Технически университет – София, филиал Пловдив

Факултет ФЕА Специалност ЕТ

Курсов проектПо Електрически Апарати 2 част

Тема: Проектиране на задвижващ електромагнит

Иво Николаев Гарванов

Ф№:351498Група:34 б

дата: 30.04.2011г. проверил:/…………../(маг. инж. Иван Хаджиев)

1

Съдържание:І. Ред за проектиране на електромагнити за променлив ток 1. Задание.1.1.Съпротивителна характеристика.1.2. Електрически параметри на възбудителната намотка.- номинално напрежение;- честота;- диапазон на изменение на напрежението;- режим на работа.1.3. Изисквания към конструкцията на електромагнита.- конструктивна схема на електромагнита;ІІ. Основни етапи при проектиране на електромагнита1.Определяне на изчислителната стойност на електромагнитната сила.2.Определяне на площа и размерите на полюсите.3.Предварително определяне на геометричните размери на намотката и магнитната система на електромагнита.4. Съставяне на заместващата схема на магнитната верига.5. Изчисляване на магнитните проводимости на въздушните междини.6. Изчисляване на коефициентите на разсейване.7.Проектиране на късосъединената навивка за ограничаване на пулсациите на електромагнитната сила.8.Изчисляване на магнитните потоци в работните въздушни междини.9.Изчисляване на електромагнитнате сили при затворена котва.10.Определяне на броя на навивките и сечението на проводника на възбудителната намотка.11.Определяне на тока през възбудителната намотка.2.2.12.Определяне на загряването на възбудителната намотка.

ІІІ.Описание на алгоритъма за проектиране на електромагнит за променлив ток с двойно Т-образна котва.1. Кострукция и основни размери на електромагнит за променлив ток Т-образна котва.

2

2 Определяне на изчислителната стойност на електромагнитната сила.2.1. Параметри на съпротивителната характеристика.

Фиг. 8 Типична съпротивителната характеристика на електромагнитен контатор.δм - ход на котвата; δ - провал на главната контактна система;

2.2. Критичният ход и критичната сила на котвата.Критичният ход на котвата δкр и критичната сила Fкр се определят от точката

на съпротивителната характеристика, която се намира най-близо до тяговата характеристика. При променливотоковите електромагнити най-често това е точката определена от провала на главните контакти.

Изчислителна сила на електромагнита е:

(1)

3. Определяне на площа и размерите на полюсите

3.1. Обща площ на полюсите:

(2) ,

където Вδ е индукцията в работната въздушна междина. Индукцията в работната въздушна междина се определя от фиг.9 в

зависимост от конструктивния фактор

(3)

3

Фиг.9 Зависимост на магнитната индукция от конструктивния фактор

Изборът на индукцията Вδ е сполучлив, ако при затворена котва феромагнитните детайли не се насищат.

3.2. Размери на полюсите.

Ефективната площ на средния полюс е:

(4)

Размера на средния полюс при квадратна форма на геометричното сечиние е:

(5)

където е коефициент на запълване, който отразява разликата между ефективната и геометрична площ при магнитните системи изпълнени от листова електротехническа стомана.

Геометричната площ на крайния полюс е:

(6) ,

където е коефициент, който отразява разликата между ефективната площ и

геометрична площ на крайния полюс, в резултат от късосъединената навивка.

Ширината на крайния полюс съгласно фиг.7 е:

4

(7)

4. Предварително определяне на геометричните размери на намотката и магнитната система на електромагнита.4.1. Габаритни размери на корпуса на намотката

В електромагнитите за променлив ток Т-образна котва възбудителните намотки са навити на корпус. Корпусът е изработен чрез шприцване от пластмаса. Работната въздушна междина на средния полюс е разположена в отвора на намотката. Така че, освен като място за навиване на проводника на намотката, корпусът трябва да осигори нормалното функциониране на котвата.

Фиг.10 Размери на магнотнота система и намотката

5

(11)

(12) mm.

(13)

(14)

(15)

(16)

=1,5мм.- дебелина на стените на корпуса на намотката.Δ2=3mm.

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

3.4.4. Размери на магнитната система.

(22) ; Δ1=3mm.

(23) L2=L1+2а2=69+16,7=85,7 ..Въздушната междина на средния полюс при затворена котва е .

При затворена котва на крайните полюси трябва на няма въздушна междина.

5. Съставяне на заместващата схема на магнитната верига.Заместващите схеми на магнитната верига на електромагнит за променлив

ток с Т-образна котва, са построени при отчитане характера на разпределението на магнитните потоци и магнитното напрежение съгласно фиг. 11. Равнината 1-2-3 разделя общата схема на магнитната верига на две отделни вериги.

Фиг 11 Разпределението на магнитните потоци и магнитното напрежение в електромагнитите за променлив ток с Т-образна котва.

6

Фиг12 Заместващи схеми на електромагнит за променлив ток с Т-образна котва.

3.6. Изчисляване на магнитните проводимости на въздушните междини.

3.6.1. Магнитна проводимост на работната въздушна междина на средния полюс за верига 1.

(28)

- Пълната проводимост на въздушната междина на средния полюс при критичен ход на котвата:

където е работната проводимост на въздушната междина в

средния полюс при критичен ход на котвата.

7

3.6.2. Магнитни проводимости на работнате въздушни междини на крайните полюси за верига2.

- Краеви проводимости на крайните полюси:

- Общата краева проводимост на крайния полюс е:

- Общата краева проводимост на двата крайни полюса при критичен ход на котвата е:

- Пълната проводимост на двата крайни полюса при критичен ход на котвата е:

(29)

- работната

проводимост на въздушната междина в крайния полюс при критичен ход на котвата.

- общата работна проводимост на

въздушната междина в двата крайни полюса при критичен ход на котвата.

където: , са краевите магнитни проводимости на разсейване на

средния полюс и крайния полюс при критичен ход на котвата. Определят се по метода на Ротерс за вероятните пътища на потока [1], [2], [3].- Специфичната магнитна проводимост е:

8

(30)

3.6.4. Проводимост на разсейване приведена по потока за за верига 1.

(31)

3.6.5. Проводимост на разсейване приведена по потокосцеплението за верига 1.(32)

3.6.6. Еквивалентна проводимост за участък 1 приведена по потока:

3.6.7. Еквивалентна проводимост за участък 1 приведена по потокосцеплението

3.6.6. Еквивалентна проводимост за участък 2 приведена по потока:

3.6.7. Еквивалентна проводимост за участък 2 приведена по потокосцеплението:

3.7. Изчисляване на коефициентите на разсейване.

Коефициентите на разсейване се определят за следните стойности на хода на котвата:

- минимална стойност на работната въздушна междина;- между минималната въздушна междина и точката на допир на главните

контакти;- точката на допир на главните контакти;- между максималната въздушна междина и точката на допир на главните

контакти;- максимална стойност на работната въздушна междина.

9

3.7.1. Коефициент на разсейване на работната въздушна междина на средния полюс за верига 1.

(33)

3.7.1. Коефициент на разсейване на магнитната система приведен по потока за верига 1:

(33)

3.7.2. Коефициент на разсейване на магнитната система приведен по потокосцеплението за верига 1:

(34)

Определянето на проводимостите и коефициентите на разсейване за верига 2 се решава съгласно описаната методика за верига 1 и следните изрази за проводимостите на разсейване:

3.7.3. Проводимост на разсейване приведена по потока за за верига 2. (35)

3.7.4. Проводимост на разсейване приведена по потока за за верига 2.(36)

3.7.5. Определяне на проводимостите и коефициентите на разсейване при различни стойности на хода на котвата.

δ[mm]

Среден полюсGσ1ф

.10-8

Wb/A

Gσ1ψ

.10-8

Wb/A

Gе1ф

.10-8

Wb/A

Gе1ψ

.10-8

Wb/Aσδ1 σσ1ф σσ1ψ

GСР1

.10-8

Wb/A

GК1

.10-8

Wb/A

GС1

.10-8

Wb/A5 7.59 8.2 15.80 11.67 7.77 39.13 31.35 2.08 2.47 1.983 10.58 8.15 18.99 12.19 8.13 43.37 35.25 1.75 2.28 1.852 18.98 8.09 27.07 12.72 8.47 52.5 44.03 1.42 1.94 1.621 37.96 8.05 46.01 13.08 8.71 72.16 63.45 1.21 1.56 1.37

0,05 46040 8.015 46050 13.44 8.96 46080 46070 1.00 1.00 1.00

Табл. 1 Проводимости и коефициенти на разсейване за участък 1 на магнитната веригa

δ[mm]

Среден полюсGσ1ф

.10-8

Wb/A

Gσ1ψ

.10-8

Wb/A

Gе1ф

.10-8

Wb/A

Gе1ψ

.10-8

Wb/Aσδ1 σσ1ф σσ1ψ

GСР1

.10-8

Wb/A

GК1

.10-8

Wb/A

GС1

.10-8

Wb/A5 9.11 10.64 19.75 11.64 7.76 43.03 35.52 2.15 2.17 1.783 13.01 10.52 23.54 12.17 8.11 47.88 39.76 1.8 2.03 1.692 22.78 10.4 33.18 12.71 8.47 58.59 50.13 1.45 1.76 1.511 45.55 10.33 55.88 13.07 8.71 82.02 73.31 1.23 1.46 1.312

0,05 91100 10.25 92130 13.44 8.96 9482 9392 1.01 1.02 1.01

Табл. 2 Проводимости и коефициенти на разсейване за участък 2 на магнитната веригa

10

3.7.6. Определяне на максималната индукция в основата на средното ядро при минимална въздушна междина.

(37)

Проверява се условието:

(38)

ккъдето: е допустимата индукция за материала на магнитопровода.

3.8. Проектиране на късосъединената навивка за ограничаване на пулсациите на електромагнитната сила.

3.8.1 Изчисляване на проводимостите на въздушните междини в екранираната и неекранираната част на крайните полюси при затворена котва.

Площ на екранираната част на крайния полюс:. Площ на екранираната част на крайния полюс:

Проводимост в екранираната част на крайния полюс при затворена котва:

(39) ;

Площ на неекранираната част на крайния полюс:

- Проводимост в неекранираната част на крайния полюс при затворена котва:

(40)

3.8.2 Определяне на размерите на късосъединената навивка

Фиг 15 Размери на к.с навивка

(41)

11

(42)

3.8.3. Определяне на активното електрическо съпротивление на

късосъединената навивка.

(43)

където: - ъгъл на дефазиране между потоците в екранираната и

неекранирана част на полюса; -честота на напрежението на бобината на електромагнита. 3.8.4. Размери на сечението m и n на късосъединената навивка. Късосъединените навивки се изработват от алуминий. Предварително се задава

размерът n mm.

(44)

където: е средната дължина на късосъединената навивка; е

температурата на късосъединената навивка; е специфичното съпротивление на

алуминия при

(45)

За късосъединената навивка изработена чрез щанцоване, отношението на

размерите на сечението е .

3.9. Определяне на магнитните потоци в работните въздушни междини. 3.9.1. Векторна диаграма на магнитните потоци.

Фиг.16 Векторна диаграма на магнитните потоци в крайните полюси

3 3.9.2. Магнитен поток през работната въздушна междина на средния полюс при критичен ход на котвата.

12

(46)

3.9.3. Максимален поток през средния полюс при критичен ход на

котвата. (47)

3.9.4. Магнитен поток през работната въздушна междина на средния полюс при затворена котва.

(48)

3.9.5. Магнитен поток през екранираната част на крайния полюс при затворена котва.

(49)

където: е отношението на магнитните потоци през неекранираната и

екранираната част на крайния полюс.

(50)

3.9.6. Магнитен поток през неекранираната част на крайния полюс при

затворена котва.

(51)

3.9.6. Магнитен поток през неекранираната част на крайния полюс при затворена котва:

(52)

3.10. Изчисляване на електромагнитнате сили при затворена котва.

3.10.1. Обща средна сила в неекранираните части на крайните полюси при затворена котва.

13

(53)

3.10.2. Обща средна сила в екранираните части на крайните полюси при затворена котва.

(54)

3.10.3. Средна сила в средния полюс при затворена котва.

(55)

3.10.4. Обща средна стойност на силата от трите полюса при затворена котва:

(56)

3.10.5. Векторна диаграма на променливите компоненти на силите. Максималните стойности на променливите сили в работните въздушни междини са равни на съответните средни стойности. .

Фиг. 17 Векторна диаграма на променливите компоненти на силите

3.10.6. Определяне на общата променливата компонента на силата в крайните полюси при затворена котва.

(57)

3.10.7. Определяне на общата променливата компонента на силата в трите полюса при затворена котва.

(58) ,

14

(59)

3.10.8. Проверка на съгласуването между електромагнитната сила и съпротивителната характеристика при затворена котва.

(60)

Където: е съпротивителната сила при затворена котва

3.11. Определяне на броя на навивките и сечението на проводника на възбудителната намотка. 3.11.1. Брой на навивките

(61)

където: = е коефициент отчитащ пада на напрежение в активното

съпротивление на намотката;

3.11.2. Сечение и диаметър на проводника на намотката.

(63)

Избира се проводник със стандартно сечение и диаметър

.

3.12. Определяне на тока през възбудителната намотка при затворена котва. 3.12.1. Намагнитващ ток за въздушните междини при затворена котва.

(65)

където: е еквивалентната проводимост на въздушните междини при

затворена котва.

15

(66)

3.12.2. Намагнитващ ток за феромагнитните участъци при затворена котва.

Магнитната верига се разделя на участъци с постоянно сечение. Магнитните потоци на разсейване се пренебрегват.

където: е средната дължина на магнитната силова линия за съответния

участък; е напрегнатоста за съответния участък, която се определя от

намагнитващата крива в зависимост от индукцията в участъка,

е сечението на разглеждания учатък от магнитната верига.

16

3.12.3. Ток на активните загуби в магнитопровода при затворена котва.

(69)

(70)

,

където: е масата на магнитопровода; е обем на стоманената част

на магнитопровода; е специфичното тегло на материала.

3.12.4. Приведен ток на късосъединената навивка при затворена котва.

(71)

3.12.5. Ток през възбудителната намотка при затворена котва (72)

3.12.6. Намагнитващ ток за въздушните междини при отворена

котва. (73)

,

където: е еквивалентната проводимост на въздушните междини при

отворена котва.

(74)

- магнитния поток през средния полюс при отворена котва.

17

(75)

3.12.7. Ток през възбудителната намотка при отворена котва. За намагнитващия ток във феромагнитните участъци и токът на активните загуби в магнитопровода при отворена котва се приемат стойностите получени за затворена котва. Токът в късосъединената навивка при отворена котва може да се пренебрегне. (76)

3.12.8. Определяне на активното съпротивление на намотката.

(77)

където: е средната дължина на навивката.

3.12.9. Определяне на активния пад на напрежение в намотката при затворена котва.

(78)

- Изчисляване на действителния коефициент отчитащ активния пад в намотката.

(79)

- Проверка на условието:

(80)

3.13. Определяне на загряването на възбудителната намотка.

18

Полученото прегряване е в границите на допустимото:

19

14. Построяване на тяговата характеристика.

- Определяне на магнитния поток през работните въздушни междини при затворена котва.

-

20

- Определяне на електродинамичната сила при затворена котва.-

- Определяне на магнитния поток през работните въздушни междини при .

- Определяне на електродинамичната сила при .-

- Определяне на магнитния поток през работните въздушни междини при критичен ход на котвата

-

- Определяне на електродинамичната сила при критичен ход на котвата.-

- Определяне на магнитния поток през работните въздушни междини при .

- Определяне на електродинамичната сила при .-

- Определяне на магнитния поток през работните въздушни междини при отворена котва.

21

-

- Определяне на електродинамичната сила при отворена котва.-

б, mm

F, N

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

10

20

30

40

50

60

70

80

0

Fед

Fc

Използвана литература: [1]. Александров А.К., Електрически апарати, София, 2004. [2]. Писарев А.,Личев А., Проектиране на комутационни апарати за ниско напрежение , София Техника 1987. [3]. Александров А., Гергова З., Пиперов В., Ръководство за семинарни упражнения по електрически апарати, София 2000г.

22