Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

В. Ю. Кожевников

Учебное пособие

Для студентов специальности 180500

Саратов 2006

УДК 621.3.07(075)

ББК 6П2.1.082

К58

Рецензенты:

Кафедра «Применение электрической энергии в сельском хозяйстве «Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова

Кандидат технических наук, доцент

А.В. Львицын

Одобрено

Редакционно –издательским советом

Саратовского государственного технического университета

Кожевников В.Ю.

К58 Расчет электромагнитов постоянного тока: учебн. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 40 с.

ISBN 5-7433-

В учебном пособии содержатся методики расчета электромагнитов постоянного тока, являющихся важным элементом электрических аппаратов высокого и низкого напряжения. Рассмотрены задачи анализа и синтеза электромагнитов постоянного тока.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнология».

Может быть полезна инженерно-техническим работникам электроаппаратостроения.

УДК 621.3.07(075)

ББК 6П2.1.082

©Саратовский государственный

Технический университет, 2006

Введение

Электромагнитные механизмы очень широко распространены в технике. Это привело к большому разнообразию их конструктивных выполнений и к трудности единой методики их расчета.

Проектирование электромагнитного аппарата можно разбить на 4 этапа:

1. Выбор типа магнитной цепи.

2. Предварительный расчет, т.е. определение основных размеров электромагнита.

3. Поверочный расчет – расчет магнитной цепи электромагнита и уточнения параметров предварительного расчета; расчет обмотки и проверки ее теплового режима; расчет тяговой характеристики электромагнита; расчет контактов и контактных пружин; расчет возвратной пружины, определение времени срабатывания и отпускания электромагнита.

4. Конструирование всего устройства с учетом его применения и технологии производства.

Настоящее пособие состоит из трех частей.

Часть I содержит материалы для типового расчета и курсового проектирования при заданной геометрии магнитной цепи. В ней приведена методика поверочного расчета электромагнита постоянного тока.

Часть II –материалы для курсового проектирования для выбора типа магнитной цепи и ее геометрии при следующих заданных параметрах электромагнита:

а) величина начального воздушного зазора _н;

б) электромагнитная сила для начального положения якоря F_эн;

в) режим работы электромагнита (ПВ %).

В III части даны варианты заданий на типовые расчеты и курсовые проекты по курсу «Основы теории электрических аппаратов» и варианты заданий на курсовые проекты по курсам «Электромеханические аппараты автоматики» и «Электрические аппараты управления» и рассчитан в сокращенном объеме один вариант поверочного расчета электромагнита постоянного тока.

1. Поверочный расчет электромагнита постоянного тока

1.1. Задачи поверочного расчета

При поверочном расчете электромагнита постоянного тока известны:

1. Геометрические размеры магнитной цепи электромагнита.

2. Величина магнитной индукции В_н в рабочем воздушном зазоре для начального положения якоря _н или величина намагничивающей силы катушки _к.

3. Напряжение питания.

Требуется рассчитать:

1. Магнитные проводимости воздушных зазоров G_ и G_е (рабочего и паразитного) и проводимости рассеяния G_s для четырех положений якоря: начального _н, среднего _ср, промежуточного _п (_ср_п_н) и конечного _к.

2. Величину намагничивающей силы обмотки электромагнита _к, если задана магнитная индукция В_, или величину магнитного потока в воздушном зазоре при заданной н. с. обмотки.

3. Обмоточные параметры катушки электромагнита: марку и диаметры провода d и d₁ (голого и изолированного), число витков w и сопротивление обмотки R.

4. Превышение температуры обмотки над температурой окружающего воздуха  при длительном режиме; если _доп, то определить для кратковременного режима – время работы, или для повторно-кратковременного режима – продолжительность включения ПВ.

5. Магнитные потоки: рабочий поток Ф_ и потоки рассеяния Фs для четырех положений якоря (_н, _ср, _п и _к).

6. Величину электромагнитной силы F_э = f().

7. Время трогания электромагнита t_тр.

Варианты типов магнитных цепей электромагнитов постоянного тока приведены на рис. 1 (в конце книги), варианты заданий – в таблицах А, В, С, D, Е приложения.

1.2. Расчет магнитных проводимостей воздушных зазоров

Расчет магнитной цепи электромагнита (рис. 2,а) начинают с определения магнитных проводимостей воздушных зазоров (рабочей G_, паразитных G_е1 и G_е2 ) и удельной проводимости рассеяния g_s.

Для равномерного поля, когда линии магнитной индукции параллельны, а эквипотенциальные поверхности представляют собой плоскости, магнитная проводимость определяется формулой [1]

(1)

где ₀ = 0,410^–6 – магнитная постоянная, Г/м;

S – сечение полюса магнитопровода, м²;

 – длина воздушного зазора, м.

Равномерное поле в воздушных зазорах бывает редко. Например, для цилиндрических полюсов плоскими торцами при соотношении зазора к диа

метру формула (1) дает погрешность приблизительно 10% [2].

Большей частью магнитное поле воздушного зазора имеет очень сложную формулу. Опираясь на результаты экспериментальных исследований, для расчета магнитных проводимостей воздушного зазора действительное магнитное поле упрощают. Проводимость воздушного зазора G_ представляют как сумму трех слагаемых: проводимости равномерного поля

п роводимости выпучивания G_е и проводимости с боковых гра-

ней G_х (рис. 2,б).

G_ = G_0 + G_ + G_х (2)

Тогда соответственно для потоков можно написать

Ф_ = Ф_0 + Ф_в + Ф_х. (2а)

В табл. 1 приложения проведены расчетные формулы для определения магнитных проводимостей, полученные на основании математической обработки экспериментальных данных.Формулы проводимостей воздушных зазоров даны с учетом выпучивания. Проводимость с боковых граней G_х определяется по приведенным в поз. 6 и 7 формулам (табл. 1), величина х определяется для каждого конкретного случая. Для цилиндрических полюсов величину х можно определить следующим образом: длина полуокружности линии магнитной индукции, идущей от боковой поверхности должна быть меньше расстояния между магнитопроводом и полюсом

(D – d)=2h [2]

Тогда

(3)

Для квадратных полюсов величина x определяется аналогично. Магнитные проводимости воздушных зазоров можно определить графическим методом или по формулам табл. 2 (метод суммирования простых объемных фигур поля [1,2]). Удельные проводимости рассеяния g_s или G_s= g_sl определяются по формулам позиций 1-5 табл. 1.