Файл: Учебное пособие для студентов направления 13. 03. 02 Электроэнергетика и электротехника.docx

При включении обмотки электромагнита на протяжение протекающий электрический ток нагревает обмотку. 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 окружающее пространство).

Превышение установившейся температуры обмотки над окружающим воздухом

можно определить по формуле Ньютона

(23)

где

–мощность обмотки, Вт;

– коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м²∙°С) (рис. 4);

– температура окружающей среды, °С;

– охлаждающая поверхность обмотки, состоящая из внутренней

и наружной

боковых поверхностей, м² [2].

(24)

Здесь

– коэффициент, характеризующий эффективность внутренней охлаждающей поверхности;

для бескаркасных катушек;

для катушек с пластмассовым каркасом;

для катушек, обмотка которых наматывается на сердечник.

Рис. 4. Зависимость коэффициента теплоотдачи

от температуры перегрева: а – бескаркасная катушка; б – каркасная катушка

Если превышение температуры обмотки над окружающим воздухом ниже допустимого

(для провода марки ПЭЛ

), на этом тепловой расчет обмотки заканчивается. Если полученное значение

,а обмоточное окно занято полностью, то необходимо определить или время включения электромагнита при кратковременном режиме, или продолжительность включения ПВ при повторно-кратковременном режиме работы.

Для кратковременного режима превышение температуры

(25)

Подставляя

в уравнение (25), можно определить время включения (работы) электромагнита

;

– постоянная времени нагрева

(26)

где

– удельная теплоемкость обмотки – 390 Дж/(кг°С);

– масса обмотки, кг.

Повторно-кратковременный режим, т. е. поочередное включение

электромагнита характеризует коэффициент продолжительности включения ПВ или ПВ%, где

(27)

Если

,то коэффициент перегрузки по мощности при повторно-кратковременном режиме

можно приближенно выразить в следующем виде:

(28)

Здесь

– мощность при повторно-кратковременном режиме, Вт;

– допускаемая мощность при длительном режиме, Вт,

1.7 Расчет тяговой характеристики электромагнита

Силу тяги электромагнита можно подсчитать по формуле Максвелла (для одного зазора)

или

(29)

где

– магнитный поток в рабочем воздушном зазоре, Вб;

– площадь полюса, м²; _о = 0,4  10^–6, Гн/м.

Формула Максвелла верна, когда поле в зазоре равномерно и вектор индукции перпендикулярен поверхности

, т. е. при малых зазорах. Более удобно силу тяги при движении якоря определять по энергетической формуле

(30)

Величину

определяют графически по зависимости

.

Для втяжных электромагнитов можно воспользоваться приближенной формулой

(31)

Здесь  – рабочий воздушный зазор, м; l_я – длина якоря, м; l – длина катушки, м;

– магнитная проводимость рабочего зазора, Гн.

1.8 Определение времени трогания электромагнита

Время срабатывания электромагнита постоянного тока состоит из времени трогания и времени движения (

). Для обычных электромагнитов

,поэтому ориентировочную оценку времени срабатывания электромагнита можно сделать по времени трогания.

При начальном положении якоря

магнитная цепь электромагнита не насыщена, тогда

(32)

где

(33)

– эквивалентная проводимость электромагнита при

.

Для клапанных электромагнитов, если обмотка расположена на сердечнике, то

если на основании

Для втяжных электромагнитов [3]

Уравнение (32) решаем относительно тока

(34)

Здесь

(35)

Движение якоря от начального положения

начнется с момента, когда сила тяги электромагнита станет больше суммарной противодействующей силы

. Электромагнитная сила, при которой начинается движение якоря, называется силой трогания

, а, соответственно, ток, создающий эту силу – током трогания

.

Зависимость силы тяги электромагнита и противодействующей силы от зазора для электромагнитов постоянного тока показана на (рис. 6).

Если в уравнение (34) подставить величину тока трогания, то время трогания

будет равно

(36)

где коэффициент запаса

(37)

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1 Исходные параметры проектирования

Выбор типа магнитной цепи электромагнита зависит от многих факторов:

1) характера тяговой характеристики, зависящей от назначения электрического аппарата;

2) вида противодействующей характеристики;

3) величины коэффициента возврата

;

4) величины времени срабатывания или отпускания;

5) величины потребляемой мощности и т.д.

В основном выбор типа магнитной цепи зависит от заданных при проектировании электромагнита параметров.

Данное пособие дает методику проектирования электромагнитного механизма при слудующих заданных параметрах:

а) начальное тяговое усилие

, Н;

б) ход якоря

, см;

в) температура окружающей среды

, °С;

г) напряжение обмотки электромагнита U, В;

д) режим включения обмотки (ПВ) – длительный, кратковременный или повторно-кратковременный;

е) материал магнитопровода.

2.2 Выбор типа магнитной цепи

Выбор типа магнтиной цепи электромагнита желательно сделать таким, чтобы масса и габаритные размеры его были минимальными. На основе расчетов и экспериментов получены рекомендации для выбора типа электромагнита (при полезной работе порядка 12 Дж) по величине конструктивного показателя