§ 21.3. Порядок проектного расчета электромагнита

Исходными данными для расчета электромагнита обычно являются требуемое тяговое усилие F_э, ход (или угол поворота) якоря и напряжение питания U. Кроме того, в задании на проектирование указываются режим работы электромагнита и условия эксплуатации. Могут быть заданы требуемые быстродействие, габариты, вес, стоимость.

В результате расчета необходимо выбрать конструкцию электромагнита, материал магнитопровода, определить геометрические размеры магнитопровода и катушки, обмоточные данные.

На первом этапе проектного расчета необходимо выбрать конструкцию электромагнита, используя понятие конструктивного фактора А. Эта величина определяется в зависимости от тягового усилия и хода якоря :

(21.1)

где — в Н; — в см.

При используют прямоходовый электромагнит соленоидного типа; при —прямоходовый с коническим стопой; при -прямоходовый с плоским стопом; при 2,6< <26 — с поворотным якорем клапанного типа.

Форму электромагнита выбирают с учетом необходимой тяговой характеристики. На рис. 21.2 показаны типичные тяговые

характеристики электромагнитов. Если необходимо иметь пологую тяговую характеристику 1, то следует применять прямоходовый электромагнит, если крутую 2 — клапанный электромагнит. Ш-образпая форма электромагнита (5) используется преимущественно в схемах переменного тока.

На втором этапе выбирается индукция и определяется сечение магнитопровода.

Сила притяжения якоря в основном создается магнитным потоком в воздушном зазоре. Поэтому при проектном расчете влияние на тяговую силу потоков рассеяния обычно не учитывается. Оптимальный магнитный поток и индукция в рабочем воздушном зазоре может находиться в весьма широких пределах и зависит от соотношения между тяговым усилием и величиной хода, т. е. от конструктивного фактора А. На рис. 21.3 приведены зависимости индукции от конструктивного фактора для трех конструкций электромагнитов (с плоским стопом, с коническим стопом, клапанного типа). После выбора по этим кривым индукции можно определить площадь сечения полюсного наконечника. Напомним формулу (17.13), связывающую тяговое усилие с индукцией в зазоре и сечением полюсного наконечника При определении диаметра сердечника необходимо предварительно задаться индукцией в стали и коэффициентом рассеяния магнитной системы. Для мощных электромагнитов принимается в пределах , для небольших магнитных систем реле — в пределах от . Коэффициент рассеяния Меньшие значения берутся при малых ходах якоря, большие — для перемещений в несколько сантиметров. Сечение сердечника определяется по формуле

(21.2)

Сечение ярма обычно принимается равным сечению сердечника , а сечение якоря — меньшим:

(21.3)

На следующем этапе определяются геометрические размеры электромагнита, связанные с размещением катушки. При протекании по катушке с числом витков тока катушка должна создать МДС, обеспечивающую индукцию в зазоре . Так как часть этой МДС теряется в паразитных зазорах и в стали магнитопровода, то следует учесть долю МДС, не участвующую в создании

Рис. 21.3. Зависимость индукции в зазоре электромагнита и размеров катушки от величины конструктивного фактора

требуемого тягового усилия. Введем коэффициент , представляющий собой отношение МДС, не участвующей в создании тягового усилия, к общей МДС катушки. Тогда, полагая проводимость воздушного зазора , определяем полную МДС катушки:

(21.4)

Ее можно уточнить при расчете магнитной цепи с использованием кривых намагничивания для выбранного материала магнитопровода.

Соотношение высоты обмоточного пространства катушки к его ширине обычно выбирается по конструктивному фактору (нижняя кривая на рис. 21.3). Конкретные размеры катушки выбирают на основании условий нагрева катушки. При этом учитываются режим работы, коэффициент теплоотдачи , способ намотки, влияющий на коэффициент заполнения , изоляция провода, определяющая допустимую температуру . Кроме того, необходимо учесть и возможность снижения напряжения питания до

С учетом этих факторов ширина обмоточного пространства катушки определяется по формуле

(21.5)

Зная размеры катушки, можно определить все размеры магнитопровода электромагнита: высоту сердечника и ярма, расстояние между ними и т. д.