2.2.3.Механічна характеристика від сили контакту, що замикається

Як і для контактів, що розмикаються, сила контактної пружини контакту, що замикається, діє тільки на частині ходу якоря, що відповідає величині провалу контакту, після чого зусилля від контакту, що замикається, стрибком змінюється до нуля. Якщо зусилля контактів, що розмикаються, діяло на початку ходу якоря, то, мабуть, зусилля контакту, що замикається, буде діяти наприкінці ходу якоря.

Визначимо з подібних трикутників величину ходу якоря х₂, що відповідає провалу контакту

х₂/l₂=h/l₄ ,

звідки

x₂=hl₂/l₄=342/102=1,2 мм.

Отже, зусилля контакту, що замикається, діє в інтервалі ходу якоря 0<<1,2 мм. При значеннях ходу 1,2 мм між контактами є зазор і зусилля дорівнює нулю.

З рівняння рівноваги для розрахунку значення сили контакту, що замикається, приведеної до осі дії тягової сили Р_3мех=n^.Р_к^.l₄/l₂ розраховуємо дві точки для побудови характеристики Р_3мех=f():

₃ =1,210^-3 м; Р_{3 МЕХ; =1,2} = n^.Р_К.ПОЧ l₄ / l₂= 2102 / 42= 4,85 Н.

₃ =0 м; Р_{3 МЕХ; =0} = n^. Р_К.КІН l₄ / l₂= 3102 / 42= 7,3 Н.

Як уже говорилося, при ₃ >1,210^-3 м, Р_3мех=0. Механічна характеристика Р_3мех=f() показана на рис. 2.3.

2.2.4. Побудова повної механічної характеристики

Для одержання повної механічної характеристики Р_мех=f() даного реле, необхідно отримані окремі механічні характеристики алгебраїчно скласти:

Р_МЕХ =Р_{1 МЕХ} +Р_{2 МЕХ} +Р_{3 МЕХ} (2.9)

Додавання може бути зроблене графічно, як показано на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Механічна характеристика реле, що розраховується в прикладі

3. Проектний розрахунок електромагніту

3.1. Основні положення

Проектний розрахунок електромагніту дозволяє визначити його параметри, виходячи з основних передумов розрахунку, обумовлених вимогами, пропонованими до даного електромагніту:

1. Тягова характеристика електромагніту протягом всього ходу повинна лежати вище механічної характеристики пристрою, для приведення в дію якого призначений даний електромагніт.

2. Величина ходу якоря електромагніта повинна забезпечувати правильну і надійну роботу пристрою, що приводиться в дію. Зазвичай величина ходу якоря в слабкострумових і швидкодіючих реле буває порядку 0,3...1 мм; у звичайних реле – 2...5 мм; у контакторах – 10...20 мм; у різних приводних магнітах, у тому числі піднімальних і гальмових - 30...150 мм.

3. Електромагніт повинен забезпечувати максимальну величину виробленої їм роботи при мінімальній споживаній енергії і при мінімальній витраті матеріалів для його виготовлення, а, також і при його мінімальних габаритах.

Таким чином, для проведення проектного розрахунку електромагніта необхідно знати механічну характеристику приводного пристрою і величину ходу якоря електромагніту.

Сила притягання якоря електромагніту, для забезпечення надійності роботи, повинна завжди перевищувати відповідну цьому зазору протидіючу силу. Величина коефіцієнта запасу, виходячи з дослідних даних, може бути

рекомендована наступною: для швидкодіючих реле 3…4; для слабкострумових реле 2...3; для звичайних реле керування 1,5...2; для контакторів і пускачів 1,2...1,5; для тягових і утримуючих електромагнітів 1,1...1,2.

Повна робота, одержувана від електромагніту, виявляється більшою ніж мінімально-необхідна робота для приведення в дію приводного механізму. Зазвичай електромагніти характеризують умовною працездатністю, що представляє собою добуток початкової сили притягання F_Н на хід якоря ,

. (3.1)

Для кожної конструктивної форми електромагніта існують умови одержання мінімальних розмірів і маси при визначених значеннях F_Н і . Зовсім очевидно, що абсолютна величина працездатності залежить як від ходу, так і від конструкції електромагніта і має яскраво виражений максимум при визначеному зазорі.

При цьому магнітна система постійного струму повинна бути виконана таким чином, щоб хід механізму, що приводиться в дію, здійснювався досить малим переміщенням якоря; у магнітній системі змінного струму це співвідношення буде зворотним.

Для зручності вибору форми електромагніту в проектному розрахунку вводиться поняття конструктивного фактора. Ця величина для магнітних систем з постійними ампер-витками визначається з виразу

, Н^1/2/см. (3.2)

Для магнітних систем зі змінними ампер-витками конструктивний фактор можна визначити з виразу

, Н^1/2/см, (3.3)

де F_Н - початкове зусилля притягання електромагніту, Н;  - хід якоря електромагніту, см.

Рекомендуються для визначених значень конструктивних факторів наступні форми електромагнітів (табл.3.1).

Таблиця 3.1

Значення конструктивних факторів для різних форм електромагнітів

Форма електромагніту	Значення к.ф.
З поворотним якорем клапанного типу	2,6...26
Прямоходовий з плоским стопом	1,6...90
Прямоходовий з конічним стопом	1,85...16
Прямоходовий без стопу	нижче 0,2

Сила притягання якоря в основному створюється потоком робочого повітряного зазору, тому при проектному розрахунку вплив на силу притягання потоків розсіювання і потоків неробочих зазорів не враховується.

Оптимальна величина магнітного потоку й індукції в робочому повітряному зазорі може коливатися в дуже широких межах і залежить від співвідношення між початковим зусиллям притягання і величиною ходу, тобто від конструктивного фактора. Ці залежності наведені на рис. 3.1 (додаток 2).

Після визначення по залежності В=f(к.ф.) оптимального значення індукції в повітряному зазорі подальші проектні розрахунки для магнітної системи з постійними ампер-витками і для магнітної системи зі змінними ампер-витками трохи відрізняються один від одного.

3.2. Проектний розрахунок електромагніту з постійним значенням магніторушійної сили його котушки F_м.К = const.

Маючи значення індукції в робочому повітряному зазорі В_в, з формули Максвелла

Н (3.4)

можна визначити площу полюсного наконечника S і його поперечні розміри.

При визначенні поперечних розмірів сердечника необхідно попередньо задатися величиною індукції в сталі і коефіцієнтом розсіювання магнітної системи.

Зазвичай індукція в сталі В_С визначається з кривих на рис. 3.1 (додаток 2) за значенням к.ф. чи приймається попередньо рівною: (1,2...1,4)Тл - для потужних магнітних систем (контактори, гальмові магніти) і (0,4...0,7) Тл - для магнітних систем реле. Попередня величина коефіцієнта розсіювання  приймається від 1,5 до 2,5, причому менші значення приймаються для магнітних систем з малим ходом якоря (приблизно до 5...8 мм), великі - для магнітних систем з великим ходом якоря. Тоді потік Ф в основі сердечника в (Вб), при - S (м²), В_В (Тл) і Ф_В (Вб) визначиться з рівняння

, (3.5)

де  - коефіцієнт розсіювання магнітної системи, що дорівнює

. (3.6)

Переріз сердечника визначиться з рівняння

. (3.7)

Переріз ярма зазвичай приймається рівним перерізу сердечника. переріз якоря, оскільки він обтікається тільки робочим потоком, може бути прийнятим трохи меншим, а саме

. (3.8)

Магніторушійна сила котушки витрачається на робочий повітряний зазор F_в, на паразитні зазори F_П і втрати в сталі F_C.

Величина м.р.с., що губиться в паразитних зазорах і в сталі, складає зазвичай від 15 до 35% від повної м.р.с. котушки. Тоді магніторушійна сила котушки електромагніту визначиться з рівняння

. (3.9)

де k_П = 0,15...0,35, а оскільки в першому наближенні провідність робочого повітряного зазору

, (3.10)

то повна м.р.с. котушки визначиться з виразу

. (3.11)

Співвідношення висоти обмотувального простору котушки l_к і його ширини h_к звичайно вибирається по конструктивному фактору (l_к/h_к) - по кривих рис. 3.1 (додаток 2). Позначимо через t це співвідношення: t= l_к/h_к. Тоді стала температура котушки визначиться з рівняння

, (3.12)

де  - питомий опір матеріалу обмотки котушки електромагніту, Омм; k – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м²; k_З.М – коефіцієнт заповнення котушки міддю, що дорівнює

, (3.13)

тут S_M – площа зайнята мідним проводом (міддю), м²; S_Об – площа обмотувального простору котушки, м².

Звідси, задючись величинами припустимого перегріву котушки, коефіцієнтом тепловіддачі і коефіцієнтом заповнення котушки міддю і з огляду, що напруга при роботі електромагніту може бути знижена до величини U_H (зазвичай =0,85), у порівнянні з номінальною напругою U_H , визначимо ширину котушкового простору (котушки)

. (3.14)

Надалі визначають габаритні розміри котушки. Знаючи розміри котушки, можна визначити всі розміри магнітопроводу електромагніту: висоту сердечника і ярма, відстань між ними й ін.

3.3. Проектний розрахунок електромагніта зі змінним значенням магніторушійної сили його котушки F_м.К = var.

Як і в попередньому випадку, маючи значення індукції в робочому повітряному зазорі В_В, визначаємо переріз сердечника магнітопроводу S з формули Максвелла (3.4). Оскільки сердечник магнітної системи змінного струму виконується шихтованим, то він полюсного наконечника не має. Повний переріз сердечника S_C з урахуванням коефіцієнта заповнення пакета сталлю k (k=0,9…0,95 - оскільки окремі аркуші звичайно лакуються і не прилягають абсолютно щільно один до одного) визначають з виразу

. (3.15)

При розрахунку магнітного потоку в системі звичайно враховується повне значення максимуму потоку (орієнтовані значення коефіцієнта розсіювання і розмірності беруться такими ж, як і у попередньому випадку)

. (3.16)

Геометрична форма перерізу сердечника для магнітних систем малої і середньої потужності зазвичай приймається квадратною. Для потужних електромагнітів, з метою одержання більшої стійкості якоря в притягненому положенні, геометрична форма перерізу сердечника вибирається прямокутною зі співвідношенням сторін (орієнтовно) 1:2.

Виходячи з величини магнітного потоку, число витків котушки визначається з виразу

, (3.17)

де  - кутова частота змінного струму, с^-1.

Після чого визначаються габаритні розміри котушки, виконується розрахунок котушки на нагрівання. Відношення висоти до ширини обмотувального простору можна визначити в залежності від конструктивного фактора по кривих рис. 3.1 (додаток 2). Знаючи розміри котушки, можна визначити і всі розміри магнітопроводу електромагніту.