Меню

Рассчитать электромагнит переменного тока

Расчет электромагнита переменного тока

Эскизы однофазных: электромагнитов переменного тока с различными типами магнитопроводов показаны на рис.2.1 — 2.3. Амплитудное значение магнитного потока Фm при действующем значении напряжении питания U , частоте f и числе витков обмотки W без учета активного сопротивления обмотки определяется по формуле

Число витков обмотки приближенно равно

С учетом активного сопротивления обмотки (коэффициент kn =0,7 + 0,9) при заданной индукции в рабочем зазоре Bem и активном сечении магнитопровода Sm число витков

Амплитудное значение силы для однофазных систем без экранирующего витка при равномерном поле в рабочем зазоре и ненасыщенной магнитной системе определяется по формуле Максвелла (2):

где Sп — площадь полюса, м 2 .

Среднее значение силы

Если магнитный поток изменяется по синусоидальному закону Фi = Фm sinwt, то мгновенное значение электромагнитного усилия, согласно (2.4),

Методики определения электромагнитного усилия Рэ в функции от величины зазора, а также от времени для электромагнитов переменного тока приведены в работах [1,2,8].

Рис.2.1. Эскиз электромагнита переменного тока с втягивающимся якорем, имеющим квадратное сечение: 1 — якорь; 2 — остов; 3 – обмотка

При определении основных размеров н параметров однофазных электромагнитов с экранирующими витками площадь сечения полюса (м 2 ) может быть найдена по приближенной формуле, полученной из уравнения Максвелла исходя из условия отсутствия вибрации якоря

где кр = (1,1 — 1,3) — коэффициент запаса по силе; В 2 dm = (1/1,2) Tл — индукция в рабочем зазоре, которую выбирают вблизи колена кривой намагничивания применяемых сталей; Рпр. к – расчетная противодействующая сила при притянутом якоре, Н (для двухкатушечного электромагнита с двумя рабочими зазорами Р’пр. к = 0,5Р пр. к; Sп =b·a — площадь сечения полюса, г; м 2 ; в/а = 1…2 — отношение ширины полюса к его толщине.

Рис.2.2. Эскиз двухкатушвчного П-обраэного электромаг­нита переменного тона с внешним прямоходовым якорем и квадратным сечением полюса: 1 – якорь; 2 – экранирующий биток; 3 – остов; 4 – обмотка.

Рис. 2.3 Эскиз клапанного П-образного электромагнита переменного тока; 1 — якорь; 2 — сердечник; 3 — основа­ние; 4 — обмотка; 5 — экранирующий виток

Для двухкатушечного электромагнита при квадратном сечении полюса размер стороны квадрата (м), определяемый по приближенной формуле [2] и условия превышения средней электромагиитной силы над противодействующей [1,2] , равен

где Рпр — сила для той точки противодействующей характеристики, в которой произведение силы на зазор является максимальным.

При выбранной по уравнению (2,7) площади полюса Sп ширина полюса (м) (при условии квадратного сечения) равна

где ∆паз — ширина паза под экранирующий виток, выбирается из конструктивных соображений, м; kзс — коэффициент заполнения по стали.

Размер а2 экранированной части полюса

где аэ = 0,25 — 0,5 — отношение площади неэкраниреванной части полюса и экранированной.

Размер а1 неэкранированной части полюса

Электрическое сопротивление экранирующего витка (Ом)

где δк — конечный зазор между якорем и полюсом, м.

Высота экранирующего витка (м)

где ∆в — толщина витка, м; = [1 + d (Q — Q )] — удельное электрическое сопротивление материала экранирующего витка при температуре нагрева Q. Ом-м; d — температурный коэффициент сопротивления, I/ о C; — удельное электрическое сопротивление материала витка при Q, Ом-м.

Определяется площадь полюса Sэ = а2b , охваченная витком, и площадь полюса Sн = а1b, не охваченная витком. Если пренебречь потерями мощности в короткозамкнутом витке и падаиием МДС на стальных участках магнитной цепи, то можно рассчитать угол сдвига между магнитными потоками, преходящими через эти части полюса.

φ = arctg φ ≈ arctg ω λδэк / τв , (2.14)

где λδэк— проводимость зазора в экранированной части полюса при притянутом якоре. Практически достигнуть φ = 90 о невозможно и обычно φ =50 — 80°.

Мгновенные значения усилий для неэкранированной Pэнi, и экранированной Рээi частей полюса можно определить по формулам соответственно

где амплитуды усилий

Амплитуды магнитных потоков:

Среднее значение суммарной силы, действующей на якорь,

Максимальное и минимальное усилия, действующие на якорь

где — амплитуда усилия переменной составляющей.

Изменение электромагнитных сил во времени показано на рис.2.4.

Рис.2.4. Изменение электромагнитных сил во времени при наличии короткозамкнутого витка

Для устранения вибрации якоря должно выполняться условие PΣmin >P мех. Если его условие не соблюдается, то параметры экрана варьируются.

МДС обмотки (А) для двухкатушечного электромагнита с двумя экранирующими витками определяют по приближенной формуле

где ku = 1,2 — 1,3 — коэффициент колебания напряжения сети; kn =1,1 — 1,4 — коэффициент, учитывающий падение магнитного потенциала в стали; Rδ1 и Rδ2 — магнитное сопротивление рабочих зазоров в неэкранированной и экранированной частях полюса, Гн -1 , Rе — магнитное сопротивление паразитного зазора, Гн -1 ; Хмв = 2πf/τв — магнитное реактивное сопротивление экранирующего (короткозамкнутого) витка, Гн -1 .

Для магнитных систем с внешним притягивающимся якорем МДС обмотки (А) без учета магнитного сопротивления стали при заданном потоке в рабочем зазоре Фδm находят по формуле

, (2.25)

где ZδΣ — суммарной магнитное сопротивление, Гн -1 , выражение для которого находят по схеме замещения магнитной цепи. Для приближенных расчетов можно принять. ZδΣ ≈ RδΣ.

Площадь сечения обмоточного провода (м 2 )

где ∆пр — плотность тока в проводе, N/м .

Площадь обмоточного окна одной катушки в двухкатушечном электромагните (м 2 ) равна

где kз.м. — коэффициент заполнений обмотки по меди. Индуктивность обмотки

где λмΣ — эквивалентная магнитная проводимость системы, Гн.

Ток трогания (А) при начальной противодействующей силе Рпр (Н) для двухкатушечного электромагнита с двумя рабочими зазорами равен

где dL/dδ — производная индуктивности по ходу якоря при начальном рабочем зазоре, Гн/м.

Амплитудное значение пускового тока при сопротивлении обмотки r

где Um — aмплитудное значение напряжения питания.

Время срабатывания реле

Минимальное и максимальное время трогания

Минимальное и максимальное время движения

. (2.34)

, (2.35)

где d — коэффициент рассеяния; Фm — амплитуда магнитного потока ВΣ, равная

. (2.37)

Среднее значение тяговой (электромагнитной) силы электромагнита (Н) определяется по энергетической формуле

, (2.38)

где I = U/Z — ток в обмотке, А; ψ = E/(2 π f) – действующее значение среднего потокосцепления, Вδ ;

— ЭДС обмотки; dψ/dδ , dI/dδ — производные, определяемые методом графического дифференцирования зависимостей I = f (δ) и ψ = f (δ); —

полное сопротивление обмотки.

Построение тяговой характеристики Рэср= f (δ) производится в такой последовательности: задаваясь величиной зазора, определяют λ мэ , Z, I, E, ψ, строят зависимости I = f (δ) и ψ = f (δ), графическим методом определяют производные и dψ/dδ , dI/dδ. Эти значения подставляют в формулу (2.38).

Контрольное задание № 3. Расчет реле напряжения постоянного тока на герконах

Исходные данные

Студенты, у которых предпоследние цифры номера зачетной книжки от 0 до 3, применяют герконы типа КЭМ-1, от 3 до 7 — типа КЭМ-2, а от 7 до 9 — типа КЭМ-6. Номер варианта выбира­ется но последней цифре номера зачетной книжки в табл.3.1.

Требуется выбрать параметры обмотки управления для реле напряжения с внутренним расположением герконов.

