Проектирование электромагнита постоянного тока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на тему: ”Проектирование электромагнита постоянного тока ”

 

 

Содержание

 

Введение

1. Предварительный расчёт электромагнита

1.1 Выбор параметров и безразмерных коэффициентов

1.2 Расчёт ядра электромагнита

1.3 Основные параметры ядра электромагнита

2. Разработка конструкции электромагнита

2.1 Разработка рабочего эскиза

2.2 Уточнение размеров электромагнита

2.3 Определение конструктивных параметров магнитопровода

3. Проектный расчёт основных параметров электромагнита

3.1 Расчёт основных параметров электромагнита

3.2 Определение проектных параметров катушки

3.3 Расчёт теплового режима

3.4 Определение весовых показателей электромагнита

Заключение

Список используемой литературы

 

 

Введение

 

Целью разработки курсового проекта является практическое применение студентами теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины “Электрические и электронные аппараты” путем решения конкретных инженерных задач, и приобретение ими навыков в проектировании основных элементов электрических и электронных аппаратов.

Проект электромагнита электрического аппарата выполняется в объеме технического проекта с разработкой эскиза конструкции электромагнита, расчёта основных его элементов и технических показателей.

Электромагнитные устройства входят в состав значительной части коммутационных аппаратов (особенно низкого напряжения), реле, устройств дистанционного управления, тормозных и подъёмных устройств. Предлагаемая для использования в курсовом проекте методика расчёта ЭМ основывается на использовании упрощенных расчетных формул, обеспечивающих приемлемую точность за счёт применения установленных экспериментально ряда корректирующих и конструктивных коэффициентов.

Конструкция ЭМ в основном определяется требованием создания необходимой электромагнитной силы при определенных условиях нагрева и охлаждения катушки, т.е. зависит от размеров магнитопровода, наличия рабочих и нерабочих зазоров, размеров и обмоточных данных катушки. Остальные элементы конструкции в меньшей степени влияют на работу ЭМ. Поэтому целесообразно ввести некоторые характерные для принятой методики расчёта понятия:

- ядро ЭМ - часть ЭМ, состоящая из втягивающей катушки, участка магнитопровода, охватываемого ею, и полюсного наконечника;

-определяющий размер ядра ЭМ - диаметр сердечника ЭМ d_c;

-расчёт ядра ЭМ - определение размера ядра и обмоточных данных катушки.

В процессе разработки проекта необходимо выполнить следующий объём расчётов:

1) определить основные размеры электромагнита;

2) рассчитать обмоточные данные катушки;

3) разработать чертеж электромагнита;

4) определить максимальную температуру по сечению катушки электромагнита;

5) оценить потребляемую ЭМ мощность в рабочем режиме, вес электромагнита.

 

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Тип электромагнита	Критический зазор δ0, см	Критическая сила F0, кг	Напряжение сети, В
15	прямоходовой	0,8	4,5	110

страхование полис осаго

 

 

1. Предварительный расчёт ядра электромагнита.

 

1.1 Выбор параметров и безразмерных коэффициентов.

 

Задаемся некоторыми параметрами и безразмерными коэффициентами предварительного расчёта, при этом класс изоляции А и допустимое превышение температуры катушки относительно окружающей среды выбираем из приложения 2 {1}:

Принимаем

При температуре окружающей среды ν_ос= 35⁰С допустимая температура катушки:

 

 

В соответствии с принятыми значениями и находим коэффициент теплопередачи с наружной поверхности катушки:

 

 

Определяем удельное сопротивление нагретой катушки:

 

,

 

где - удельное сопротивление медного провода при 0 ⁰С; - температурный коэффициент, тогда:

 

Коэффициент теплообмена с внутренней поверхности катушки:

 

,

 

где - коэффициент, учитывающий теплообмен между внутренней поверхностью катушки и сердечником и зависит от исполнения катушки, тогда получаем:

На основании опыта проектирования, принимаем значения безразмерных коэффициентов с учётом наличия на сердечнике полюсного наконечника по таблице 3.1 {1} рис. 1, где:

 

 

Принимаем тогда .

Принимаем предварительное заполнение окна катушки металлом провода:

 

,

 

где - сечение провода и обмотки,см²; - число витков обмотки; и - высота и ширина катушки (рис.1); f в зависимости от марки провода и способа укладки проводов. Принимаем коэффициент .

Задаемся возможным снижением напряжения в сети ; а также значением магнитного потенциала в стали и в нерабочих зазорах (снижение МДС). В рационально построенных конструкциях падение МДС в стали магнитопровода составляет 10÷20%, а в нерабочих воздушных зазорах 5÷10% от величины полной МДС катушки :

 

,

где - МДС, приходящаяся на основной рабочий зазор.

Принимаем .

