Расчёт площади и сторон сечения обмотки

Площадь поперечного сечения обмотки S_ОБ, необходимая для размещения необходимого числа витков изолированного медного провода, определяется по формуле

               (4.7.6)

где =  – площадь поперечного сечения обмотки;

 – намагничивающая сила катушки электромагнита по формуле (4.7.5);

 – принятое значение плотности тока;

 – предварит. значение коэфф. заполнения обмоточного пространства катушки по приложениям (Рисунок 7);

марка медного провода для обмотки электромагнита – ПЭЛ (см. задание); технология укладки провода – без межрядовой изоляции (см. задание).

Предварительное значение  принимается по справочным данным

приложений (Рисунок 7) для указанной в Задании технологии укладки провода (без межрядовой изоляции Δ или с межрядовой изоляцией Δ) в зависимости от диаметра обмоточного провода по меди . При последующих расчётах значения  и уточняются.

На основании анализа существующих конструкций можно принимать

следующие значения отношения  для электромагнитов постоянного тока с внешним качающимся якорем:

 – для электромагнитов малого габарита;

 – для электромагнитов большого габарита.

Увеличение отношения  приводит к уменьшению расхода меди

вследствие роста поверхности охлаждения катушки и улучшения теплопередачи. Однако при этом возрастает поток рассеяния сердечника и уменьшается величина полезного потока в рабочем зазоре, что приводит к увеличению необходимой НС обмотки. Кроме того, это приводит к увеличению времени срабатывания электромагнита постоянного тока.

Определение длины (высоты) обмотки  и ширины (толщины) обмотки  производится в соответствие с формулами:

    (4.7.7)

где  – площадь поперечного сечения обмотки;

 – отношение длины обмотки к её ширине;

 – отношение ширины обмотки к её длине;

 – длина (высота) обмотки;

 – ширина (толщина) обмотки;

 – диаметр сердечника приводного электромагнита.

На основании выполненного расчёта определяются все необходимые геометрические размеры для проработки эскизного проекта приводного электромагнита постоянного тока. Размеры на эскизном проекте в точности соответствуют результатам расчёта. Магнитопровод, сердечник, якорь и катушка электромагнита прорисовываются на эскизе в пропорциях рисунка 4.7.1.

На рисунке 4.7.1. толщина изолирующих торцевых шайб катушки электромагнита принимается равной Толщина стенки внутренней изоляционной трубки катушки равна Толщина наружной изоляции катушки, предохраняющей провод обмотки от механических повреждений, составляет .

Для того чтобы исключить выступание обмоточного провода и наружной изоляции катушки за габариты катушки (в этом случае неизбежно соскакивание или запутывание витков при их намотке), наружный диаметр катушки  выполняется на  больше наружного диаметра обмотки .

Результаты расчётов сводятся в общую таблицу размеров приводного электромагнита 4.7.2.

Таблица 4.7.2

		– длина (высота) обмотки;
		– длина (высота) катушки;
		– диаметр сердечника ЭМ;
		– внутренний диаметр обмотки;
		– ширина (толщина) обмотки;
		– наружный диаметр обмотки;
		– средний диаметр обмотки;
		– наружный диаметр обмотки.

На данном этапе расчёта необходимо выполнить проверку электромагнита на соответствие критериям оптимальности и принять, если надо, иное значение . Методика приведена в разделе Заключение.

В справочных данных приложений (Рисунок 8) приведены примерные среднестатистические значения диаметра обмотки  приводного электромагнита в зависимости от величины коммутируемого тока . Сравнение расчётных данных и данных из Приложений позволяет сделать вывод о правильности выполненных вычислений размеров для дальнейшей проработки эскизного проекта приводного электромагнита постоянного тока.

Эскизный проект рассчитанного приводного электромагнита постоянного тока с внешним притягиваемым якорем представлен на рисунке 4.7.2.

Рисунок 4.7.2. Эскизный проект приводного электромагнита постоянного тока:

О – ось вращения якоря;  – плечо приложения тяговой силы; – рабочий зазор;  – диаметр сердечника;  – наружный диаметр катушки;  – длина (высота) катушки;  – средний диаметр обмотки; – внутренний диаметр обмотки; – наружный диаметр обмотки;  – длина (высота) обмотки;  – толщина обмотки

Для расчёта параметров обмоточного провода необходимо определить длину среднего витка (среднюю длину витка) , расположенного на среднемдиаметре обмотки электромагнита :

                     (4.7.8)

где  – длина среднего витка обмотки (средняя длина витка);

 – средний диаметр обмотки.

Сечение металла обмоточного провода определяется по формуле

                (4.7.9)

 – расчётное значение площади металла обмоточного провода;

 – намагничивающая сила катушки электромагнита по формуле (4.7.5);

 – удельное электрическое сопротивление металла провода (Таблица 5);

 – температурный коэффициент сопротивления металла (Таблица 5);

 – допустимая температура нагрева обмоточного провода (Таблица 24; Таблица 25);

 – температура окружающей среды;

 – длина среднего витка обмотки (средняя длина витка);

 – номинальное напряжение цепи управления (см. задание).

Расчётный диаметр обмоточного провода находится в соответствие с выражением

                (4.7.10)

Из справочных данных Приложений (Таблица 26) выбирается равный или ближайший больший по диаметру медный обмоточный провод со следующими техническими характеристиками:

марка провода ПЭЛ – эмалированный провод; класс нагревостойкости изоляции – A (105 ºС);

 – диаметр обмоточного провода по меди;

 – наружный (максимальный) диаметр провода в изоляции;

 – фактическая площадь металла обмоточного провода, рассчитанная по известному значению .

Далее рассчитывается число витков обмотки . При расчёте используется значение коэффициента заполнения , соответствующее выбранному диаметру обмоточного провода  и технологии укладки провода (без межрядовой изоляции Δ или с межрядовой изоляцией Δ; Рисунок 7).

                (4.7.11)

где  – число витков обмотки катушки электромагнита;

=  – площадь поперечного сечения обмотки;

 - коэффициент заполнения обмоточного пространства катушки в соответствие с  (Рисунок 7).

Активное сопротивление обмотки , нагретой до допустимой температуры , составляет

              (4.7.12)

где  – активное сопротивление обмотки;

 – удельное электрическое сопротивление металла провода;

 – температурный коэффициент сопротивления металла;

 – допустимая температура нагрева обмоточного провода;

 – температура окружающей среды;

 – длина среднего витка обмотки (средняя длина витка);

 – фактическая площадь металла обмоточного провода, рассчитанная по известному значению .

После выполнения расчётов необходимо определить реальные значения величины тока в обмотке ( ), плотности тока ( ) и намагничивающей силы ( )

при номинальном, повышенном на 10% и пониженном на 15% значении напряжения цепи управления U_У. Вычисления выполняются по формулам:

                                         (4.7.13)

                             (4.7.14)

                         (4.7.15)

где  – фактическая площадь металла обмоточного провода;

 – расчётное значение НС катушки электромагнита по формуле (4.7.5);

 – число витков обмотки катушки электромагнита по формуле (4.7.11).

Результаты расчётов оформляются в виде таблицы 4.7.3.

Таблица 4.7.3

	0.88	А	– ток в обмотке электромагнита при номинальном значении ;
	0.967	А	– ток в обмотке электромагнита при повышенном значении ;
	0.747	А	– ток в обмотке электромагнита при пониженном значении ;
	2		– принятое значение плотности тока;
	3.11		– плотность тока в обмотке при ;
	3.42		– плотность тока в обмотке при ;
	2.64		– плотность тока в обмотке при ;
	1105	A	– расчётное значение НС катушки электромагнита по формуле (4.7.5);
	1181	A	– НС катушки электромагнита при ;
	1297	A	– НС катушки электромагнита при ;
	1002	A	– НС катушки электромагнита при ;

 

Если в результате вычислений значение плотности тока  окажется больше 4  или меньше 2  или будет меньше необходимо изменить начальные условия и выполнить повторныйрасчёт с целью получения приемлемых результатов.

Максимальное значение мощности потребляемой обмоткой электромагнита, т.е. мощность активных потерь, рассчитывается по формуле

               (4.7.16)

где  – максимальное значение потребляемой обмоткой электромагнита мощности.

При выполнении упрощённого теплового расчёта катушки принимается допущение, что теплоотдача происходит только с наружной и внутренней поверхности обмотки электромагнита. Площади наружной поверхности обмотки электромагнита определяется следующим образом:

           (4.7.17)

где  – площадь наружной поверхности;

 – наружный диаметр обмотки (Таблица 4.7.2);

– длина (высота) обмотки (Таблица 4.7.2).

Площади внутренней поверхности обмотки составляет:

                    (4.7.18)

где  – площадь внутренней поверхности;

 – внутренний диаметр обмотки (Таблица 4.7.2).

Расчётное значение температуры нагрева обмотки  составляет

                 (4.7.19)

где  – расчётное значение температуры нагрева обмотки электромагнита;

 – допустимая температура нагрева обмоточного провода;

 – температура окружающей среды;

 – максимальное значение потребляемой обмоткой электромагнита мощности;

k_т=9  – коэффициент теплоотдачи (Таблица 6);

 – площадь наружной поверхности электромагнита;

 – площадь внутренней поверхности обмотки

электромагнита;

 – коэффициент, характеризующий теплоотдачу с внутренней поверхности обмотки электромагнита;

 – обмотка намотана на изолированный сердечник;

 – обмотка намотана на металлическую втулку;

 – обмотка намотана на каркас из изоляционного материала или выполнена бескаркасной.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

    Курсовая работа «Расчёт электромагнитного контактора постоянного тока» выполнена на основе исходных данных, представленных в задании.

Исходные данные для расчёта электромагнитного контактора

Зачётная книжка № 1 6 002 119

 

№	Обозначение параметра электрического аппарата	Значение
1.	– номинальное напряжение главной цепи	= 440 В
2.	– номинальный ток главной цепи контактора; род тока – постоянный	= 150 А
3.	– номинальное напряжение цепи управления; род тока – постоянный	= 24 В
4.	– продолжительность включения	= 15 %
5.	– допустимое число циклов включения в час	= 300
6.	– количество главных контактов (число полюсов)	= 1 шт.
7.	– коммутационная износостойкость	= 0.1 млн. циклов
8.	– кратность тока отключения	= 2.5
9.	– величина тока через блок–контакты	= 2.5 А
10.	Материал держателя подвижного главного контакта	– медь (Cu)
11.	Материал главных контактов	– медь (Cu)
12.	Облицовка главных контактов	– нет
13.	Тип контактирования главных контактов	– линейный
14.	Материал токоведущих шин	– медь (Cu)
15.	Марка медного провода для обмотки ЭМ	– ПЭЛ
16.	Технология укладки провода в обмотке электромагнита	–

 

Дата выдачи задания 03 сентября 2018 г.

 

Срок сдачи работы  30 ноября 2018 г.

 

Индивидуальное задание принял к исполнению ___________(                    )

 

Руководитель курсовой работы                       ___________ А. М. Марков

В ходе выполнения курсовой работы «Расчёт электромагнитного контактора постоянного тока» были рассчитаны и определены технические параметры и характеристики электрического аппарата. Все результаты расчётов для удобства проверки и анализа результатов представлены в виде сводной табл. II.

Таблица II

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: