книги из ГПНТБ / Бесконтактные электрические аппараты [сборник статей]
..pdf
i-г
а!
го
16 |
|
|
|
!2 |
|
|
/ |
S |
ч |
- |
— у |
|
|
|
|
4 |
|
|
_ |
О О |
|
____ |
|
|
го |
w__во |
|
О |
|
004 |
о м 0/2 |
------,-------,--- ~
" ^ х ^ Я К з )
|
|
|
| |
i |
|
|
|
------ 1------ 1------ |
|||
2г~0.48ом |
Ч т _С/Ь \ |
||||
|
|
|
x2_JVr40/ |
||
1 |
_ J ____1____ 1 |
J____ |
|||
§о |
т |
по |
т |
т |
й |
0/4 |
0,20 |
0,24 |
0,29 |
032 ом |
|
Рис. 4
и*
/?э
120
Рис. 5
21.К РАСЧЕТУ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ
ИФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМ
Д. т. и. Буль Б. К., к. т. н. Шоффа В. Н.
Принцип действия магнитоэлектрической и ферродинамнческой систем, как известно, основан на взаимодействии тока в подвижной катушке с магнитным потоком, возбуждаемым соответственно постоянным магнитом (рис. 1 а) или намаг ничивающей катушкой (рис. 16).
Магнитоэлектрические п ферродппамнчеекие системы при меняются для различных приборов, реле, регуляторов и др. Существенным преимуществом рассматриваемых систем яв ляется линейность зависимости силы, воздействующей на подвижную катушку, от величины тока в последней (в ши роком диапазоне, изменения тока) при постоянной величине магнитного потока, пересекающего витки подвижной ка
тушки.
Выведем основные соотношения, необходимые для расче та магнитоэлектрической и ферродпнампческой систем, пред назначенных для продолжительного режима работы.
Мощность, выделяемую в подвижной катушке (рис. 2) при прохождении по ней тока I, можно выразить как
/> = 2/2(>[1 + и(/0+ в —20°С)] |
w, Вт, |
( 1 ) |
где |
w — число |
витков; Dn — наружный |
диаметр, м\ |
D„ |
— внутренний |
диаметр, м; d — диаметр |
провода, м\ |
() — удельное электрическое сопротивление провода при 20°С, Ом-м\ t0 — температура окружающей среды, °С; а — темпе
ратурный |
коэффициент |
сопротивления при 20°С, 1/°С; |
|||
В — превышение температуры катушки над температурой |
|||||
окружающей среды, °С. |
|
|
|
||
С другой стороны, |
пренебрегая теплоотдачей |
с торцов |
|||
катушки, можно написать равенство: |
|
|
|
||
|
Р = КТ /гя(Оп + 77в)-В, |
Вт, |
|
(2) |
|
Г |
I I |
теплоотдачи, |
Вт |
7/, |
длина |
где /\х— |
коэффициент |
м2°С |
|||
катушки, |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Учитывая (I) и (2), получаем следующую зависимость:
|
|
W _ |
К |
|
|
|
/ < , 0 |
|
|
|
|
|
( 3 ) |
|
|
|
2 / 2 |
р- [ 1 + ц . (/ 0+ В — 2 0 ° С ) ] |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
Электромагнитная |
сила, |
действующая |
па подвижную ка |
||||||||||
тушку, |
определяется |
как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
F= Bi |
-7ср ■Iw, |
|
Н, |
|
|
|
(4) |
||||
где В- |
магнитная |
индукция |
в рабочем |
зазоре, |
7'; |
|
|||||||
I^т> |
средняя |
длина |
витка |
катушки, |
м. |
получаем: |
|||||||
Подставляя |
(3) |
в |
(4), после преобразования |
||||||||||
|
d2-/Ср •// |
|
2 |
/ - / ■ (,- [ 1 + и - ( / о + В — 2 0 ° С ) | |
|
( 3 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
fir, -Кт-В |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выражения (3) п (5) дают нам связь |
|
разме]юв и пара |
|||||||||||
метров |
(ну п d) |
подвижной катушки |
с ее тепловыми |
харак |
|||||||||
теристиками, магнитной индукцией в рабочем |
зазоре, |
током |
|||||||||||
и электромагнитной силой. Используя (3) |
и |
(5), |
проведем |
||||||||||
в качестве |
числового |
примера |
расчет |
|
магнитоэлектриче |
||||||||
ской системы. |
|
Заданные величины |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
/■’= 1 , 6 7 / 7 ; |
1 = 2 |
А ; |
В = + 7 ( ) °С ; |
/0= + 5 0 ° С ; |
|
||||||||
Л’т — 10,99 |
Нт |
|
(взято |
но |
(л 1) |
для |
|
систем |
с |
плохой |
|||
----- |
|
||||||||||||
|
|
м2 °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
теплоотдачей от катушки к магннтонроводу); ход нодвнжной катушки 27= 1• 10- 3 л/.
122
|
|
|
Рис i |
а ] - |
магнитоэлектрическая |
си ст е м а , 6 ) - (рерродиналическаЯ сист ем а |
|
{ - |
под виж н а я |
наmwwKn; |
2,3 - поА ккние наконечники .t 4f” сердечник^ |
5 - |
пост оянны й |
M arHumt |
6 * н а м а гн и ч ч ^ о т щ а я ка т уш к а |
Рис 2
OcMo&nbie |
ро»мерь> м а гн и то п р о & о д а |
и подбимемоО |
* а т у ш к ч |
н а ? п и т о * л е к т р и ч е с кои |
с и с т е м ы |
123
|
|
Ход |
расчета |
|
|
а) |
Выбираем провод подвижной катушки марки ПЭТГ5 |
||||
диаметром с/= |
0,5310~ 8 м |
(диаметр |
с изоляцией |
(V— |
|
= 0 ,6 - 10 - 3 л); |
|
|
|
|
|
р=1,75-1()-« Ом.-м; «=0,0394 1/°С. |
|
||||
б) |
Выбираем величину |
магнитной |
индукции в рабочем |
||
зазоре Вп =0,5 Т. |
|
|
|
||
в) Подставляя заданные и выбранные величины в (5), |
|||||
находим |
|
|
|
|
|
I |
h - — |
| -67’2 - 1>75' 1()~811+0,0394(50+70-20) | |
|
||
С1’ |
|
0,5 - 10,9970 - (0,53)а"-10 ~с |
“ |
||
|
|
= 4,81 -10 ~*м2. |
|
|
|
г) /Для того, чтобы индукция в рабочем зазоре не была меньше индукции па торце постоянного магнита, необходимо, чтобы соблюдалось (без учета потоков выпучивания) следу ющее неравенство:
шВ
4 . ( 6 )
где <1Ns диаметр постоянного магнита, м (рис. 2 );
Л— толщина полюсного наконечника, м;
—средний периметр рабочего зазора, м.
Учитывая, что ;!« / ср, п прпппмая примерно Л=1,2 h для обеспечения равпомерпостп магнитного поля по ходу
подвижной катушки, |
имеем |
из |
(б) |
|
|||
|
|
|
|
/ ср |
|
N S |
(7) |
|
|
|
|
|
4,8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем диаметр |
постоянного магнита из (7): |
||||||
|
NS |
|
|
4,8-4,81 ■К)-4, :2,71 - 1 0 - 2дг. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем <1Ns = |
2,8- 1 0 ~2 |
м. |
|
|
|||
д) |
Задаемся: |
|
толщиной |
обмотки |
подвижной катушки |
||
L — 1,3-10"м, |
толщиной ее каркаса 0,5-10_3 Л£ и величиной |
||||||
зазоров |
между |
подвижной |
катушкой и |
магнитопроводом |
|||
0 ,6 -10 - 3 м. |
|
|
|
|
|
|
|
Тогда рабочий зазор 6 = (1,3+0,5+2-0,6 ) ■10—■',= 3• 10~3 л*.
Средняя длина витка подвижной катушки
/ср= л/)ср = л (28+2-0,6 + 2 -0 .5 + 1,3) • 10 3 = 9‘)- 10—4 м.
Средний периметр рабочего зазора
/3 я (28+3) = 97,5 • 10 -а м.
е) Определяем длину подвижной катушки |
и толщину |
||
полюсного |
наконечника: |
|
|
4 |
81 • 10- 4 |
=6-10- 3 |
м. |
Л = — |
---- «5 -10~ 3 .w; А = 1,2-5-10-:1 |
||
99 • 10 |
|
|
|
Проверяем |
A = /i+A = (5+1) • 10- 3 = 6 • 10" 3 м. |
ж) Из (3) |
находим число витков подвижной катушки: |
___г_ |
_ |
10,99-70- (0,53)2• 10_li - 5-10 3 |
_ 1 7 4 |
|||||
|
~~ 2 |
(2 )1,75 -10- 8 |
[ 1+0,0394(50+70—20)] |
_ |
||||
Принимаем ш=18. |
|
|
|
|
|
|||
з) |
Проверяем число витков подвижной катушки: |
|||||||
Число рядов |
катушки |
- ^ |
= |
—- - *^ - --=2,17 |
2,0; |
|||
|
|
|
|
d' |
|
0 ,6 - 10 - 3 |
|
|
Число |
витков в ряду |
h |
|
5 . ю -з |
=8,35«9,0. |
|||
— = |
---------- |
|||||||
w —-2-9= 18. |
|
d' |
|
0 ,6 -Ю-з |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
и) |
Далее проектируется |
постоянный |
магнит |
(находится |
||||
его длина |
1 Ns |
и размер а, |
определяющий рассеяние маг |
|||||
нита) известными методами (см., например, л. 2 ) так, чтобы он создавал заданную величину магнитной индукции в ра бочем зазоре.
к) Толщина сердечника b (рис. 2) определяется из вы
ражения |
|
Да, о |
(8) |
i ( d NS + 2 « + /;)/;> - p i - d«-Ns . |
1Ашах
где Д./о — максимальная величина магнитной индукции
постоянного магнита; В.. — максимальная величина ин-
Р-ша.ч
дукцни в магннтоироводе.
125
л) Толщина ярма t |
рассчитывается из выражения |
|
[, |
d N S |
В NS, |
i |
|
(9) |
4 |
д .[Лшах |
|
Выведенные соотношения (3) п (5) справедливы и для ферродипамичеекой системы. Ход расчета при этом анало гичен рассмотренному случаю. Отпадает только необходи мость проектировать постоянный магнит п добавляется оп ределение размеров намагничивающей катушки п магпитопровода по одному из известных методов расчета магнитных цепей (л. 3, 4).
ЛИТЕРАТУРА
1. Ступень Ф. А. Электромеханические реле. Основы тео рии, проектирования и расчета, Изд-во ХГ'У, 1956.
2.Слпвппская А. Г., Гордон А. В. Постоянные магнит!.!, Энергия, 1965.
3.Буль Б. К. Основы теории и расчета магнитных цепей, Энергия, 1964.
4.Гордон А. В., Слпвппская А. Г. Электромагниты по стоянного тока, ГЭИ, 1960.
22.РАСЧЕТ СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ КОНТАКТОВ ФЕРРИДОВ С ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТЬЮ
К. т. н. IO. С. Коробков
В зависимости от расположения ЭМП внутри пли вне колбы геркона ферриды подразделяются, соответственно, на фсррпды с внутренней и внешней памятью. Конструктивная схема феррнда с внутренней памятью приведена на рис. 1.
Феррпд |
состоит из двух |
магнитных |
контактов 1 и Г, двух |
||||
обмоток |
управления |
2 |
и |
2 ' |
и герметизирующей |
колбы 3. |
|
Магнитные контакты |
1 |
и |
Г |
феррнда |
с внутренней |
памятью |
|
выполняют одновременно несколько функций: токо- н магнп-
тоировода, |
контактов |
— |
деталей, упругих |
элементов |
|
и ЭМП. Чаще всего |
по |
технологическим |
соображениям |
||
магнитные |
контакты 1 |
и Г выполняются |
не |
сплошными, |
|
а составными. Выводные части, которые запаиваются в стек ло, изготовляются из ферро-никелевых сплавов, а внутрен ние перекрывающиеся части, выполняющие роль ЭМП, — из реманентных материалов.
После одновременного протекания коротких однополяр ных управляющих импульсов но обмоткам 2 н 2 ' происходит
126
срабатывание феррида и замыкание рабочей цепи. Отпуска ние феррида обеспечивается повторным пропусканием раз
нополярных |
управляющих |
импульсов |
по обмоткам 2 и 2 '. |
||||
Несмотря на конструктивную простоту феррпдов с внут |
|||||||
ренней памятью, их расчет |
наталкивается |
па серьезные |
|||||
трудности, |
вызванные |
трехмерностью |
|
и |
сложностью маг |
||
нитного поля. Так, например, расчет |
проводимости рабоче |
||||||
го зазора, образованного внутренними |
перекрывающимися |
||||||
концами магнитных |
контактов 1 |
и |
Г |
н составляющего |
|||
обычно 0,24-0,3 мм, по формулам равномерного ноля может дать погрешность, доходящую до (50—70)%.
Разбивая магнитное поле феррида на характерные зоны и анализируя их, нам удалось найти простые аналитические зависимости для определения магнитных проводимостей этих
зон. Полученные |
соотношения были положены |
в основу |
|
разработанного |
метода |
расчета тяговой характеристики |
|
феррида, выражающей зависимость электромагнитной силы взаимодействия магнитных контактов от зазора между ними. Тяговая характеристика является одной из основных характеристик феррида, без знания которой затруднителен дальнейший расчет феррида.
М
Построение тяговой характеристики ведется в следующей
последовательности: |
полная |
магнитная |
проводимость |
О „ |
|
1. |
Определяется |
||||
устройства при начальном зазоре fi„. |
|
|
|||
q |
4[iub[L-\-3(b-j~li) ) (3,6-f-l,8 a/l)-\-a/i) „ ) |
|
|||
|
" “ 4[L+3(b+h) ] + Зяб (3,6+1,8 fl/b+o/fi,,) ‘ |
' |
|||
Здесь |
f H |
|
|
|
|
ро= 4л-10~ 7 ----- — магнитная постоянная вакуума. |
|
||||
|
м |
|
|
|
|
Геометрические |
размеры, |
входящие |
в равенство |
( 1 ), |
|
соответствуют рис. |
1 . |
|
|
|
|
127
2. Подсчитывается остаточная |
индукция Ви |
в |
нейтраль |
||||||
ном сечении ЭМП (после |
протекания |
коротких |
импульсов |
||||||
управления |
по обмотке 2 |
и |
2') при начальном |
зазоре |
fiM. |
||||
В„ |
|
|
|
2BrGn |
|
|
|
|
- , (2) |
%bh_ |
|
|
|
|
|
|
|
||
G„ -I В. |
I■/ |
(П>+Я'7 Ш '... |
|
|
|
||||
где |
11 с l . |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
к== |
UlJ!rY'_ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
( 3 ) |
||||
|
|
|
2 B d~/BT- |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
В уравнениях (2) п (3) |
Вг и |
Яс |
— остаточная |
индук |
|||||
ция и коэрцитивная сила |
материала ЭМП; Ва — индукция, |
||||||||
соответствующая максимуму запасенной энергии; |
|
L |
|||||||
|
----~ — |
||||||||
^ э ы и
коэффициент, показывающий, во сколько раз суммарная дли
на ЭМГТ (двух магнитных контактов |
1 и |
Г) меньше общей |
|||||
длины феррнда. |
|
индукции В и |
вычисляется |
электро |
|||
3. |
По найденной |
||||||
магнитная сила F взаимодействия магнитных контактов. |
|||||||
|
|
|
B„'lbh2 |
|
|
|
(4) |
|
|
|
2 ро« а 2и |
|
|
|
|
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ — (3,6+ 1,8 alb) |
|
|
(5) |
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
a—G |
|
[ ^ + 3 (b-\-h) ] -j-Зяab |
|
|
||
|
|
" |
4\iaab[L+3(b+h)] |
' |
|
1 |
|
Коэ(])фнциент п |
учитывает неравномерность магнитного |
||||||
поля |
в рабочем зазоре, а коэффициент а — наличие |
потоков |
|||||
рассеяния. |
|
|
|
уменьшения |
зазо |
||
При срабатывании феррнда, по мере |
|||||||
ра 6, |
происходит |
изменение остаточной |
индукции в |
ней |
|||
тральном сечении ЭМП. За счет этого увеличивается индук ция в рабочем зазоре и возрастает сила взаимодействия магнитных контактов. Задаваясь любыми промежуточными значениями зазора, от начального до конечного (й„>бг ^
), можно найти соответствующие нм значения электро магнитной силы взаимодействия магнитных контактов.
128
4. Рассчитывается магнитная проводимость G; феррида для любого выбранного значения 6;. Для этого можно
использовать равенство (1), |
подставив |
в него |
вместо 6„ |
|
величину выбранного зазора |
6;. |
в нейтральном |
сечении |
|
5. Определяется индукция Bt |
||||
ЭМП при зазоре йг. |
|
|
|
|
В я+ ( к - \ ) В г В - В „ |
|
|
||
В, |
кВг—В„ |
|
(7) |
|
1 -Br %Ыг |
|
|||
|
|
|
||
к |
II, |
l.(ii |
|
|
6. Подсчитываются коэффициенты п и ст, соответствую щие выбранному зазору 6,. Для этого в равенствах (5) и
(6) зазор 6Н заменяется значением й; , а кроме того, в фор муле (6) проводимость G,, заменяется подсчитанным в чет вертом пункте значением Сг.
7. Подставляя найденные в пятом и шестом пунктах зна
чения В[, п, а в равенство (4), определяем силу |
взаимо |
||
действия магнитных контактов феррида, |
соответствующую |
||
зазору 6г. Задаваясь рядом значений 6г |
и используя изло |
||
женную методику, |
можно рассчитать тяговую |
характери |
|
стику феррида с |
внутренней памятью. |
Экспериментальная |
|
проверка указанной методики показала хорошее совпадение
расчетных н опытных |
данных. |
были |
Хотя приведенные |
выше формулы и методика |
разработаны для феррпдов с внутреннейu памятью, однако основные ее положения и соотношения могут быть исполь зованы для феррпдов с внешней памятью и герконов.
23. К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОВОДИМОСТЕЙ РАЗОМКНУТЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ГЕРКОНОВ
Д. т. н. БУЛЬ Б. К, инж. НАЗАРОВА Т. В., инж. УМЕРЕНКОВ А. С., к. т. н. ШОФФА В. Н
Для проектирования разомкнутых магнитных систем, в том числе и реле на герконах без внешнего магнитопровода, необходимо знание основных зависимостей, связывающих их геометрические и электромагнитные параметры. С этой точки
9 Зак, 2204 129