Расчет обмоточных параметров реле

Целью расчета обмоточных параметров реле является определение диаметра d провода и его марки, числа витков W и сопротивления R.

Обмотка должна обеспечивать получение требуемого значения н.с. при заданном значении напряжения или тока источника питания. Выбор марки провода зависит от требований, предъявляемых к реле по температуростойкости. Для намотки катушек миниатюрных электромагнитных реле применяется, в основном, медный провод круглого сечения с эмалевой изоляцией марки ПЭТВр, ПЭТимид и ПНЭТимид. Ввиду технологической сложности выполнения рядовой намотки, производится ручная намотка.

Заданное значение н.с. срабатывания можно определить

, (8)

где сопротивление обмотки:

. (9)

Подставляя значение R в (8), получим значение диаметра провода:

, (10)

где  – удельное сопротивление провода;

l_ср – средняя длина витка катушки, м;

U_ср – напряжение срабатывания.

Средняя длина витка прямоугольных катушек

,

где а и b – стороны основания каркаса катушки, мм;

h_k – высота намотки, мм.

Для круглых катушек

,

где ,

где D₀ и D_н – диаметры основания и намотки катушки, мм:

,

где D_k , – диаметр щеки катушки, мм;

h_u – толщина наружной изоляции обмотки, мм.

Для круглых катушек выражение (10):

(11)

Напряжение срабатывания U_ср для температуростойких реле ориентировочно принимается равным 50% рабочего напряжения, подаваемого на обмотку.

Расчетное значение d округляется до ближайшего сортаментного.

Число витков обмотки реле

, (12)

где W₀ – число витков, приходящихся на 1 мм² сечения окна катушки;

l_k – длина обмотки.

В табл. 4 и 5 приведены значения коэффициентов W₀ и k₃, для проводов марки ПЭТВр, ПЭТимид и ПНЭТимид с диаметром меди без изоляции d и с изоляцией d₁. Зная значение W, можно по (9) определить сопротивление обмотки R:

.

Обозначая получаем для круглых катушек

. (13)

и для катушек с прямоугольным сечением сердечника

. (14)

Значения с₀ также приведены в табл. 4 и 5.

Пример. Рассчитать н.с. срабатывания и обмоточные параметры реле типа РЭС34.

Схема магнитопровода реле типа РЭС34 приведена на рис. 8.

Таблица 4

Значения коэффициентов для расчета обмоток из провода марки ПЭТВр

d, мм	d1, мм	0	c0	k3
0,020	0,035	631	110,5	0,198
0,025	0,040	491	55,0	0,241
0,030	0,045	395	30,75	0,276
0,035	0,050	326	18,65	0,314
0,040	0,055	274	11,63	0,344
0,045	0,060	234	8,10	0,371
0,050	0,065	202	5,66	0,396
0,060	0,085	123	2,39	0,345
0,070	0,095	101	1,44	0,388
0,080	0,105	85	0,93	0,428
0,090	0,115	73	0,63	0,464
0,10	0,125	63,6	0,446	0,501
0,11	0,135	54,9	0,317	0,520
0,12	0,145	47,6	0,231	0,538
0,13	0,155	41,7	0,173	0,553
0,14	0,165	36,7	0,131	0,565
0,15	0,18	30,9	0,096	0,546
0,16	0,19	27,7	0,0759	0,557
0,17	0,20	25,0	0,0606	0,567
0,18	0,21	22,7	0,0491	0,577
0,19	0,22	20,7	0,0401	0,586
0,20	0,23	18,9	0,0331	0,594

Таблица 5

Значение коэффициентов для расчета обмоток из проводов марок ПЭТимид и ПНЭТимид

d, мм	ПЭТимид				ПНЭТимид
	d1, мм	0	c0	k3	d1, мм	0	c0	k3
0,025	0,035	641	71,8	0,314	-	-	-	-
0,030	0,045	395	30,75	0,276	0,045	395	30,75	0,276
0,035	0,050	326	18,65	0,314	0,050	326	18,65	0,314
0,040	0,055	274	11,63	0,34	0,055	274	11,63	0,344
0,045	0,060	234	8,10	0,371	0,060	234	8,10	0,371
0,050	0,065	202	5,66	0,396	0,065	202	5,66	0,396
0,060	0,080	138	2,68	0,391	0,080	138	2,68	0,391
0,070	0,090	112	1,605	0,433	0,090	112,5	1,605	0,433
0,080	0,105	85	0,93	0,428	0,105	85	0,93	0,428
0,090	0,115	73	0,63	0,464	0,115	73	0,63	0,464

Рис. 8. Схема магнитопровода реле типа РЭС34.

Значение магнитного потока в рабочем воздушном зазоре:

.

Проводимость между плоскостью якоря и плоскостью полюса

Проводимость между торцевой частью якоря и плоскостью полюса

Проводимость между торцевой частью полюса и якорем

Проводимости между торцевым ребром якоря и плоскостью полюса, а также между торцевым ребром полюса и якорем

.

Проводимость шаровых квадрантов между торцевыми углами якоря и полюсом

.

Проводимость шаровых квадрантов между торцевыми углами полюса и якорем

.

Проводимость между ребром якоря и боковой гранью полюса

.

Проводимость между ребром полюса и боковой гранью якоря

.

Проводимость между обращенными друг к другу боковыми ребра­ми якоря и полюса

Проводимость между боковыми гранями якоря и полюса

Полная проводимость одного воздушного зазора

Коэффициент рассеяния полюсного наконечника

.

Магнитный поток на конце полюсного наконечника

.

Сопротивление одного воздушного зазора

.

Сопротивление двух последовательно расположенных рабочих воздушных зазоров .

Н.с., создающая магнитный поток в рабочих воздушных зазорах

.

Магнитную проводимость между сердечником и полюсом определяем по (1) табл. 3. Зазор между полюсом и сердечником, учитывая неплотность прилегания сердечника к торцам полюсов по всей плоскости, принимаем равным 0,00510^-3 м. Тогда

.

Магнитное сопротивление двух стыков .

Н.с. для проведения потока через стыки в магнитопроводе

Индукция в якоре и полюсных наконечниках

По рис. 7 находим значение относительной магнитной проницаемости в якоре и полюсных наконечниках:

Магнитное сопротивление якоря и полюсных наконечников:

Н. с., необходимая для проведения магнитного потока через якорь и полюсные наконечники:

Н.с. для проведения магнитного потока через сердечник.

Удельную проводимость между параллельно расположенными сердечником и якорем рассчитываем по (21 а) табл. 3:

Среднее значение магнитного потока в сердечнике

.

Среднее значение индукции в сердечнике

Магнитное сопротивление сердечника и н.с.:

.

Определяем полное значение н.с. электромагнита реле:

При коэффициенте запаса 1,75 паспортное значение н.с. срабатывания реле:

Расчет обмоточных параметров реле при номинальном рабочем напряжении 27В . Намотка катушки электромагнита выполнена медным проводом марки ПЭТВр.

Конструктивные параметры катушки:

Средняя длина витка катушки

Напряжение срабатывания реле .

Диаметр провода обмотки

.

Число витков обмотки реле .

Сопротивление обмотки

Учитывая, что часть обмоточного пространства катушки занята выводными концами, местами их соединения с обмоточным проводом и наружной изоляцией обмотки, учитывая производственный разброс по толщине медной жилы и изоляции провода, фактические значения числа витков и сопротивления обмотки уменьшают по сравнению с расчетными.

Проверка расчета катушки электромагнита реле по допустимой плотности тока.

Площадь поперечного сечения провода обмотки

Значение рабочего тока в обмотке

Плотность тока в обмотке

Полученное значение плотности тока в обмотке сравнивается с допустимым значением плотности тока

Обмотка реле предназначена для работы в кратковременном режиме.

ЗАДАНИЕ

Для предложенного преподавателем варианта контактного узла, заданных конструктивных параметров и материала контактных пружин, магнитопровода и обмотки электромагнита произвести необходимые расчеты и построить механическую и электромеханическую характеристики электромагнита реле, произвести расчет обмоточных параметров и проверку расчета реле.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен быть оформлен на листах формата А4 ручкой или с помощью печатающих устройств ЭВМ и должен содержать:

1. Название работы, цель.

2. Исходные данные.

3. Расчетную часть.

4. Выводы по результатам расчета.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назвать основные параметры и характеристики реле.

2. Перечислить основные этапы расчета реле.

3. Расчет механической характеристики контактного узла.

4. Расчет механической характеристики возвратных пружин.

5. Построение механической характеристики реле.

6. Расчет магнитной системы реле.

7. Построение электромеханической характеристики реле.

8. Расчет параметров обмотки электромагнита реле.

ВРЕМЯ, ОТВЕДЕННОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Подготовка к работе - 0,5 акад. час.

Выполнение работы – 1,5 акад. час.

Оформление отчета – 2 акад. час.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. М., 1999. -350с.

2. Витенберг М.И. Расчет механических характеристик миниатюрных реле // Вопросы радиоэлектроники,1999. С. 35-38.

3. Кобзарь В.В., Хайцер С.Л. Механические параметры контактных пружин // Вопросы радиоэлектроники, 1999. С.28-30.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Гордон А. В., Сливинская А. Г. Электромагниты постоянного тока. М.-Л., 2001г. -340с.

4. Ройзен В. 3. Миниатюрные герметичные электромагнитные реле. М., 2006 г. -289с.