Номер варианта
Напряжение управле­ния Uу В
Количество гарконов n, шт

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Рассчитать электромагнит переменного тока

За последние 60 дней 2 выпусков (1-2 раза в 2 месяца)

Статистика

Электротехническая энциклопедия #162. Про электромагниты

Электротехническая энциклопедия

Здравствуйте , уважаемые подписчики!

Читайте также:  Работа тяговой подстанции постоянного тока

Cегодня в выпуске:

1. Пример простейшего расчёта электромагнита

2 . Про электромагниты в «Школе для электрика»

3. Электромагниты в книге рекордов Гинесса

4. Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

Пример простейшего расчёта электромагнита

Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной.

Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь.

Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью.

В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф.

Ф = B х S = магнитная индукция х площадь поперечного сечения магнитопровода.

При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью.

Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков.

Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см 2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода l = l1 + l2 , равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.

Если диаметр сердечника примем равным 2 см, то его площадь будет равна S = (3,14 х d 2 ) / 4 = 3,14 см2. Отсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S = 10000 х 3,14 = 31400 силовых линий.

Можно приблизительно вычислить подъемную силу электромагнита ( P) .

P = B 2 х S / (25 х 1000000) = 12,4 кг.

Для двухполюсного магнита этот, результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг, или приблизительно 25 кг.

При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N х J — 60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 А и 240 витков.

Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A — 0,4 мм 2 , а для тока в 0,25A — 0,05 мм 2 .

Каким же из этих проводов следует производить обмотку?

С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=N x lt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x d .

В нашем примере d = 2 см, и lt 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1512 см. Сопротивления обмоток будут также различными.

Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат. Для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 А нужное напряжение для питания катушки составит 1,3 — 1,4 В, то есть как раз напряжение одного элемента.

Таков элементарный расчет электромагнитов.

Источник: Техническое творчество. Издательство ЦК ВЛКСМ “Молодая гвардия”. М., 1955 г.

Саму книгу в формате DjVu Вы можете скачать по этой ссылке: http://narod.ru/disk/21046539000/creation.zip.html (30 мб)

Про электромагниты в «Школе для электрика»

Магнетизм и электромагнетизм

Среди железных руд, добываемых для металлургической промышленности, встречается руда, называемая магнитным железняком. Эта руда обладает свойством притягивать к себе железные предметы. Кусок такой железной руды называется естественным магнитом, а проявляемое им свойство притяжения — магнетизмом.

В наше время явление магнетизма используется чрезвычайно широко в различных электрических установках. Однако теперь применяют не естественные, а так называемые искусственные магниты . Читать далее >>

Про магнитное поле, соленоиды и электромагниты

Магнитное поле создается не только естественными или искусственными постоянными магнитами, но и проводником, если по нему проходит электрический ток. Следовательно, существует связь между магнитными и электрическими явлениями. Убедиться в том, что вокруг проводника, по которому проходит ток, образуется магнитное поле, нетрудно. Над подвижной магнитной стрелке параллельно ей поместите прямолинейный проводник и пропустите через него электрический ток. Стрелка займет положение, перпендикулярное проводнику. Какие же силы могли заставить повернуться магнитную стрелку? . Читать далее >>

Электромагниты

Электромагнит создает магнитное поле с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Для того чтобы усилить это поле и направить магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали. Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. . Читать далее >>

Параметры и характеристики электромагнитов

Наиболее общими являются динамические характеристики, которые учитывают изменения н. с. электромагнита в процессе его срабатывания за счет действия ЭДС самоиндукции и движения, а также учитывают трение, демпфирование и инерцию подвижных частей.

Читайте также:  Как найти все токи в цепи по закону ома

Для некоторых типов электромагнитов (быстродействующие электромагниты, электромагнитные вибраторы и т. п.) знание динамических характеристик является обязательным, так как только они характеризуют рабочий процесс таких электромагнитов. Однако получение динамических характеристик сопряжено с большой вычислительной работой. Поэтому во многих случаях, особенно когда не требуется точного определения времени движения, ограничиваются рассмотрением статических характеристик. . Читать далее >>

Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока

Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами постоянного тока. Такое сравнение даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей электромагнитов.

При заданной площади сечения полюсов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя величина силы тяги в электромагните переменного тока будет вдвое меньше силы в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазной, так и к многофазным системам. Иными словами, использование стали в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните постоянного тока . Читать далее >>

Как правильно выбрать электромагнит

В качестве исполнительных механизмов широко применяются электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа. Их называют соленоидными. В зависимости от конструктивного исполнения, типа и условий применения выходной координатой соленоидных исполнительных механизмов могут быть: для исполнительных механизмов с прямолинейным движением рабочего органа – перемещение, скорость и усилие . Читать далее >>

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

Для электромагнитов, время срабатывания которых должно отличаться от нормального (0,05 — 0,15 с.) в ту или иную сторону, необходимы специальные меры для обеспечения временных параметров. Эти меры могут быть направлены либо на изменение конструкции и параметров электромагнита, либо на применение схемных способов изменения времени срабатывания. В связи с этим эти методы и получили название — конструктивные или схемные методы . Читать далее >>

Грузоподъемные электромагниты: устройство, схема включения

Использование грузоподъемных электромагнитов позволяет сократить длительность операций зацепления и снятия ферромагнитных материалов при транспортировке.

Грузоподъемные круглые электромагниты типа М-22, М-42, М-62 советского производства (ранние аналоги — М-41, М-61 или поздние аналоги — М-23, М-43, М-63) предназначены для захвата и перемещения крановыми механизмами скрапа, металлолома, блюмса, поковок, пакетированного лома, рулонного проката. Но с успехом используются при переносе листового проката, длиномерного и при работе на траверсе . Читать далее >>

Наладка электромагнитов и электромагнитных муфт

Обычно наладку электромагнитов выполняют в следующем объеме: внешний осмотр, измерение сопротивления катушки постоянному току, измерение сопротивлений изоляции катушки и листов магнитопровода, снятие механической характеристики и регулировка на месте установки.

При внешнем осмотре проверяют состояние магнитной системы, катушки и ее выводов, нет ли короткозамкнутого витка (у электромагнитов переменного тока) . Читать далее >>

Электромагниты в книге рекордов Гинесса

Самый тяжёлый магнит

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская обл.

Самый большой электромагнит

Крупнейший в мире электромагнит является частью детектора L3, используемого в экспериментах на большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) Европейского совета ядерных исследований, Швейцария.

Электромагнит 8-угольной формы состоит из ярма, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Элементы ярма, весом до 30 т каждый, были изготовлены в СССР. Катушка, сделанная в Швейцарии, состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на 8-угольной раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по алюминиевой катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов.

Габариты электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.

Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это устройство создал Вильям Стерджен.

Он родился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни малейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителем петушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот, по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как только представился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время девятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он много читал, ставил физические и химические опыты.

Однажды, когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган, сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно сильное впечатление и привлек его внимание к электричеству.

Он стал читать книги по естествознанию, однако вскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает. Тогда он решил начать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант той же части снабжал его книгами, которые Вильям, освободившись от вахты, читал по ночам. Вскоре он перешел к математике, мертвым и новым языкам, оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было ремонтировать часы и чертить.

После освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических . Читать далее >>

Полезные ссылки:

Электромагниты Джозефа Генри — Знаменит Джозеф Генри (Joseph Henry) прежде всего тем, что, увлекшись «тайнами» электромагнетизма, стал создателем уникальных мощнейших электромагнитов с фантастической подъемной силой — от 30 до 1500 кг при собственном весе магнита 10 кг. Один из его электромагнитов, созданный в 1831 году, способный поднять 1000 кг сейчас он хранится в Смитсоновском институте в Вашингтоне . подробнее >>

Л. Д. Белкинд, О. Н. Веселовский, И. Я. Конфедератов, Я. А. Шнейберг. История энергетической техники. М., Л.: Госэнергоиздат, 1960.

О. Н. Веселовский, Я. А. Шнейберг Очерки по истории электротехники. Учебное издание. М.: Издательство МЭИ, 1993.

Источник



Рассчитать электромагнит переменного тока

Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью.

При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью.

Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков.

Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ам-первитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 4,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Читайте также:  Сопротивление тпж постоянному току ркгм 4

Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода Z=/1-)-/2, равной 20 см -f- 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.

Для двухполюсного магнита этот, результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг ^ 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N-J—60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 а и 240 витков. Таким обра-1 зом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1. мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A — 0,4 мм2, а для тока в 0,25A — 0,05 мм2.

Каким же из этих проводов следует производить обмотку?
С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=Nxlt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x Д. В нашем примере Д = 2 см, и 1г x 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1 512 см. Сопротивления обмоток будут также различными.

Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат; для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 а нужное напряжение для питания катушки составит 1,3-г-1,4 в,-то-есть как раз напряжение одного элемента.

Источник

Расчет обмоток электромагнитов

В результате расчета магнитной цепи определяется не­обходимая МДС обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуе­мую МДС, а с другой — чтобы ее максимальная темпера­тура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

В зависимости от способа включения различают обмот­ки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряже­ние, приложенное к обмотке, постоянно по своему действу­ющему значению, во втором сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.

Расчет обмотки электромагнита постоянного тока.

На рис. 4.8 показаны магнитопровод и катушка электро­магнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2.

Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение и МДС.

Сечение обмоточного провода находим, исходя из потребной МДС:

где удельное сопротивление; сред­няя длина витка (рис. 4.8); сопротивление обмотки, равное .

Из (4.13) следует, что при неизменной средней длине витка и заданном МДС определяется произведением .

Если при неизменном напряжении и средней дли­не витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число вит­ков. Ток в обмотке возрас­тет, так как сопротивление ее уменьшится за счет уменьшения числа витков и увели­чения сечения провода.

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла, определяется следующим образом: .

Число витков обмотки при заданном сечении катушки определяется коэффициентом заполнения по меди , где – площадь, зани­маемая медью обмотки; – сечение обмотки по меди. Число витков . Тогда мощность, потребляемая обмоткой, определится выражением

Для расчета обмотки тока исходными параметрами яв­ляются МДС и ток цепи .

Число витков обмотки нахо­дится из выражения . Сечение провода можно выбрать исходя из рекоменду­емой плотности тока, равной 2…4 А/мм 2 для продолжитель­ного, 5…12 А/мм 2 для повторно-кратковременного, 13…30 А/мм 2 для кратковременного режимов работы.

Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы обмотки и электромагнита не превышает 500 ч. Площадь окна, занимаемого рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода

Зная , можно определить среднюю длину витка, сопротивление обмотки и потери в ней. После этого может быть проведена оценка нагрева обмотки.

Расчет обмотки электромагнитов переменного тока.

Исходными данными для расчета обмотки напряжения являются амплитуды МДС, магнитного потока и напряжение сети. Напряжение сети уравновешивается активным и реактивным падениями напряжения

где и – действующие значения напряжения и тока, соответственно.

Поскольку ток и сопротивление могут быть рассчитаны только после определения числа витков, то формула (4.15) не позво­ляет сразу найти все параметры обмотки. Задача решает­ся методом последовательных приближений.

Так как активное падение напряжения значительно меньше реактивного, то в начале расчета принимают .

Тогда число витков обмотки .

Сечение провода определяют, задавшись плотностью тока в зависимости от режима работы. Выбрав стандартный диаметр и способ ук­ладки провода, находим коэффициент заполнения и пло­щадь окна обмотки .

После этого определяем среднюю длину витка и активное сопротивление обмотки .

Если после подстановки полученных данных в (4.15) ле­вая часть отличается от правой более чем на 10 %, то не­обходимо варьировать число витков до получения удовле­творительного совпадения.

После расчета проводится проверка обмотки на на­грев. Расчет ведется так же, как и для обмоток постоянно­го тока.

Особенностью является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод вы­деляемого в обмотке тепла через сердечник затруднен, точка с максимальной температурой лежит на внутрен­нем радиусе обмотки. Для улучшения охлаждения стре­мятся увеличивать поверхность торцов катушки при умень­шении ее длины.

Источник