Методическое пособие 387

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению расчетно-графического и курсового заданий по дисциплинам “Электрические и электронные аппараты”,

“Коммутационные устройства в электроснабжении”, “Коммутационные аппараты систем электроснабжения” для студентов направлений13.03.02, 35.03.06,35.04.06

очной формы обучения

Воронеж 2016

Составители: канд. техн. наук А. А. Гуляев, канд. техн. наук С. А. Горемыкин, канд. техн. наук Н. И. Королѐв, канд. техн. наук Н.В.Ситников ст. преп. П. П. Видулин

УДК 621. 3. (075.32)

ББК31.264я 723 Э454

Методическое указание включает в себя два раздела, из которых первый посвящен методике расчета электромагнитов, а второй является переложением в вопросной форме рабочей программы курса, используемой для самостоятельной подготовки студентов к коллоквиумам, допуску и защите лабораторных работ, зачѐтам и экзаменам и оценки остаточных знаний студентов по изучаемой дисциплине.

Настоящее издание предназначено для студентов очной формы обучения электротехнических специальностей.

Табл.2, Ил. 11, Библиогр.: 12 назв.

Рецензент канд. тех. наук, доц. В.А. Трубецкой

Ответственный за выпуск зав. кафедрой

канд. техн. наук, доц. В.П. Шелякин

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

©ФГБОУ ВО ―Воронежский государственный технический университет‖, 2016

ВВЕДЕНИЕ

Самостоятельная работа студентов при изучении дисциплин к выполнению расчетно-графического и курсового задания по дисциплинам ―Электрические и электронные аппараты, Коммутационные устройства в электроснабжении, Коммутационные аппараты систем электроснабжения‖ для студентов специальностей 13.03.02; 35.03.06;35.04.06 -

Электроэнергетика и электротехника, Агроинженерия очной и заочной форм обучения предполагает выполнение одного расчетно-графического задания, посвященного углубленному анализу, особенностей расчета электромагнита постоянного и переменного токов, а также предусматривает проработку теоретического курса в объѐме материала, охватываемого набором контрольных вопросов, который, по сути, является переложением в вопросной форме рабочей программы курса, используемой для самостоятельной подготовки студентов к коллоквиумам, допуску и защите лабораторных работ, зачѐтам, экзаменам, а также для оценки остаточных знаний студентов по изучаемой дисциплине. В методическом пособии даются примеры ответов на некоторые контрольные вопросы.

1. РАСЧЕТ ЭЛЕКРОМАГНИТА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Расчѐтно-графическое задание "Расчѐт электромагнита постоянного тока" имеет своей целью закрепление теоретических сведений по темам "Электромагнитные механизмы", "Механическая и тяговая

характеристики электромагнитного устройства" и "Динамика электромагнитного механизма", Для выполнения задания студент получает; исходные данные одного из вариантов электромагнитного механизма длительного режима работы, помещѐнные в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Расчѐтно-пояснительная записка (РГЗ) должна начинаться вводной частью, содержащей полный перечень исходных данных, необходимых для выполнения задания, включая марки сталей, образующих ферромагнитные участки магнитной цепи.

РПЗ должна содержать два подраздела: 'Электромагнит постоянного тока", в котором выполняется проектный расчет электромагнита, и "Электромагнит переменного тока", где рассматривается варианты включения рассчитанного электромагнита в сеть переменного тока промышленной частоты.

Расчѐтно-графическое задание выполняется на стандартных листах формата А4.На титульном листе указываются наименование министерства, университета, кафедры, шифр группы, фамилий и инициалы студента. При оформлении текстовой части РГЗ еѐ листы, за исключением титульного, разрешается заполнять с обеих сторон.

Графики, чертежи и рисунки, как правило, выполняются на миллиметровой, либо плотной чертежной бумаге, с соблюдением стандартных нормативов.

При оформлении РГЗ надлежит руководствоваться требованиями, изложенными в /9 /.

1.1.Электромагнит постоянного тока. 1.1.1. Задание

При выполнении настоящей части расчѐтно-графического задания следует соблюдать следующую очерѐдность работы:

-взять исходные данные согласно номеру своего варианта из Табл. 1.1;

-выбрать форму электромагнита и определить размеры магнитной цепи и обмоточные данные по заданным величинам максимальною зазора δн и начальной силы Рэ,н (1-8);

-определить конструкцию электромагнита;

-провести поверочный расчѐт катушки;

-построить статическую тяговую характеристику;

-оценить погрешность расчѐта статической тяговой характеристики.

1.1.2.Выбор, формы электромагнита Форма электромагнита согласно /3/ регламентируется

величиной конструктивного показателя, определяемого из соотношения

где Пк — конструктивный показатель; Рэ,н - начальная сила, приведѐнная в табл. 1.1. и соответствующая минимальному тяговому усилию, которое проектируемый электромагнит должен

развивать при максимальном зазоре, Н; δН — максимальный рабочий зазор магнитной системы электромагнита, м.

В настоящем задании принимается, что механическая характеристика параллельна осиα абсцисс, то есть противодействующее усилие в электромагните определяется лишь силой тяжести якоря и соединѐнных с ним элементов конструкции исполнительного механизма.

После расчѐта конструктивного показателя выбирают форму электромагнита согласно табл. 1.2.

Независимо от конфигурации рабочего зазора его величина всегда измеряется в направлении перемещения якоря при срабатывании электромагнита, а разница между максимальным и минимальным значениями зазора называется ходом якоря.

1.1.3. Определение размеров магнитной цепи В качестве примера рассматривается броневой электромагнит с

якорем и стопом конической формы (рис. 1.1). При этом броневой электромагнит с плоским стопом можно рассматривать как частный случай конструкции с коническим стопом при значении угла 2α=180°.

Таблица 1.2 Выбор типа электромагнита постоянного тока по известному

конструктивному показателю

Для броневых электромагнитов отношение длины бескаркасной катушки к еѐ высоте () и индукцию в рабочем зазоре Вδ

определяют по графику (рис. 1.2). При расчѐте электромагнита с якорем и стопом конической формы индукцию в рабочем зазоре уточняют по выражению:

где Вδ - индукция в рабочем зазоре электромагнита с плоским стопом по рис. 1.2; α - по рис. 1.1.

В броневых электромагнитах основную часть тягового усилия определяет взаимное притяжение обращенных друг к другу поверхностей якоря и стопа, выполненных из ферромагнитных материалов (рис. 1.1). По этой причине в практических расчѐтах броневых электромагнитов зачастую ограничиваются учѐтом указанного усилия. В то же время проектирование высоко использованных электромагнитов, соответствующих максимуму того или иного критерия оптимизации требует учѐта всех составляющих суммарной силы, действующей по направлению движении якоря. Повышение точности, расчѐта как статических, так и динамических тяговых характеристик электромагнита требует дополнительного учѐта так называемой соленоидной силы, зависящей от взаимодействия потока утечки с током в намагничивающей обмотке. Результирующую тяговую характеристику целесообразно рассчитывать, принимая в качестве допущения то обстоятельство, что обе названные составляющие усилия, перемещающие якорь по направлению к стопу вдоль оси соленоида, действуют независимо друг от друга.

Рис. 1.1. Броневой электромагнит с якорем и стопом конической формы 1 - основание с неподвижным сердечником (стопом); 2 цилиндрический корпус; 3 - немагнитная втулка; 4 - якорь; 5 фланец; 6 - намагничивающая обмотка.

Рис. 1.2. Зависимости параметров электромагнитов от конструктивного показателя, где:

1- индукция в рабочем зазоре броневого электромагнита с плоским стопом; 2 - индукция в рабочем зазоре клапанного электромагнита; 3 - отношение длины катушки к ее толщине в броневом электромагните

Среди замкнутых магнитных систем наибольшее распространение получили устройства с якорем и стопом, смыкающимися друг с другом по конической поверхности. При этом поперечное сечение якоря может быть как круговым, так и прямоугольным. Выбор той или иной формы поперечного сечения якоря обычно предопределяется технологическими соображениями и не оказывает существенного влияния на методику расчѐта тяговых характеристик.

Можно показать, что при одних и тех же габаритах электромагнита и постоянстве величины МДС, приходящейся на рабочий зазор, замена плоского стопа коническим приводит к значительному увеличению силы при большом ходе якоря 5

(рис. 1.3). Если МДС обмотки электромагнита постоянна, то МДС (падение магнитного потенциала), приходящаяся на рабочий зазор остается постоянной при замене плоского зазора коническим при неизменном ходе якоря 5 лишь в том случае, когда магнитное сопротивление остальных участков магнитной цепи пренебрежимо мало. Следовательно, дальнейшие выводы строго реализуются лишь в электромагнитах с ненасыщенной магнитной цепью. Выигрыш в силе, получается следствие увеличения магнитной проводимости воздушного зазора при коническом стопе. Выполним сравнение с этой точки зрения магнитных систем с плоским и коническим стопом для якоря с прямоугольным поперечным сечением (рис. 1.3).

Магнитная проводимость зазора для плоского стопа при

где - магнитная проницаемость вакуума.

Магнитная проводимость для конического стопа при том же ходе δ равна:

(1.4)

где - приблизительный диаметр якоря:

(1.5)

Отношение указанных магнитных проводимостей: