина этого участка зависит от величины начальной затяжки притирающей пружины.

Участок C-D - участок характеристики, на котором происходит полное соприкосновение контактов с одновременной деформацией прижимающей и возвращающей пружины.

Точка D - полное включение контактов, провал выбран полностью. Воздушный зазор между якорем и сердечником имеет минимальное значение.

На рисунке 2 в масштабе 1: приведён эскиз реле РЭВ-812 для расчёта механической характеристики и магнитной цепи. На этом эскизе приведены точки приложения всех сил, действующих в контакторе, даны их направления и плечи.

Рассчитаем силу контактного нажатия, т. е. силу нажатия контактов при полностью включённом реле, Н,

(1)

гдеI_н-ток, коммутируемый рабочими контактами, А; I_н =4,7 А;

К_кн-коэффициент для расчёта контактного нажатия, А/Н; К_кн=5 А/Н.

Рассчитываем величину начальной затяжки возвращающей пружины, Н,

(2)

гдеn-число пар замыкающих контактов.

Для нахождения электромагнитной силы в точке A необходимо составить уравнение моментов, сил, действующих на подвижную часть реле, относительно неподвижной точки О₁.

Для решения данной задачи необходимо знать плечи сил. Плечи сил выбираем из рисунка 2: l₁ = 57 мм, l₂ = 44 мм, l₃ = 42 мм.



Рисунок 2 - Эскиз реле РЭВ-812

Составляем уравнение моментов

(4)

Откуда

(5)

Для нахождения провала, по прототипу принимаем, что воздушный зазор д_A = 21,6 мм, а раствор R = 9 мм.

Как видно из рисунка 2, провал можно найти из выражения

(6)

(7)

Рассчитаем деформацию возвращающей пружины в точке B. Из рисунка 2 видно, что

(8)

(9)

Рассчитаем силу, действующую со стороны пружины. Так как д_B= д_C, считаем что Р_вп^В= Р_вп^С.

(11)

гдеЖ^В_вп-коэффициент упругости возвращающей пружины, Н/м; принимаем Ж^В_вп = 2000 Н/м.

В точке В подвижная часть реле занимает уже другое, отличное от первоначального положение. При этом меняются плечи сил. Однако, в данной работе изменение плеч сил мы учитывать не будем, приняв величину плеч постоянной при любом положении подвижной части реле. Это допущение делается с учётом того, что результаты вычислений не будут различаться более чем на 5%.

Составляем уравнение

(12)

Откуда:

(13)

Находим величину начальной затяжки прижимающей пружины, Н,

(14)

где К_пп - эмпирический коэффициент, принимаем 0,20.

(15)

Составляем уравнение моментов, из которого находим силу сопротивления

(16)

(17)

(18)

Рассчитываем жёсткость прижимающей пружины.

Предварительно найдём сжатие прижимающей пружины

,(19)

Жёсткость прижимающей пружины

,(20)

Сжатие возвращающей пружины в точке D

(21)

Сила деформации возвращающей пружины

(22)

Сила сопротивления в точке D

(23)

По полученным значениям строим механическую характеристику.

Рисунок 3 - Механическая характеристика реле

2. Расчёт магнитодвижущей силы катушки

Так как магнитное поле неоднородно, в следствие поворота якоря, и мы пренебрегаем магнитными потоками рассеивания, наличием воздушного зазора между якорем и магнитопроводом (ярмом), для обеспечения работоспособности электромагнитного привода рассчитываем величину Pⁱ_эм' с использованием коэффициента запаса.

Pⁱ_эм'=К^зPⁱ_эм, (24)

где К^з - коэффициент запаса, по заданию 1,2.

P^А_эм'=1,2·0,153 = 0,184 Н;

P^С_эм'=1,2·12,931 = 15,517 Н.

Рассчитываем МДС воздушного зазора в точке А и точке С.

Необходимый магнитный поток, Вб,

(25)

гдеd_С-диаметр сердечника, м;

Pⁱ_эм'-сила сопротивления приведённая к точке приложения электрической силы для i-ой точки механической характеристики, Н.

Проводимость воздушного зазора

(26)

гдед_i-величина воздушного зазора в i-ой точке механической характеристики, м;

м₀-магнитная проницаемость вакуума; м₀ =1,25·10^-6 Гн/м.

МДС воздушного зазора

(27)

Индукция для i-ой точки на j-ом участке магнитной цепи (сердечник, ярмо и якорь), Тл,

(28)

где f_j - поперечное сечение j-го элемента магнитной цепи, м².

Размеры поперечного сечения: наконечник - диаметр 0,0219 м, сердечник - диаметр 0,0334 м, ярмо - 0,06x0,008 и якорь - 0,05x0,0085 м.



Методом линейной интерполяции находим значения напряжённости на соответствующих участках: H_нА= 1,94 А/см, H_сА= 1,34 А/см, H_мА= 1,71 А/см, H_яА=1,82 А/см, H_нС= 4,72 А/см, H_сС=2,6 А/см, H_мС= 3,82 А/см, H_яС=4,28 А/см.

МДС для i-ой точки на j-ом участке магнитной цепи

(29)

гдеl_j-средняя длина магнитной силовой линии j-го участка магнитной цепи, см (смотри рисунок 2).

МДС катушки электромагнита

, (30)

где n - число участков магнитной цепи электромагнита, выполненных из ферромагнитного материала.

Для дальнейшего расчёта принимается максимальное значение МДС из двух рассчитанных F_A^МДС и F_С^МДС, которое обозначим как F_max^МДС.

3. Расчёт размеров катушки электромагнита Реле

Внешний вид катушки и её размеры представлены на рисунке 2.

Средняя длина витка катушки

(31)

где d_н, d_в - наружный и внутренний диаметры катушки электромагнита.

Сечение проводника (без изоляции)

(32)

гдеF_max^мдс_i-максимальное значения МДС, А;

с_t-удельное сопротивление меди при принятой температуре обмотки, Ом·м;

U-рабочее напряжение катушки электромагнита, В; U=75 В.

(33)

гдес₀-удельное сопротивление меди при температуре равной

0 °С, Ом·м; с₀=1,55·10^-8 Ом·м;

б-температурный коэффициент, 1/°С; б=0,0041 1/°С;

t-температура обмотки, °С; принимаем t=50 °С.

По сортаменту выбираем стандартный диаметр провода без изоляции 0,08 мм; с изоляцией 0,095 мм [2].

Число витков в катушке при рядовой намотке

(34)

гдеК_у-коэффициент укладки, по заданию 0,95;

h_к-высота катушки, м; h_к =0,065м (смотри рисунок 2);

r_к-толщина катушки, м;

d_п-диаметр провода (по изоляции), м.

r_к=(d_нр - d_в)/2, (35)

r_к=(0,055 - 0,0354)/2=0,0098 м;

Ток в катушке электромагнита

(36)

гдеq₁-сечение проводника без изоляции, м.

Уточняем МДС обмотки

(37)

Величина МДС должна удовлетворять условию

реле катушка электромагнит нагрев

F_max^МДС ? F_кат^МДС ? 1,2F_max^МДС, (38)

540,826 А ? 603,48 А ? 648,99 А.

4. Расчёт нагрева катушки электромагнита

Превышение температуры катушки

(39)

гдеR_кат-сопротивление обмотки электромагнита, Ом;

б₀-удельный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°С);

б₀=8,67 Вт/(м²·°С) [2];

S_Н,S_В-соответственно наружная и внутренняя поверхность катушки, м²;

k-коэффициент учитывающий расположение катушки; k=0,9.

(40)

Расчётная температура обмотки

(41)

гдеt_окр-температура окружающей среды, °С; t_окр=50°С.

Расхождение между расчётным значением температуры и принятым ранее составляет

Д = (50,271-50)/50,271·100% = 0,54 %.

Т. е. рабочая температура обмотки катушки электромагнита выбрана верно.

Выбираем для рассчитанной катушки класс нагревостойкости А - 85 ⁰С.

Список использованых литературных источников

1 Скрежендевский, В. В. Электрооборудование тепловозов : учеб.-метод. пособие по выполнению расчетно-графических работ № 1, 2 / В. В. Скрежендевский. - Гомель : БелГУТ, 2007. - 43 с.

2 Электрические машины и электрооборудование тепловозов : учебник для вузов ж.-д.трансп. / Е.Я. Гаккель [и др.] ; под ред. Е.Я. Гаккель. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1981. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru