Расчёт приводного электромагнита

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 17Следующая ⇒

Применяемые в настоящее время электромагнитные механизмы имеют разнообразные конструктивные формы магнитопроводов и катушек, а также способы питания катушек. Наиболее часто используемые типовые конструктивные схемы электромагнитно-пружинных механизмов контакторов и соответствующие им кинематические схемы во включенном состоянии приведены на рисунке 4.6.1.

При расчёте электромагнита постоянного тока по заданным условиям действия механизма, для которого предназначен электромагнит, и по зависимости величины требуемой силы от хода ведущего звена механизма выбирается конструктивная форма электромагнита. Далее определяются размеры магнитопровода и катушки так, чтобы сечение магнитопровода было достаточным для проведения магнитного потока, необходимого для создания требуемой силы электромагнита. Размеры же «окна» магнитопровода должны быть достаточны для размещения катушки. Намагничивающая сила катушки должна быть достаточной для создания необходимого магнитного потока. При этом катушка должна обладать такой теплоотдачей, чтобы при заданном режиме работы её температура не превышала допустимого значения для принятого класса нагревостойкости изоляционных материалов. Таким образом, задача расчёта представляет собой определение размеров и создание конструкции электромагнита по заданным параметрам.

На основании ряда выполненных расчётов и экспериментов по электромагнитам различных конструктивных форм был предложен метод выбора оптимальной конструктивной формы по геометрическому показателю («конструктивному фактору») Г. Для электромагнитов постоянного тока геометрический показатель Г определяется по форму

(4.7.1)

где – минимальная сила, развиваемая электромагнитом;

– начальный (максимальный) рабочий зазор;

– геометрический показатель («конструктивный фактор»).

Анализируя зависимость и от конструктивных параметров электромагнита, можно сделать вывод о том, что геометрический показатель Г характеризует отношение наружного диаметра цилиндрического электромагнита или катушки электромагнита к её длине (высоте) .

Каждой конструктивной форме электромагнита, спроектированного оптимально по экономичности в отношении массы, соответствует определенный диапазон значении Г, при котором удельный расход материалов является наименьшим.

Для электромагнитов, представленных на рисунке 4.6.1, значения геометрического показателя Г приведены в таблице 4.7.1.

Таблица 4.7.

Значения геометрических показателей Г для типовых электромагнитов

Конструктивная форма электромагнита	Геометрический показатель Г
Конструктивная форма электромагнита
Однокатушечный электромагнит с одним сердечником и внешним притягиваемым якорем

Приведённые в таблице 4.7.1 значения по электромагнитам постоянного тока относятся к продолжительному режиму работы с работоспособностью, близкой к 11,5 кгс×см, и превышением температуры 70 °С.

Для изготовления магнитопроводов электромагнитов как постоянного, так и переменного тока, как правило, применяются магнитомягкие низкоуглеродистые ферромагнитные материалы. Основной характеристикой магнитного материала является зависимость величины магнитной индукции B от напряженности магнитного поля H – кривая намагничивания. Кривые намагничивания магнитомягких материалов приведены в справочных данных Приложений (Рисунок 6).

В электромагнитах постоянного тока детали магнитопроводов изготовляются из прутков, полос и листов или отливаются такой толщины, которая соответствует расчётному сечению детали. У электромагнитов средних размеров при отсутствии жёстких требований к снижению коэрцитивной (задерживающей) силы и высокой магнитной проницаемости детали магнитопровода целесообразно изготовлять из качественной конструкционной низкоуглеродистой стали.

Для оптимизации дальнейших расчётов приводного электромагнита постоянного тока принимаются следующие допущения:

- рабочий воздушный зазор имеет небольшой размер по сравнению с размерами магнитопровода и сердечника;

- магнитное поле в воздушном зазоре равномерное, т.е. в пределах площади полюса (торца) сердечника электромагнита индукция B постоянна;

- потоки рассеяния отсутствуют;

- по конструктивным соображениям полюсный наконечник в электромагните не предусматривается;

- нерабочие зазоры пренебрежительно малы.

При расчёте размеров сердечника магнитопровода величина начальной индукции в рабочем воздушном зазоре при отпущенном якоре выбирается в зависимости от величины геометрического показателя Г по справочным данным в Приложениях (Рисунок 5):

– геометрический показатель («конструктивный фактор»);

– начальная магнитная индукция в рабочем зазоре .

Индукцию B при отпущенном якоре ( ) необходимо выбрать такой, чтобы при притянутом якоре максимальная индукция в сердечнике была бы у колена (перегиба) кривой намагничивания (Приложения, Рисунок 6). Индукция в рабочем воздушном зазоре при отпущенном якоре для большинства силовых электромагнитов принимается в пределах 0.1 ÷ 1.0 Тл.

Эскизный проект приводного электромагнита постоянного тока с внешним притягиваемым якорем представлен на рисунке 4.7.1.

Рисунок 4.7.1. 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.

Расчёт площади поперечного сечения полюса сердечника

Необходимая площадь поперечного сечения полюса рассчитывается по выбранной магнитной индукции в рабочем зазоре при отпущенном якоре электромагнита, когда . Для расчёта площади используется уравнение электромагнитной силы Максвелла для электромагнита постоянного тока: