Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра САУ

Разработка электромеханической системы

Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине «Основы электромеханики»

Студент группы 120151 Федосейкин С.В.

Руководитель: доц. к.т.н. Илюхина Н.С.

Тула 2008

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра САУ

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине "Основы электромеханики"

студенту 120151 Федосейкин С. В.

индекс группы Фамилия, инициалы

Исходные данные

1. Напряжение источника питания системы: 22010% В, 50 Гц

2. Напряжение питания электромагнита: 24 В

3. Требуемые характеристики системы:

а) ход якоря – 6 мм

б) начальное усилие без учета действия пружины - 60 Н

в) начальное поджатие пружины - 15 Н

г) время срабатывания – 0,15 с

д) время отпускания – 0,075 с

ж) режим работы - длительный

з) температура перегрева – 50^о С

4. Условия эксплуатации:

а) температура окружающей среды – 20^о С

Вопросы подлежащие разработке

1. Выбор типа конструкции электромагнита

2. Расчет размеров магнитопровода, параметров обмотки и составление эс­киза магнитной цепи

3. Поверочный расчет электромагнита

4. Выбор схемы и расчет усилителя мощности

5. Расчет характеристик системы

6. Расчет источника питания

Чертежи

1. Сборочный чертеж исполнительной части системы

2. Деталировки (4-5 основные детали)

Аннотация

В курсовом проекте рассмотрены вопросы разработки электромагнита втяжного типа с коническим стопом. Проведен расчет размеров магнитопровода, выбрана его конструкция. Выполнен поверочный расчет.

К полученному электромагниту разработан блок питания и усилитель мощности на транзисторе, также рассчитана схема защиты транзистора от пробоя обратным напряжением с обмотки магнитопровода.

Составлена математическая модель электромагнита и усилителя мощности. Разработана программа в среде программирования Delphi, реализующая математическую модель. В результате работы программы получены статические и динамические характеристики электромагнита.

Содержание

1. Введениею……………………………………………………………………...6

2. Выбор конструктивного типа и формы стопа…………………………….... 9

3. Проектный расчёт……………………………………………………………..10

4. Поверочный расчёт …………………………………………………………..14

5. Расчёт винтовой пружины………………………………………………….. 16

6. Программа расчёта и анализ статических характеристик системы ……… 19

7. Программа расчёта и анализ динамических характеристик системы …….25

8. Расчёт источника питания ………………………………………………….. 36

9. Разработка конструкции электромеханической системы ………………… 38

10. Библиографический список ………………………………………………… 41

1.Введение.

Под электромагнитным механизмом (ЭММ) понимают устройство, работа которого основана на взаимодействии ферромагнитного подвижного элемента с магнитным полем, создаваемым намагничивающей обмоткой. ЭММ состоит из двух основных узлов: электромагнита (ЭМ) и исполнительного механизма (исполнительного органа, механизма нагрузки). ЭММ является преобразователем электромагнитной энергии ЭМ в механическую энергию исполнительного механизма.

Благодаря своим богатым функциональным возможностям ЭММ в настоящее время нашли широкое применение вообще и в особенности в приборных устройствах. Они отличаются не только большим разнообразием выполняемых функций, но и в еще большей степени разнообразием конструктивных решений.

Особенности приборных ЭММ заключаются в следующем. Во-первых, приборные ЭММ – маломощные механизмы. Во-вторых, к ним часто предъявляют высокие требования в отношении динамических характеристик (быстродействия). В-третьих, это преимущественно ЭММ постоянного тока. ЭММ постоянного тока в сравнении с ЭММ переменного тока имеют значительно меньшую потребляемую мощность, массу и габариты и способны развивать бóльшие тяговые усилия. Даже в тех приборных устройствах, в которых имеется лишь питающая сеть переменного тока, выгоднее установить специальный выпрямитель, чем использовать ЭММ переменного тока. Такой выпрямитель легко может быть реализован на полупроводниковых элементах, учитывая, что ЭММ приборных устройств являются маломощными. И, наконец, в-четвертых, приборные ЭММ нередко отличаются особыми тяговыми характеристиками, что объясняет особенности их применения.

Наибольшую трудность при создании ЭММ представляет расчет и проектирование наиболее сложного и специфического узла ЭММ – его электромагнита.

Существующие в настоящее время ЭМ характеризуются большим разнообразием конструктивных форм магнитопроводов, расположения обмоток, способов их питания. Их классифицируют по следующим наиболее важным признакам:

• по характеру движения якоря: с угловым и поступательным перемещением якоря;

• по расположению якоря: с внутренним или с втягивающимся якорем (ЭМ соленоидного типа или втяжные) и с внешним якорем;

• по виду тяговой характеристики (зависимость силы электромагнитного притяжения F_Э, действующей на якорь, от воздушного зазора δ).

Втяжные ЭМ отличаются большим ходом якоря, малыми размерами и высоким быстродействием. Втяжные ЭМ со стопом создают бóльшие усилия, чем без стопа. Это усилие резко растет по мере приближения якоря к стопу. На форму тяговой характеристики существенно влияют размер и форма стопа: конический стоп в сравнении с плоским позволяет увеличить начальное тяговое усилие; при увеличении высоты стопа седлообразная тяговая характеристика приближается к гиперболической.

В данном курсовом проекте будет рассчитываться втяжной электромагнит. Он является нейтральным ЭМ, так как для него характерно наличие одного магнитного потока, который создается управляющей обмоткой, расположенной на статоре. Обмотка управления питается от усилителя мощности работающего в ключевом режиме (на обмотку подаются прямоугольные импульсы, а информация содержится в длительности импульса).

Различают две основные задачи проектирования ЭМ – прямую и обратную. Прямая задача заключается в определении по заданным исходным данным типа ЭМ, его геометрических размеров и характеристик намагничивающей катушки, то есть это создание конструкции. Обратная задача выражается в проверочном расчете уже существующего или известного ЭМ с определением точных его магнитных характеристик и проектированием катушки. В нашем случае имеет место прямая задача.

Порядок проектирования ЭМ по заданным параметрам (прямая задача) обычно выполняется в два этапа: сначала производится проектный (предварительный) расчет, а затем поверочный (окончательный) расчет. На первом этапе: определяют недостающие и уточняют имеющиеся исходные данные; выбирают тип ЭМ; выбирают магнитные характеристики ЭМ (индукцию в воздушном зазоре, максимальную индукцию); определяют основные размеры и параметры ЭМ. На втором этапе по известным размерам ЭМ: рассчитывают магнитную цепь с определением намагничивающей силы, необходимой для срабатывания; рассчитывают размеры катушки; производят корректировку размеров ЭМ.

После выполнения этих двух этапов разрабатываются программы расчета статических и динамических характеристик, производится их анализ. Затем выбирают схему усилителя мощности и рассчитывают его. И в конце рассчитывается источник питания для ЭМ.