Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Комсомольский-на-Амуре Государственный Технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

РГЗ по ЭиЭА

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.04.2015

Размер:

321.72 Кб

Скачать

☆

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задание: Рассчитать электромагнит постоянного тока и провести поверочный расчет катушки электромагнита на нагрев.

Номер варианта выбирается по сумме двух последних цифр условного шифра. Исходные данные для магнитопровода электромагнита приведены в таблице 1. Тяговое усилие, которое должен развивать электромагнит при питании постоянным током задано в таблице 2 и выбирается по последней цифре условного шифра в соответствии с номером варианта.

Порядок решения.

1.Построить схему замещения магнитной системы;

-без учета магнитного сопротивления стали;

-с учетом магнитного сопротивления стали.

2.Рассчитать магнитные проводимости рабочих и нерабочих воздушных зазоров для трех значений рабочего зазора: максимального, минимального и промежуточного (без учета потока выпучивания). По результатам расчета составить таблицу.

3.Рассчитать проводимость потока рассеяния. Определить значение проводимости рассеяния. Определить коэффициент рассеяния при трех значениях воздушного зазора. Результаты расчета свести в таблицу.

4.Определить суммарную проводимость всех воздушных промежутков (в соответствии со схемой замещения) для трех значений воздушного зазора. Результат свести в таблицу. Построить график зависимости суммарной проводимости от величины воздушного зазора G =f( ).

5.Определить первую производную суммарной проводимости для трех значений воздушного зазора. Необходимо применить графический метод (по касательной к кривой суммарной проводимости). Результаты свести в таблицу и построить график

dG f ( ) . d

6.Определить намагничивающую силу катушки постоянного тока по заданному тяговому усилию при максимальном зазоре. Сопротивление стали при расчете не учитывать.

7.Выбрать конструкцию и размер катушки.

8.Рассчитать катушку постоянного тока. Определить активную мощность, рассеиваемую в катушке и температуру нагрева катушки. Выбрать класс изоляции провода и допустимый режим работы электромагнита.

9.Рассчитать катушку переменного тока так, чтобы при максимальном рабочем зазоре электромагнит развивал такое же усилие, как и на постоянном токе.

10.Рассчитать и построить зависимость индуктивности катушки переменного тока от величины рабочего зазора L=f( ). Расчет вести для тех же трех значений воздушного зазора, что и для электромагнита постоянного тока. Результаты расчета свести в таблицу.

11.Рассчитать и построить зависимость тока в катушке переменного тока от величины воздушного зазора I=f( ). Найти отношение максимального тока к минимальному. Все результаты свести в таблицу.

12.Рассчитать и построить на одном графике тяговые характеристики на постоянном и переменном токе Fт=f( ). При расчете сопротивление стали не учитывать. На переменном токе учитывать изменение тока при перемещении якоря.

Таблица 1 Исходные данные для расчета электромагнита

	Тип маг-	Размеры магнитопровода, см				Воздушный зазор, мм
Номер	нитной сис-					максимальный	минимальный
задачи	темы (номер	a	b	c	l	максимальный	минимальный
задачи	темы (номер	a	b	c	l	max	min
	рисунка)					max	min
	рисунка)
1	1	1,8	2,2	3,2	6,0	4,0	0,4
2	1	1,9	2,3	3,3	5,8	4,5	0,45
3	1	2,0	2,4	3,4	5,4	5,0	0,5
4	1	2,2	2,2	3,2	6,0	5,0	0,45
5	2	1,5	3,0	3,0	6,5	4,0	0,45
6	2	1,7	2,7	2,5	6,2	3,5	0,4
7	2	1,8	2,2	2,1	6,0	4,0	0,4
8	1	1,8	2,2	2,3	6,0	5,0	0,45
9	2	1,7	2,7	2,5	6,2	3,8	0,45
10	2	1,6	2,5	3,0	6,5	4,0	0,5
11	2	1,3	1,6	2,0	5,0	3,5	0,4
12	2	1,5	2,0	2,1	5,5	3,5	0,45
13	1	1,7	2,1	3,1	6,0	4,0	0,4
14	1	2,4	2,6	3,6	6,5	5,0	0,5
15	1	1,8	2,2	3,2	6,2	4,5	0,45
16	1	1,7	2,5	3,4	6,5	3,5	0,4
17	2	1,8	2,5	2,2	5,8	4,0	0,45
18	2	2,1	3,0	2,3	6,0	5,0	0,5

Материал магнитопровода выбирается самостоятельно.

Таблица 2 Тяговое усилие при питании катушки постоянным током при наибольшем зазоре, Н.

Номер варианта			Последняя цифра условного шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1, 2, 3, 4, 5, 6	4,2	4,4	4,6	4,8	5,0	5,2	5,4	5,6	5,8	6,0
7, 8, 9, 10,11, 12	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5
13, 14, 15, 16, 17, 18	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0	9,5

Рис. 1. Электромагнит с поступательным	Рис.2. Электромагнит с Ш-образным яр-
движением якоря	мом

Пример расчета

Проведем расчет электромагнита с магнитной цепью по рис. 1 (электромагнит с Ш-образным ярмом) со следующими размерами: а=2,1см, b=3см, с=2,3см, l=6см,

min=0,5мм, max=5мм , Fт=4,7Н, U=220В.

1) Построим схемы замещения магнитной цепи без учета магнитного сопротивления стали (рис. 3) и с учетом магнитного сопротивления стали (рис. 4).

Рис. 3. Схема замещения без учета	Рис. 4. Схема замещения с учетом сопро-
сопротивления стали	тивления стали

2) Рассчитываем магнитные проводимости рабочих и нерабочих воздушных зазоров для трех значений рабочего зазора (без учета потоков выпучивания).

G 0 S 0 ab

														2,1 10 2		3 10 2
при	min			0,5 10 3		м	G G		2	G 4 10 7								1,583 10 6 Гн
при				0,5 10 3		м	G G			G 4 10 7								1,583 10 6 Гн
							1					3			0,5 10 3
															0,5 10 3
			2,75 10 3												2,1 10 2	3 10	2
при	пр					м	G G		2	G 4 10 7								0,288 10 6 Гн
при						м	G G			G 4 10 7								0,288 10 6 Гн
							1					3			2,75 10 3
															2,75 10 3
при				5 10 3	м		G G		G			4 10 7	2,1 10 2 3 10 2				0,1583 10 6 Гн
при		max		5 10 3	м		G G	2	G		3	4 10 7					0,1583 10 6 Гн
		max					1	2			3				5 10 3
															5 10 3
		Результаты расчетов сводим в таблицу
			10-3, м				0,5					2,75		5
		G2 10-6, Гн					1,583					0,288		0,1583
		G4 10-6, Гн					1,583					0,288		0,1583
		G7 10-6, Гн					1,583					0,288		0,1583

Определяем полную магнитную проводимость трех воздушных зазоров

			G	2	G	3	S	0	3	4 10 7 2,1 10 2 3 10 2	,
G	В	G		2	3			0
G		G
		1	G2		G3	2			2
			G2		G3	2			2

где S=a b - площадь поперечного сечения воздушного зазора. Результаты расчета сводим в таблицу

			10-3, м						0,5							2,75					5
		GВ 10-6, Гн							1,05							0,19					0,105
		3) Рассчитываем проводимость потока рассеяния.
		Значение проводимости рассеяния определяем по формуле
				G				lb				4 10 7				6 10 2	3 10 2				0,098 10 6 Гн
				G								4 10 7				2,3 10 2					0,098 10 6 Гн
							0		c							2,3 10 2
		Значение проводимости рассеяния, приведенной по потоку, вычисляем по фор-
муле
												G			0,098 10 6			0,049 10 6 Гн
						G
						G
								п					2			2
													2			2
Определяем величину коэффициента рассеяния
														п	1 G п		G2 G3
														п	1 G п		G2 G3
																	G2 G3
				0,5 10 3										1 0,049 10 6						1,583 10 6			1,583 10 6
при	min				м						п														1,062
при					м														1,583		10 6		1,583 10 6		1,062


при			2,75 10 3		м							1 0,049 10 6						0,288 10 6				0,288 10 6			1,341
при	пр		2,75 10 3		м					п		1 0,049 10 6						0,288 10 6				0,288 10 6			1,341
	пр									п

при				5 10 3 м								1 0,049 10 6							0,1583 10 6				0,1583 10	6		1,62
при		max		5 10 3 м						п		1 0,049 10 6						0,1583			10 6		0,1583 10 6			1,62
		max								п

		Результаты расчетов сводим в таблицу
			10-3, м						0,5							2,75					5
				п					1,062							1,341					1,62
		4) Определяем суммарную проводимость всех воздушных зазоров для трех зна-
чений воздушных зазоров. G												GВ G п
		Результаты сводим в таблицу и строим график G =f( ).
			10-3, м						0,5							2,75					5
		G 10-6, Гн							1,099							0,239					0,154

5) Определяем первую производную суммарной проводимости для трех значений рабочего зазора.

Определение первой производной производится следующим образом: на графике G =f( ) проводим три касательные (для соответствующих зазоров, начального, промежуточного и конечного). Значение производной находится через соотношение

катетов, отсекаемых касательной, на координатных осях dG G . d

Результаты сводим в таблицу и строим график зависимости				dG	f ( )
Результаты сводим в таблицу и строим график зависимости				d	f ( )
				d
10-3, м	0,5	2,75	5
dG /d 10-3	2,13	0,085	0,026

6) Определяем намагничивающую силу катушки постоянного тока по заданной силе тяги при максимальном зазоре.

Для определения намагничивающей силы катушки воспользуемся выражением

(Iw)2

, выразив Iw.

d max

2 Fт /

2 4,7

601,3A

0,0026 10 3

7) Выбор конструкции и размера катушки.

В электромагнитах с Ш-образным сердечником катушка располагается на среднем стержне сердечника магнитопровода.

Выбираем шунтовую каркасную катушку со следующими размерами:

а=2,3см, b=3,2см, l=6см, a1=6,3см, b1=7,2см, h=2см

8) Рассчитываем катушку постоянного тока. Выбираем обмоточный провод из меди марки ПЭТВ.

Определяем предварительный диаметр провода по таблице 3.

Iw UR w ,

где U - напряжение на обмотке, R - активное сопротивление обмотки.

R lср w , q

где =0,17 10-7 Ом м - удельное сопротивление провода, lср - средняя длина витка, q - площадь поперечного сечения провода.

Средняя длина витка определяется по эскизу катушки

	a a		1	b b	2,3 6,3		3,2 7,2	10 2	19 10 2 м
lср	2			1	2
		2		2		2	2

Сечение провода определяется выражением q	d 2
Сечение провода определяется выражением q	. Подставляем данное вы-
	4

ражение в формулу для определения сопротивления обмотки, а затем в выражение

w и получаем формулу для определения предварительного диаметра провода

(Iw) lср

601,3 0,17 10 7 19 10 2

d 2

0,106мм

220

Ближайшее стандартное значение диаметра провода выбираем из таблицы 3.

Диаметр неизолированного провода d=0,1 мм

Диаметр изолированного провода dиз=0,122 мм

Площадь поперечного сечения неизолированного провода qэл=0,00785мм2

Определяем число витков обмотки

Q kзап

, где Q - площадь сечения ка-

qэл

тушки (обмоточное пространство), kзап - коэффициент заполнения катушки медью.

k зап k	у k
		зап , где kу=0,9 - коэффициент для однорядной намотки,

k		d 2	0,53 , т.о. k		0,9 0,53 0,477
k			0,53 , т.о. k	зап	0,9 0,53 0,477
зап	4	d 2		зап
	4	d 2
		из

Таблица 3 Диаметры и площади поперечного сечения круглых медных проводов

Диаметр не-	Площадь по-	Диаметр (мм) изолированного провода марки
изолированно-	перечного се-
го провода, мм	чения неизо-	ПЭТВ	ПСД	ПСДТ	ПСДКТ
	лированного	ПЭТ-155	ПСДК
	провода, мм2
0,06	0,00283	0,080	-	-	-
0,07	0.00385	0,090	-	-	-
0,08	0,00503	0,100	-	-	-
0,09	0,00636	0,110	-	-	-
0,10	0,00785	0,122	-	-	-
0,11	0,00950	0,132	-	-	-
0,12	0,01131	0,142	-	-	-
0,13	0,01327	0,152	-	-	-
0,14	0,01539	0,162	-	-	-
0,15	0,01767	0,180	-	-	-
0,16	0,0201	0,190	-	-	-
0,17	0,0227	0,200	-	-	-
0,18	0,0255	0,210	-	-	-
0,19	0,0284	0,220	-	-	-
0,20	0,0314	0,230	-	-	-
0,21	0,0346	0,240	-	-	-
0,23	0,0415	0,265	-	-	-
0,25	0,0491	0,285	-	-	-
0,27	0,0573	0,305	-	-	-
0,29	0,0661	0,325	-	-	-
0,31	0,0755	0,345	0,55	0,50	0,46
0,33	0,0855	0,365	0,57	0,52	0,48
0,35	0,0962	0,390	0,59	0,54	0,50
0,38	0,1134	0,420	0,62	0,57	0,53
0,41	0,1320	0,450	0,65	0,60	0,56
0,44	0,1521	0,480	0,68	0,63	0,59
0,47	0,1735	0,510	0,71	0,66	0,62
0,49	0,1886	0,530	0,73	0,68	0,64
0,51	0,2040	0,565	0,77	0,71	0,68
0,53	0,2210	0,585	0,79	0,73	0,70
0,55	0,2380	0,605	0,81	0,75	0,72
0,57	0,2550	0,625	0,83	0,77	0,74
0,59	0,2730	0,645	0,85	0,79	0,76
0,62	0,3020	0,675	0,88	0,82	0,79
0,64	0,3220	0,700	0,90	0,84	0,81
0,67	0,3530	0,730	0,93	0,87	0,84
0,69	0,3740	0,750	0,95	0,89	0,86
0,72	0,4070	0,780	0,99	0,94	0,90
0,74	0,4300	0,805	1,01	0,96	0,92
0,77	0,4660	0,835	1,04	0,99	0,95
0,80	0,5030	0,865	1,07	1,02	0,98
0,83	0,5410	0,895	1,10	1,05	1,01
0,86	0,5810	0,925	1,13	1,08	1,04
0,90	0,6360	0,965	1,17	1,12	1,08
0,93	0,6790	0,995	1,20	1,15	1,11
0,96	0,7240	1,025	1,23	1,18	1,14
1,00	0,785	1,080	1,29	1,23	1,20

Площадь сечения катушки Q l h 6 2 12 cм2 12 10 2 мм 2

Число витков обмотки					w	12 102 0,477					72917
Число витков обмотки					w		0,00785				72917
							0,00785
Определяем активное сопротивление обмотки
R			lcp w		0,17			10 7		19 10 2 72917					30,02kOм
R			q	эл	0,17			10 7		0,00785			10 6		30,02kOм
			q							0,00785			10 6

Мощность, рассеиваемая в катушке в виде тепла
	2		U		2			220				2				3
P I		R			R								30,02	10			1,612Вт
P I		R			R				30,02 10		3		30,02	10			1,612Вт
			R						30,02 10
Температура нагрева катушки									0		,		где 0=400С - температура окру-

жающей среды, - превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды.

	Р		1,612	5,95	0 C ,

к	то	S	12,33 10 4 220,4
к		S	12,33 10 4 220,4

где кто коэффициент теплоотдачи катушки (выбирается из табл. 4), для компаундированных катушек значение коэффициента необходимо увеличить на 58 , S - поверхность охлаждения катушки.

S 2 lcp l 2 19 5,8 220,4см 2

Таким образом, температура нагрева обмотки 40 5,95 45,950 С .

Допустимая температура нагрева катушки для выбранного класса нагревостойкости изоляции В составляет 1200С. Следовательно, катушка может работать в длительном режиме.

9) Рассчитываем катушку переменного тока, чтобы при максимальном рабочем зазоре электромагнит развивал такое же усилие, как и на постоянном токе (Fт~=Fт).

F	F		1	(Iw)2	dG

т~	т	2			d

Из данного выражения определяем необходимую намагничивающую силу катушки переменного тока для создания заданного тягового усилия.

Iw	2Fт		2 4,7	601,3A
Iw	dG	/ d	0,0026 10 3	601,3A

Полный ток в катушке можно разложить на две составляющие: I - реактивная составляющая (намагничивающий ток, создающий магнитный поток) и Ia - активная составляющая, компенсирующая потери в стали и вызывающая нагрев магнитопровода.

I	U	или I w	U	,

	w 2 G		w G

откуда выразим число витков при условии, что (I w)=601,3

	w					U			220			7562

			(I		w) G				601,3 2 50 0,154 10 6

Определяем диаметр провода

								12 10 4 0,477
d 2		Q k		зап			2	12 10 4 0,477		3,104	10 4	м 0,3104мм
d 2		w					2		7562	3,104	10 4	м 0,3104мм
		w							7562

Ближайшее стандартное значение диаметра провода выбираем из таблицы 3.

Диаметр неизолированного провода d=0,31мм
Диаметр изолированного провода dиз=0,345мм										qэл=0,0755мм2.
Площадь поперечного сечения неизолированного провода										qэл=0,0755мм2.
Определяем активное сопротивление катушки переменного тока
	R	lcp w		0,17 10 7		19 10 2	7562	323,5Oм
	R	q	эл	0,17 10 7		0,0755	10 6	323,5Oм
		q				0,0755	10 6

10) Рассчитываем зависимость индуктивности катушки переменного тока от ве-
личины воздушного зазора и строим зависимость L=f( ).
Индуктивность катушки определяется, как							L w2 G		,	где G - суммарная

проводимость всех воздушных зазоров, определенная в п.4.
Составляем таблицу по результатам расчета
10-3, м	0,5				2,75		5
G 10-6, Гн	1,099				0,239		0,154
L, Гн	62,84				13,66		8,8

11) Рассчитываем зависимость тока в катушке переменного тока от величины рабочего зазора и строим график I=f( ).

I	U		,


	R 2	X 2
	R 2	X 2

где R - активное сопротивление обмотки, X= L - индуктивное сопротивление обмотки.

10-3, м	0,5	2,75	5
L, Гн	62,84	13,66	8,8
X, Ом	19742	4291	2764
I, А	0,011	0,051	0,079

Отношение максимального тока к минимальному	Imax	0,079	7,2
	Imin	0,011

12) Рассчитываем тяговые характеристики на постоянном и переменном токе.

Рассчитываем тяговую характеристику на постоянном токе.

(Iw)2

при =0,5мм

(Iw)2

601,32

2,13 10 3 385,1H

при =2,75мм

(Iw)2

601,32 0,085 10 3 15,3H

при =5мм

(Iw)2

601,32

0,026 10 3 4,7H

Рассчитываем тяговую характеристику на переменном токе.


при =0,5мм	F			1		(Iw)2			dG				1		0,011 7562 2 2,13 10 3		7,37H

	т	2							d		2

при =2,75мм	F				1		(Iw)2			dG				1		0,051 7562 2 0,085 10 3 6,3H

	т	2								d	2

при =5мм	F	1	(Iw)2					dG			1	0,079 7562 2 0,026 10 3					4,6H

	т	2						d			2

Строим в одних координатах тяговые характеристики электромагнитов постоянного (Fт=) и переменного (Fт~) тока.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
12.04.20152.89 Mб182Разработка мини-цеха по волочению проволоки.docx
#
15.03.201682.29 Кб20ргз Васильченко готово.docx
#
12.04.2015206.34 Кб15РГЗ по графам.doc
#
09.07.2019414.21 Кб6РГЗ по ДМ Второй семестр №1.doc
#
12.04.20151.12 Mб36РГЗ по ЛСАУ.docx
#
12.04.2015321.72 Кб33РГЗ по ЭиЭА.pdf
#
26.04.2019103.67 Кб11РГЗ Страхование.docx
#
12.04.2015544.26 Кб18РГЗ-Mathсad.doc
#
12.04.201529.7 Кб15РГЗ.doc
#
29.07.2019340.82 Кб3РГЗ.docx
#
12.04.2015834.55 Кб13РД013-2011.pdf