4.8. Построение статической тяговой характеристики

Для построения статической тяговой характеристики электромагнита необходимо получить ряд значений силы тяги при различных положениях якоря. Объекты геометрической модели (блоки, ребра, вершины) можно перемещать. Чтобы переместить выделенный объект необходимо выбрать команду Передвинуть выделенное в меню Правка или в контекстном меню. Появляется окно для ввода параметров перемещения (рис.4.22). В окне задается вид перемещения (перенос, поворот) и приращения координат вектора переноса. При перемещении не должно образоваться никаких новых пересечений или соприкосновений.

.

Ри.4.22. Окно задания перемещений

Перемещение якоря связано с перемещением направляющего стержня, поэтому их перемещение приходится выполнять поочередно. При перемещении вправо (положительное направление) первым перемещается направляющий стержень за тем якорь. Перемещение влево (отрицательное направление) выполняется в обратном порядке.

5. Проектирование и расчет обмотки электромагнита

Обмотка электромагнита должна обеспечить необходимую намагничивающую силу срабатывания, температура ее нагрева должна быть не выше предельно допустимой для принятого класса нагревостойкости изоляции.

Применяемые для изготовления обмоток материалы можно разделить на следующие группы:

1. Обмоточные провода;

2. Рулонные , листовые и ленточные электроизоляционные материалы;

3. Лаки, компаунды, эмали;

4. Конструкционные материалы каркасов и прочие вспомогательные материалы.

Обмоточные провода. Из всей номенклатуры обмоточных проводов в производстве обмоток применяются главным образом круглые, реже квадратные и прямоугольные провода различных классов нагревостойкости.

Эмалированные провода (ПЭВ, ПЭТВ и др.) имеют важное преимущество – малую толщину изоляции, это повышает коэффициент заполнения обмоточного пространства и приводит к уменьшению размеров обмотки.

При применении проводов с волокнистой изоляцией следует учитывать, что шелковая изоляция имеет примерно в полтора раза меньшую толщину, чем хлопчатобумажная. Однако натуральный шелк (провод ПЭЛШО) дорог, поэтому его заменяют искусственным волокном.

Таблица 5.1 – Распределение обмоточных проводов по классам нагревостойкости

Вид провода	Класс нагревостойкости
	А(105 )	Е(120°С)	В(130°C)	F(155°C)	H(180°C)	C(выше 180°С)
Эмалированные	ПЭВ1 и 2 ПЭВА	ПЭВТЛ1 и 2	ПЭТВ	ПЭТВА	-	ПНЭТ
Эмалированные с волокнистой изоляцией	ПЭЛБО ПЭЛЛО ПЭВЛО	ПЭТЛО	-	ПЭТКСО	-	-
С волокнистой изоляцией	ПБД АПБД	-	-	ПСД ПСДТ АПСД	ПСДК ПСДКТ	-

Технические данные обмоточных проводов приведены в [3].

Изоляционные материалы. Это материалы изолирующие обмотки снаружи и отдельные элементы (части) внутри них. Основными из этих материалов являются ткани, лакоткани, изоляционные ленты, электроизоляционные бумаги.

Лаки, компаунды и эмали. Эти материалы применяются для пропитки, покрытия наружной поверхности и склеивания внутренней изоляции обмоток.

Таблица 5.2 – Распределение лаков, компаундов и эмалей по классам нагреврстойкости

Виды лаков, компаундов и эмалей	Класс нагревостойкости
	А(105°С)	Е(120°С)	В(130°С)	F(155°C)	H(180°C)
Пропиточные лаки	458	-	447 АФ-17 ФА-98 МЛ-92 ПФЛ-80	ПЭ-993 ГФ-95 МГМ-8	К-47К
Пропиточные компаунды	БН-У	МБК	КП-18 КП-34	КП-101 КП-103	-
Покровные лаки	ГФ-92ХК ГФ-92ХС	-	ГФ-92ГС БТ-99	ЭП-91 ЭП-92	ПКЭ-19 ПКЭ-22 К-47К

Конструкционные материалы каркасов и прочие вспомогательные материалы. Сюда относятся пластические массы, низкоуглеродистые стали, латуни, электрокартон, фибра, гетинакс, текстолит, припои, канифоль, нитки, шпагат и др.

Надежность изоляции обмоток определяется не только свойствами электроизоляционных материалов, но также и качеством их пропитки. Непропитанные волокнистые материалы пористы и гигроскопичны, между витками и слоями образуются воздушные прослойки и пустоты. Влага, проникающая внутрь обмотки, резко снижает ее электрическую прочность. Гигроскопичные материалы при увлажнении набухают, что вызывает изменение размеров обмотки.

Пропитка обеспечивает повышение и улучшение следующих свойств электрической изоляции:

- повышение влагостойкости;

- повышение нагревостойкости;

- повышение электрической прочности;

- повышение теплопроводности;

- повышение механической прочности и износостойкости;

- повышение химостойкости.

Расчет обмотки напряжения постоянного тока. Расчет производится на основании уравнения, связывающего величину намагничивающей силы с основными параметрами обмотки. Намагничивающая сила срабатывания , полученная при машинном расчете магнитного поля, должна быть обеспечена обмоткой нагретой до рабочей (допустимой) температуры и при сниженном напряжении источника питания.

, (37)

где - номинальное напряжение источника питания;

- сопротивление обмотки при рабочей температуре;

- число витков обмотки.

Сопротивление обмотки при рабочей температуре

, (38)

где - удельное сопротивление материала обмоточного провода при температуре 0^°С;

- рабочая температура обмотки;

- температурный коэффициент сопротивления материала провода;

- длина среднего витка обмотки;

- площадь сечения металла обмотки.

Рабочая температура определяется выбранным классом нагревостойкости изоляции обмоточного провода (табл.5.1). Удельное сопротивление меди при 0^°С 1.58· 10^-8 Ом · м, алюминия – 2.62 · 10^-8 Ом · м. Температурный коэффициент меди и алюминия 1/ ^°С.

Подстановкой из (38 ) в (37) можно получить формулу для расчета площади сечения обмоточного провода .

. (39)

Диаметр круглого провода без изоляции

. (40)

По [3] для принятой марки обмоточного провода выбирается ближайший стандартный диаметр провода без изоляции и устанавливается его диаметр с изоляцией (приложение Е).

Число витков обмотки

. (41)

Коэффициент заполнения при расчете числа витков необходимо уточнить по выбранному стандартному диаметру провода (рис.2.5). Площадь сечения также берется для стандартного провода.

Для дальнейшего теплового расчета электромагнита необходимо знать максимально возможную мощность и максимальный ток.

, .

Сопротивление обмотки в нагретом состоянии при расчете тока и мощности определяется по формуле (38).

Расчет последовательной (токовой) обмотки постоянного тока. Величина тока срабатывания электромагнита с последовательной обмоткой обычно известна из исходных данных. Необходимая намагничивающая сила срабатывания определяется в процессе машинного расчета магнитного поля. Расчет обмотки заключается в определении числа витков и сечения металла провода.

Число витков

. (42)

Площадь сечения обмоточного провода

, (43)

где - номинальный ток обмотки.

Токовые обмотки выполняют проводом круглого или прямоугольного сечения. В зависимости от площади сечения обмоточного провода, а также от формы и размеров обмоточного пространства, токовые обмотки выполняют однослойными или многослойными (рис.5.1).

Рис.5.1. Два способа намотки токовых обмоток

Однослойные обмотки выполняются намоткой на ребро обмоточного провода прямоугольного сечения – шины (рис.5.1,а). В многослойных обмотках шина укладывается на широкую сторону (рис.5.1,б). Обмотки, выполненные проводом прямоугольного сечения, имеют больший коэффициент заполнения. Размеры прямоугольного провода выбираются по площади сечения и сортаменту [3] в зависимости от вида изоляции.

При сравнительно небольшой площади сечения обмоточный провод может быть круглым. Диаметр круглого провода без изоляции рассчитывается по формуле:

. (44)

Следует учитывать, что провод круглого сечения с эмалевой изоляцией выпускается до диаметра 2.5 мм, провод с волокнистой изоляцией до – 8 мм. Сопротивление последовательной обмотки рассчитывается, как сумма

, (45)

где - сопротивление всех витков слоя с номером i ;

n – число слоев обмотки.

Сопротивление всех витков слоя определяется по формуле

, (46)

где - удельное сопротивление материала обмоточного провода при температуре 0^°С;

- рабочая температура обмотки;

- температурный коэффициент сопротивления материала провода;

- средний радиус витка в i-ом слое;

- число витков в i-ом слое;

- площадь сечения металла обмотки.

Рабочая температура определяется выбранным классом нагревостойкости изоляции обмоточного провода (табл.5.1). Удельное сопротивление меди при 0^°С 1.58 · 10^-8 Ом · м, алюминия – 2.62 · 10^-8 Ом · м. Температурный коэффициент меди и алюминия =0.004 1/ ^°С.

Мощность, потребляемая токовой обмоткой

. (47)