РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТА.

3.1. Предварительный расчет электромагнита

3.1.1 Выбор материала магнитопровода.

Выбор того или иного материала определяется, с одной стороны, назначением магнитной системы, а с другой – магнитными свойствами материала. Для электромагнитов постоянного тока средних размеров выбираем материал: сталь качественная конструкционная отожженная 05.

3.2. Определение размеров элементов магнитопровода и обмоточного пространства

3.2.1. Площадь сечения сердечника:

, ,                                                                                 (3.1)

где  - магнитная проницаемость воздуха;

 - расчетная электромагнитная сила (для электромагнитов клапанного типа), при которой электромагнит срабатывает, принимается равной начальной противодействующей силе, приведенной к рабочему воздушному зазору, Н;

 - индукция в рабочем зазоре при отпущенном якоре;  

Для большинства силовых электромагнитов индукцию в рабочем воздушном зазоре можно принимать в пределах , принято  = 0,7Тл;

Тогда ;

3.2.2. Площадь сечения сердечника без полюсного наконечника:

Так как номинальный ток сравнительно большой , диаметр провода будет тоже большим, следовательно можно использовать сердечник без полюсного наконечника.

,                                                                                                    (3.2)

где  - количество воздушных зазоров.

= 1, 

;

 

3.2.3. Определение диаметра круглого сердечника электромагнита постоянного тока при отсутствии полюсного наконечника:

 

м;                                                    (3.3)

Принято d_c=1.1 10^-2 м;

 

3.2.4. Определение величины намагничивающей силы обмотки электромагнита постоянного тока:

Необходимой для срабатывания электромагнита, учитывающей падение магнитного потенциала: в рабочем зазоре, в нерабочих зазорах и остальных частях магнитопровода при отпущенном якоре:

;                        (3.4)

3.2.4.1. Для катушки параллельного включения намагничивающая сила обмотки:

                                                                               (3.5)

Где = - напряжение срабатывания, В;

 = 0,6…0,9 – коэффициент, характеризующий минимально возможное напряжение, при котором величина н.с. срабатывания  должно быть достаточной;

Принято = 0,85;

 = ;

Тогда ;

3.2.4.2. Намагничивающая сила приходящаяся на один рабочий зазор, при отпущенном якоре:

;                               (3.6)

3.2.5. Определение площади продольного сечения обмоточного пространства:

                                                                         (3.7)

где j – плотность тока в проводниках обмотки, ограниченная температурой нагрева, для длительного режима работы можно принять j = (2,0…4,0)10⁶ А/м²;

 - коэффициент заполнения обмоточного пространства зависит от трех факторов, поэтому его можно рассматривать состоящим из трех коэффициентов . Здесь  - коэффициент формы сечения проводника: для круглого ;

 - коэффициент неравномерности намотки (укладки);

 - коэффициент перегрузки по току, характеризующий нагрузочную способность токоведущей части аппарата, определяется в соответствии с режимом работы аппарата; при продолжительном режиме  = 1;

Принято ;

;

;

Тогда ;

В итоге получаем, что площадь продольного сечения обмоточного пространства будет равна:

;

3.2.6. Высота и длина обмоточного пространства:

;                                                                                      (3.8)

;                                                                                         (3.9)

где  - относительная длина обмоточного  пространства (по условиям отвода теплоты и приемлемой теплоемкости электромагнита целесообразно иметь  = 4…7, увеличение  приводит к уменьшению массы обмотки, увеличивая массу магнитопровода).

Принято  = 5,

Тогда ;

;

3.2.7. Сечение ярма и якоря:

                                                                                    (3.10)

 

                                                                                            (3.11)

где  и  - соответственно индукция в стали ярма и якоря магнитопровода;

 - коэффициент рассеяния, зависящий от величины рабочего вздушного зазора, изменяется в пределах 1,1…4

 

Принято  = 2,2;

 = 0,6 Тл, а  = 0,8Тл;

Тогда

3.2.8. Высота ярма и высота якоря:

В клапанных электромагнитах:

                                                                                                       (3.12)

                                                                                                         (3.13)

3.2.9. Длина сердечника:

 рассчитывается исходя из длины обмоточного пространства в расчете на одну катушку  с учетом особенностей выполнения электромагнита:

в электромагнитах без полюсного наконечника

                                                                                         (3.14)

где  - выступающая часть сердечника, используемая для крепления катушки выбирается из конструктивных соображений в пределах  = (1…3)10^{-3 м.}

Принято  = 2∙10^{-3 м}

Тогда

3.2.10. Внутренний и наружный диаметры циллиндрических катушек:

 - толщина корпусной (покровной) изоляции катушки принимается равной ;

 

Принято

 = ;

3.2.11. Длина катушки:

, м,                                                                                      (3.15)

где  - технологический припуск по длине, для каркасных катушек может быть обусловлен выступающими частями втулки сборного каркаса. Принимают ;

Принято  = ,

Тогда,

;

3.2.12. Площадь наружной поверхности катушки цилиндрической формы:

, м²                                                                               (3.16)

3.2.13. Площадь торцевой поверхности катушки:

 , м²                                                                                       (3.17)

 

3.2.14. Площадь внутренней поверхности катушки:

                                                     (3.18)

;

3.2.15. Сечение скобы:

Принимается равной сечению сердечника . Однако с целью увеличения жёсткости конструкции сечение скобы . Ширину скобы  целесообразно принимать близкой к наружному диаметру катушки.

Принято  = ;

;

3.2.16. Выбор величины нерабочих воздушных зазоров:

К нерабочим воздушным зазорам электромагнитов относятся: штифт или круглая пластина «отлипания», устанавливаемые между полюсным наконечником и сердечником,

Размером м; зазор между плоским якорем и скобой , который изменяется от величины, равной , до наибольшей величины при полностью отпущенном якоре. За расчетные величины принимаются зазоры в середине скобы в месте расположения средней линии магнитного потока. Зазор в месте сочленения сердечника и скобы, который зависит от конструкции со­членения: при резьбовом сочленении - кольцевой зазор между торцом сердечника и скобой ; 

Принято  = ;

3.3. Определение конструкционных размеров и обмоточных данных катушки.

Для электромагни­тов как постоянного, так и переменного тока наибольшее распространение имеют бескаркасные катушки из-за их простоты, тех­нологичности и хороших характеристик. Бескаркасные ка­тушки благодаря своей простоте, технологичности, высокому заполне­нию   обмоточного   пространства   предпочтительны   при d_{г. n}>0,3 10³м. Катушки, наматываемые круглым проводом, как правило, с эмалевой изоляцией, пропитываются лаками или компаун­дами, покрываются наружной изоляцией и лакируются. Хорошая ме­ханическая и химическая стойкость обеспечивается при инкапсуляции, создающей защитный слой вокруг обмотки.

3.3.1. Размеры характеризующие пространство, занятое проводниками в продольном сечении электромагнита:

длина и высота обмотки при бескаркасной катушке:

,                                                           (3.19)

                                                               (3.20)

где  - толщина щёчек, при проектировании можно принять: при бескаркасной намотке ;

где  - толщина корпусной (покровной) изоляции катушки принимается равной                                                                                         

Принято  = , , ,

Тогда

;

;

3.3.2. Размеры характеризующие пространство, занятое проводниками в поперечном сечении электромагнита:

внутренние размеры бескаркасной катушки цилиндрической формы:

;

3.3.3. Размеры характеризующие пространство, занятое проводниками в поперечном сечении электромагнита:

                                               (3.21)
4. Разработка эскиза электромагнита:

 

  

            

 

 

Рисунок 3. Эскиз клапанного электромагнита постоянного тока.