 

1.2 Расчёт ядра электромагнита

 

Приближенное значение индукции в воздушном зазоре для поворотного электромагнита можно получить, используя безразмерные конструктивные коэффициенты в виде:

 

,

 

где - постоянная величина для поворотного электромагнита и:

 

Тогда значение индукции в воздушном зазоре:

В связи с наличием полюсного наконечника происходит “выпучивание” магнитного потока в зазоре ( силовые линии поля исходят не только из горизонтальной плоскости полюсного наконечника, но и из его боковых сторон). Значение коэффициента “выпучивания”, учитывающего это явление для ЭМ, определяется по формуле:

 

,

 

где - некоторый текущий параметр, тогда коэффициент “выпучивания”:

Определяющий размер ядра электромагнитного элемента (диаметр сердечника) можно найти из зависимости:

 

 

Т.к. совместное решение громоздко, то используется графоаналитический метод:

 

,

 

Задаемся произвольными значениями и посчитанные результаты сводим в таблицу 2.

 

Таблица 2

						Примечание
1	1	1	1	2,3	0,072	Меньше 8,79
2	4	8	32	1,65	1,663	Меньше 8,79
2,2	2,25	10,648	51,536	1,591	2,582	Меньше 8,79
2,4	2,56	13,824	79,626	1,542	3,865	Меньше 8,79
2,6	6,76	17,576	118,814	1,5	5,612	Меньше 8,79
2,8	7,84	21,952	172,104	1,464	7,935	Меньше 8,79
3	9	6,859	245	1,433	10,967	Больше 8,79

 

Рис.2.График зависимости .

 

По расчётным данным строим зависимость и на полученной кривой, интерполируя, находим значение χ, соответствующее заданной величине ,что позволяет получить определяющий размер ядра электромагнита , см:

 

 

1.3 Основные параметры ядра электромагнита

 

Определим основные параметры ядра электромагнита:

а) габариты ядра электромагнита:

- ширина катушки

 

 

 

- высота катушки

 

 

 

- диаметр полюсного наконечника

 

 

 

б) предварительные параметры катушки:

- необходимая МДС для поворотного электромагнита, :

 

,

 

где

Найдем необходимую МДС:

-сечение провода обмотки (расчётное), см²:

 

 

-диаметр провода (расчётный), см:

 

Найдем диаметр провода:

Выбираем ближайший размер провода марки ПЭЛ (приложение 4 {1}), а именно:

диаметр по меди (фактический): 0,35 мм;

диаметр по изоляции (фактический):

;

сечение по меди (фактическое): 9,62·10^-4 см².

- число витков для поворотного электромагнита:

 

 

 

Результаты предварительного расчёта сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 Результаты предварительного расчёта проектируемого электромагнита.

Основные расчётные параметры	Ед. измерения	Значения
Критическая сила	кг	4,5
Критический зазор	см	0,8
Определяющий размер ядра	см	2,28
Индукция в зазоре	Вб/см	0,2295∙10-4
		0,7
		4,0
		1,6
		2,8
Диаметр полюсного наконечника	см	3,67
Магнитодвижущая сила (МДС)	Ав	3,573·103
Сечение провода	мм2	0,0962
Диаметр провода	мм	0,35
Число витков	в	10590
Ширина катушки	см	1,596
Высота катушки	см	6,384

 

 

2. Разработка конструкции электромагнита

 

2.1 Разработка рабочего эскиза электромагнита

 

Рис.3. Рабочий эскиз электромагнита.

 

2.2 Уточнение размеров электромагнита

 

Разработка конструкции электромагнита производится по данным предварительного расчёта в соответствии с требованием технологичности конструкции, надежности ее эксплуатации. В процессе эскизной проработки проекта уточняются геометрические размеры магнитопровода и катушки с учётом округления до конструктивных размеров и использования существующих сортаментов на материалы.

Исходными данными проектного расчёта являются результаты предварительного расчёта ЭМ:

критическая сила (кг) и критическиё зазор ;

полученные в предварительном расчёте определяющий размер ЭМ ; сечение металла провода , см и МДС (катушек) , Ав;

принятые значения безразмерных коэффициентов , определяющие габариты электромагнита. Скорректированные в проектном расчёте размеры ЭМ будем снабжать индексом штрих (ў); , и т.д..

Учитывая имеющийся опыт проектирования электромагнитных устройств:

-уточним размеры , исходя из соображения округления полученного ранее размера до конструктивного размера или имеющегося сортамента материала увеличим на 9-10%,см:

-принимаем конструктивно размеры высоты полюсного наконечника и расстояние от скобы магнитопровода до катушки (или между двумя катушками) , которое определяется удобством замены катушки, но не менее 5ё10 мм:

 

-уточним размеры катушки:

 

  ,

 

высоту катушки:

 

,

 

где - толщина изоляции шайбы, примем ,

ширину намотки:

 

,

 

ширину катушки:

 

,

 

где см, см,

 - принимаем конструктивно в соответствии с выбором способа изоляции и толщиной корпуса катушки (1,5ё2,5 мм).

-определим диаметр полюсного наконечника:

 

,

 

-определим наружный диаметр катушки:

 

,

 

-внутренний диаметр катушки:

 

 

По полученным размерам и исполнению катушки определяем ее поверхность охлаждения с учётом возможного различия теплоотдачи на ее участках: