Расчет электромагнита

3.4.1 Требования к электромагниту. Конструктивный фактор

Проектный расчет электромагнита позволяет определить его параметры, исходя из основных предпосылок расчета, определяемых требованиями, предъявляемыми к данному электромагниту:

- тяговая характеристика электромагнита на всем протяжении хода должна лежать выше механической устройства, для приведения в действие которой предназначен данный электромагнит;

- величина хода якоря электромагнита должна обеспечивать правильную и надежную работу приводимого в действие устройства. Обычно величина хода якоря в слаботочных и быстродействующих реле бывает порядка 0, 3….1 мм; в обычных реле – 2……5 мм; в контакторах – 10…..20 мм; в различных приводных магнитах, в том числе и тормозных – 30….150мм;

- электромагнит должен обеспечивать максимальную величину производимой им работы при минимальной потребляемой энергии и минимальных габаритах.

Таким образом, для проведения проектного расчета электромагнита необходимо знать механическую характеристику приводного устройства и величину хода якоря электромагнита.

Сила притяжения якоря для обеспечения надежности работы должна всегда превышать соответствующую этому зазору противодействующую силу. Величина коэффициента запаса, исходя из опытных данных может быть рекомендована следующей: для быстродействующих реле 3…4, для слаботочных реле 2….3, для обычных реле управления 1, 5….2, для и пускателей 1, 2….1, 5, для тяговых и удерживающих электромагнитов 1, 1….1, 2.

Для выбора формы электромагнита и определение оптимальной величины магнитного потока и индукции в рабочем воздушном зазоре определяем конструктивный фактор, характеризующий соотношение между начальным условием притяжения и величиной хода якоря :

(8)

В [1] рекомендуется для определенных значений следующие формы электромагнитов (Таблица 3).

Таблица 3 - Формы электромагнитов

Форма электромагнита	Значение
С поворотным якорем клапанного типа	2, 6….26
Прямоходовой с плоским стопом	1, 6….90
То же с коническим стопом	1, 85….16
То же без стопа	Менее 0, 2

Здесь же приведены зависимости оптимального значения индукции в рабочем воздушном зазоре (приложение А рисунок А1).

3.4.2 Расчет основных параметров электромагнита

По значению индукции в рабочем воздушном зазоре , можно определить площадь полюсного наконечника S и его диаметр. Согласно формуле Максвелла:

(9)

где _КН - сила притяжения, Н.

При определении диаметра сердечника необходимо предварительно задаться величиной индукции встали и коэффициентом рассеивания магнитной системы. Обычно индукция в стали принимается предварительно равной (1, 2…..1, 4) для мощных магнитных систем (контакторы, тормозные магниты) и (0, 4…..0, 7) для магнитных систем реле. Предварительная величина коэффициента рассеяния принимается от 1, 5 до 2, 5: меньшие значения – для магнитных систем с малым ходом якоря (5 – 8 мм), большие – для магнитных систем с большим ходом якоря. Тогда поток у основания сердечника при S(см), (Тл) и (Вб):

(10)

и сечение сердечника

(11)

Сечение ярма обычно принимается равным сечению сердечник; сечение якоря, поскольку он обтекается только рабочим потоком, может быть принято несколько меньшим:

(12)

Магнитодвижущая сила катушки расходуется на рабочий воздушный зазор паразитные зазоры и потери в стали .

Величина м.д.с., теряющейся в паразитных зазорах и в стали, составляет обычно от 15% до 35% от полной м.д.с. катушки. Тогда

(13)

где = 0, 15….0, 35, а поскольку в первом приближении проводимость рабочего воздушного зазора:

(14)

то полная м.д.с. катушки

(15)

3.4.3 Расчет катушки электромагнита

Исходными данными для расчета являются номинальные напряжения , м.д.с. нагретой катушки и внутренний диаметр катушки .

По выбранной конструкции катушки и марке обмоточного провода определяем допустимое превышение температуры при температуре окружающей среды . Соотношение высоты обмоточного пространства катушки и его ширины обычно выбирается по конструктивному фактору (по кривым рисунок А1 приложение А). Если обозначить , то превышение температуры катушки, ,

(16)

где - удельное сопротивление проводникового материала;

- коэффициент заполнения катушки по меди;

= 0, 45…..0, 55 – для обмоточных проводов с эмалевой изоляцией, = 0, 25….0, 35 – для проводов с изоляцией из пряжи и с комбинированной изоляцией;

К – коэффициент теплоотдачи катушки (таблица А7 приложение А).

Отсюда, ширина обмоточного пространства катушки, см,

, (17)

где - коэффициент возможно снижения напряжения (=0, 85…..0, 95).

Далее определяем наружный диаметр катушки, см,

(18)

(19)

среднюю длину витка, см,

, (20)

поверхность охлаждения, ,

(21)

(22)

Мощность нагретой катушки при допустимом превышении температуры, Вт

(23)

а сопротивление нагретой катушки, Ом

(24)

Сопротивление холодной катушки при определяется из следующих соображений. Как известно, , где - абсолютная допустимая температура катушки, . Отсюда:

, (Ом) (25)

Число витков катушки:

, (26)

причем в этой формуле R и необходимо брать при одинаковой температуре.

Диаметр жилы провода, см,

(27)

По значению d выбираем размер провода (, определяем диаметр провода с изоляцией и проверяем возможность намотки катушки по обмоточному коэффициенту заполнения:

(28)

где .

В зависимости от способа намотки значение следующие: дикая обмотка =0, 6…0, 75, рядовая обмотка =0, 75…0, 85, шахматная обмотка =0, 85…0, 95. При очень тщательной укладке витков достаточно большого диаметра (более 1 мм) при рядовой обмотке можно получить =0, 9…0, 95.

После уточнения сопротивлений и выбранного провода определим м.д.с. нагретой катушки:

(29)

и по определенному значению уточним превышение температуры:

(30)

Уточненное значение не должно превышать принятого допустимого более, чем на (3…6) .