Расчет и проектирование электромагнита постоянного тока. Курсовая работа (т). Физика.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Расчет и проектирование электромагнита постоянного тока
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Расчетно-пояснительная
записка к курсовому проекту
Расчет и проектирование
электромагнита постоянного тока
Электромагнитные механизмы, получившие широкое
распространение в технике, многообразны по конструктивному исполнению и
выполняемым функциям. Одной из основных частей таких механизмов является
электромагнит, который чаще всего служит для преобразования электрической
энергии в механическую. Широкое использование электромагнитов в электрических
аппаратах требует технически грамотного решения задач по их проектированию и
расчету.
Электромагнит - довольно простое электромеханическое
устройство. Основными его частями являются магнитопровод с воздушными зазорами
и обмотка (или несколько обмоток). Подвижная часть магнитопровода называется
якорем, неподвижная - ярмом, основанием, корпусом в зависимости от конструкции
электромагнита.
В данном проекте рассматривается расчет и проектирование
клапанного двух катушечного электромагнита постоянного тока.
1. Противодействующая характеристика - рис. 1.
2. Номинальное напряжение питания .
. Материал магнитопровода 10895.
. Температура окружающей среды 40 о С.
. Класс нагревостойкости обмоточного провода - А.
. Приведенная масса подвижных частей - две массы якоря.
. Режим работы - длительный.
. Конфигурация магнитной цепи электромагнита постоянного
тока представлена на рис. 3
Рис. 1 - Противодействующая характеристика
Так как цепь симметричная, то расчёт будем вести для половины
магнитной цепи. Для этого уменьшим рабочие зазоры и соответствующие им силы в
два раза.
Соответствующая противодействующая характеристика показана на
рисунке.
Рис. 2 - Противодействующая характеристика для половины
магнитной цепи
1. Определение геометрических размеров
Определение конструктивного показателя:
Для критической точки должно соблюдаться равенство:
Н ˙ м 2
− критическая точка при срабатывании;
Н ˙ м 2
- критическая точка при возврате.
Определение предварительных размеров магнитопровода, МДС обмотки и
ее геометрических размеров.
По формуле Максвелла находим сечение и диаметр полюсного
наконечника:
по рис. П-4 [1] определяем В д и у:
Индукция в рабочем зазоре В д =0.18, Тл.
Определим площадь полюсного наконечника.
Определим диаметр полюсного наконечника
по сортаменту [1] принимаем d п = 0,033,
м
Находим сечение и диаметр сердечника
Округляем d c до
ближайшего значения по сортаменту стали [1] d c = 0,023 (м)
Находим сечение ярма и сечение якоря
МДС обмотки находим с учетом запаса по срабатыванию , где − коэффициент запаса по МДС, =1,5
где − коэффициент потерь, учитывающий
падение МДС в стали и паразитных зазорах =1,43.
Геометрические размеры обмотки h 0 , l 0 найдём из соотношения
Длину обмотки определим по формуле:
удельное сопротивление провода в нагретом состоянии:
для меди r 0 = 1,62×10 -8 Ом×м,
a=0,0043 1/град., тогда
коэффициент заполнения обмотки: f 0 = 0.5;
коэффициент перегрузки по мощности с учётом длительного режима
работы: n p = 1;
поправочный коэффициент для цилиндрической катушки определим по
следующей формуле:
где (принимаем m = 0,65); коэффициент, учитывающий теплоотдачу с внутренней и
торцевой поверхностей катушки, примем a S = 0.5. Тогда
внутренний диаметр цилиндрической обмотки
d 0 = d c + 2∙∆ = (23 + 2∙2)∙10 -3 = 27 мм.
С учётом вычисленных данных для обмотки получим:
Толщина обмотки: h 0 = m×d 0 = 0,65×27×10 -3 = 17,55×10 -3 (м).
Проверим соотношение: l 0 / h 0 = 61 /
17,55 = 3,48, что соответствует диапазону 3¸8.
Высоту полюсного наконечника находим из выражения:
Рассчитаем магнитные проводимости рабочих зазоров и
паразитных зазоров и удельную проводимость рассеяния.
Для определения магнитной проводимости якоря воспользуемся
формулой:
где S - площадь воздушного зазора, П - периметр воздушного зазора,
а я - высота якоря.
Определим периметр воздушного зазора:
П = 2∙(0,2 + 15)∙2 + 2∙(0,2 + 12)∙2 +
2∙(0,2 + 20,4) =
= 2∙30,4 + 2∙24,4 + 41,2 = 150,8 ∙10 -3
(м)
S = П ∙ а я = 150,8 ∙10 -3 ∙0,0052
= 0,784 ∙10 -3 (м 2 )
Расчёт магнитной цепи будем вести для половины электромагнита,
методом участков с помощью коэффициентов рассеяния.
Рис. 4 Пояснения к формуле проводимости с учетом
выпучивания с торца и с боковой поверхности шляпки
Примем расстояние от конца полюсного наконечника до оси симметрии
равным диаметру полюсного наконечника, т. е. 33 мм.
Для нахождения магнитной проводимости в рабочем зазоре
используем формулы Гальперна: Л = Л от + Л рт + Л z , где Л от - магнитная проводимость основания торца, Л рт - магнитная проводимость
ребра торца, Л z - магнитная проводимость поля выпучивания.
R 2, R 1 , R 0 и ц показаны на рис 4.
r = 0,5d п = 0,5 ∙ 33 ∙ 10 - 3 = 16,5 ∙ 10 -3
м
R 1 = R 0 − d п -d выс
= 79 ∙ 10 -3 −
33 ∙ 10 -3 -5∙ 10 - 3 = 61 ∙ 10 -3
м;
R 2 = R 1 - 13,5 = 61 ∙ 10 -3 - 11,5 ∙ 10 -
3 = 49,5 ∙ 10 -3 м;
ц = arctan (д / R 0 ) = arctan (4 / 79 ∙ 10 - 3 ) = 0,88
рад;
Л о т
= ∙(79 ∙ 10 -3 + ) =1.202∙10 -6 Гн;
Л рт = ∙ (0,5d п ∙ (2+р) + 0,5р∙ R 0 ∙ tg (ц);
Л рт = ∙ (0,5∙33 ∙10 -3 (2+р) + 0,5р ∙79
Л z =2∙4р∙10 -7 3∙10 -3 [1+ ]=1.858∙10 -8 Гн;
Рис.
5 Схема замещения магнитной цепи
Магнитная проводимость в рабочем зазоре:
Л = Л от + Л рт + Л z = 1.202∙10 -6 + 1.715∙10 -7 + +
1,858∙10 -8 = 1,392 ∙10 -6 Гн.
Определим удельную проводимость рассеяния по формуле для
цилиндра, параллельного плоскости бесконечной длины и конечной ширины (b я ):
Составим схему замещения магнитной цепи.
, , , - магнитные сопротивления участков
сердечников;
, - магнитные сопротивления якорей;
- магнитное сопротивление зазора между якорями в начальном
положении;
, - магнитное сопротивление рабочих зазоров
в начальном положении;
, - магнитное сопротивление полюсных
наконечников;
, , , - магнитное сопротивление паразитных
зазоров;
, , , - МДС на участках сердечников;
R S 2 , R S 3 - магнитные сопротивления потокам рассеяния на участках
сердечников;
Ф S 2 , Ф S 3 - магнитные потоки рассеяния на участках
сердечника;
Ф д - магнитный поток в рабочем зазоре;
Определим расчетную длину сердечника - l p и l c
Расчётную длину сердечника определим по формуле:
где l - длина сердечника, - магнитная проводимость зазоров второго
участка схемы,
- магнитная проводимость зазоров первого участка схемы. [1]
Для удобства расчёта разделим схему по оси симметрии на две части.
Это приведёт к тому, что проводимость между якорями увеличатся в два раза, т.
е. Л Я = 2·Л Я , а длина основания уменьшится.
В обоих случаях = Л 0 , где Л 0 - проводимость зазора между сердечником и основанием.
Проводимость зазора между полюсным наконечником и сердечником:
Разобьем магнитную цепь на участки и рассчитаем коэффициенты
рассеяния для участков магнитной цепи.
На участках 1,2,3,4,1’, 2’, 3’, 4’, 9 коэффициент рассеяния примем
равным единице, т. к. на них рассеяние практически отсутствует.
Средний коэффициент рассеяния на участках 6 и 6’:
Средний коэффициент рассеяния на участках 5 и 5’:
Средний коэффициент рассеяния на участках 7,7’ и 8:
Рис. 6. К определению коэффициентов рассеяния на участках МЦ
Построим кривую намагничивания магнитной системы и определим
при заданной МДС магнитный поток в рабочем воздушном зазоре.
Определение магнитного потока в рабочем воздушном зазоре
является «обратной задачей», поэтому для решения необходимо задаться некоторым
приблизительным значением магнитного потока. Для этого рассмотрим схему
замещения, без учёта сопротивления стали и рассеяния, т. е. будем учитывать
только сопротивление рабочих и паразитных зазоров:
Площади поперечного сечения цилиндрических и прямоугольных
участков рассчитаем по следующим формулам:
Начальное значение потока в системе:
Результаты для зазора д = д н = 5 мм сведены в таблицу
1.
Результаты для зазора д = 2 мм сведены в таблицу 2.
Результаты для зазора д = 0,1 мм сведены в таблицу 3.
Кривые намагничивания системы, построенные по результатам
расчёта приведены на рис. 7.
Для расчета требуемой МДС необходимо воспользоваться
противодействующей характеристикой и рассчитанными кривыми намагничивания для
различных зазоров.
где - значение противодействующей
характеристики в т. 1 и 4;
- значение производной в тех же точках.
По этим выражениям найдем рабочую МДС при срабатывании и
отпадании и соответствующие им потоки.
МДС F ср , F в обмотки определяются графически.
По рис. 7 находим МДС срабатывания и возврата:
МДС ОУ определяется по найденной МДС срабатывания с учетом
коэффициента запаса:
где - средняя длина витка обмотки, м.
Для круглой цилиндрической обмотки (рис. 8):
Диаметр провода (ПЭВ-1) обмотки округляем до ближайшего большего
по стандартному ряду и находим коэффициент заполнения обмотки:
d = 0.25 мм., f 0 = 0,584, d из = 0.29 мм.
Сопротивление обмотки определяется по формуле:
Рис. 8 Эскиз катушки на изоляционном каркасе
Превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды
можно определить по формуле Ньютона:
где − потребляемая обмоткой мощность в
нагретом состоянии при максимальном напряжении
− наружная поверхность охлаждения. Для цилиндрической
обмотки наружная поверхность охлаждения находится по формуле:
− внутренняя поверхность охлаждения, которая для
цилиндрической поверхности находится по формуле:
− коэффициент, учитывающий отдачу тепла через внутреннюю
поверхность обмотки. Для обмотки на изоляционном каркасе .
Мы получили, что температура перегрева не превышает допустимой:
Для проверки катушки на размещение в окне магнитной системы
необходимо найти число витков в одном слое:
где - коэффициент укладки, = 1,05.
Тогда уточненное число витков: W = 59∙221 = 13039 (витков).
Статическое тяговое усилие можно рассчитать по энергетической
формуле:
Для расчета статической тяговой характеристики необходимо
рассчитать магнитную цепь для нескольких зазоров (5-6 точек во всем возможном
диапазоне перемещения якоря), строится семейство кривых намагничивания и при
известных МДС находятся потоки в рабочих зазорах ( ). Далее находится падение напряжения при разных зазорах, а также производная
проводимости.
Статическую тяговую характеристику необходимо построить для
напряжения срабатывания (U cp ),
возврата (U в ), а так же для номинального (U ном ) и
0,85 номинального (0,85U ном ) напряжения.
Результаты расчёта сил представлены в таблице 7. Статические
тяговые характеристики приведены на рис. 9
Рис. 9 Статические тяговые характеристики
Расчет динамической тяговой характеристики ведется по методу,
основанному на графоаналитическом решении уравнений динамики, представленных в
конечных разностях [2]:
где U - напряжение, приложенное к обмотке; I - ток; Y - полное потокосцепление обмотки; m -
приведенная масса подвижных частей; V - скорость движения якоря.
Для расчета необходимо знать семейство Y = f (I) и противодействующую
характеристику. По противодействующему усилию находится ток трогания, который
можно найти по формуле:
Семейство кривых Y = f(I)
можно построить, имея семейство зависимостей Ф д = f(F), для этого
при известном потоке Ф д необходимо найти Y. Очевидно Y = , для соответствующих участков магнитной
цепи, которых располагается обмотка , , тогда
Семейство кривых Y(I)
сведено в табл. 8.
Рис. 10 Зависимости потокосцепления от тока.
Графически определяется площадь 0 аб, пропорциональная
механической работе . Работа сил сопротивления при перемещении
якоря от к определяется графически по противодействующей характеристике . Необходимо учесть масштабы
соответствующих величин. Таким образом, можно найти приращение кинетической
энергии и приращение скорости [3]:
Для первого участка = 0, тогда . Средняя скорость движения якоря на
участке , для первого участка .
По средней скорости и пути отыскивания время движения якоря на
участке . По кривым Y(I) находим ∆Ш, ∆I и средний ток на участке. Значения подставляем в уравнения
динамики. Если равенство не соблюдается, выбираем новое направление отрезка aб,
снова рассчитываем и снова проверяется. После этого проводим отрезок бв и
расчет повторяем аналогично, заметив, что , тогда:
Так как в результате такого построения будет известна механическая
работа, совершаемая на всех участках, то электромагнитное усилие для среднего
зазора на каждом участке запишется так: . По этим данным можно построить
динамическую тяговую характеристику. Для начального зазора динамическое тяговое
усилие будет равно противодействующему усилию.
Работа сил сопротивления на первом участке:
Механическая работа на первом участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad:
Приведенная масса подвижных частей равна двойной массе якоря:
где V - объем якоря, r - плотность материала якоря.
Конечная скорость на первом участке:
Средняя скорость на первом участке: .
Время движения якоря на первом участке: .
Получим: = 0.014 ∙ 574.157 + 101.572 = 109.633 (В).
Работа сил сопротивления на втором участке:
Механическая работа на втором участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на втором участке:
Средняя скорость на втором участке: .
Время движения якоря на втором участке: .
Получим: = 0.574 + 144.574 = 141.168 (В).
Работа сил сопротивления на третьем участке:
Механическая работа на третьем участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на третьем участке:
Средняя скорость на третьем участке: .
Время движения якоря на третьем участке: .
Получим: = 1.73 + 107.9 = 109.59 (В).
Работа сил сопротивления на четвертом участке:
Механическая работа на первом участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на четвертом участке:
Средняя скорость на четвертом участке:
Время движения якоря на четвертом участке:
Получим: U 4 = 4,528 + 107 = 111,528 (В).
Механическая работа на пятом участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на пятом участке:
Время движения якоря на пятом участке: .
Получим: U 5 = 2,7+ 111,4 = 114,1 (В).
Работа сил сопротивления на шестом участке:
Механическая работа на шестом участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на шестом участке:
Средняя скорость на шестом участке:
Время движения якоря на шестом участке: .
Работа сил сопротивления на седьмом участке:
Механическая работа на седьмом участке находится графически с
помощью математического пакета MathCad: .
Конечная скорость на седьмом участке:
Средняя скорость на седьмом участке:
Время движения якоря на седьмом участке: .
Получим: U 7 = 3,062 + 101,72 = 105 (В).
Определим электромагнитные усилия для среднего зазора на каждом
участке:
Рис. 11 Динамическая тяговая характеристика
Время срабатывания ЭМ состоит из двух частей - трогания и движения . Для линейной магнитной системы:
где - индуктивность обмотки при начальном
положении якоря; k - коэффициент запаса по намагничивающей
силе,
Для определения времени движения можно воспользоваться
аналитической формулой:
1. Буткевич Г.В. Задачник по электрическим
аппаратам: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электрические аппараты» / Г.В.
Буткевич, В.Г. Дегтярь, А.Г. Сливинская. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:
Высш. шк., 1987. - 232 с.
2. Никандрова М.М., Свинцов Г.П., Софронов
Ю.В. Электрические аппараты. Курсовое и дипломное проектирование. - Чебоксары:
ЧГУ, 1992 г.
. Софронов Ю.В., Свинцов Г.П., Николаев
Н.Н. Проектирование электромеханических аппаратов автоматики: Учебное пособие -
Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 1986. - 88 с.
. Софронов Ю.В. Расчет и проектирование
электромагнитов постоянного тока: пособие к курсовому проектированию по
электрическим аппаратам. - Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 1969. - 69 с.
Похожие работы на - Расчет и проектирование электромагнита постоянного тока Курсовая работа (т). Физика.
Дипломная Работа На Тему Проект Реконструкции Линии Производства Формового Хлеба На Оао "Хлебозавод № 1" Г. Воронежа
Реферат На Тему Патофизиология Периферического (Органного) Кровообращения И Микроциркуляции
Контрольная Работа Номер 3 8
Отчет по практике: Торгово-хозяйственная деятельность ЗАО "Универсам "Центральный"
Электролиты В Организме Человека Реферат
Реферат: Отечественные психологи о психологической структуре личности
Реферат по теме Планирование в организации
Курсовая работа: Автоматизация торговых и складских операций
Сочинение Основная Мысль Романа Отцы И Дети
Контрольная работа по теме Система современного научного знания
Реферат: Обучение по охране труда
Курсовая работа по теме Структура словарной статьи (на материале описания темпоральной лексики)
Курсовая работа по теме Технологии обработки текстовой информации
Практическое задание по теме Методика ускоренных испытаний гидропривода и гидроагрегатов
Реферат по теме Робототехника в нашей жизни
Реферат: Новая версия ОС . Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Brave New World Religion Essay Research Paper
Курсовая работа по теме Формирование представлений детей старшего дошкольного возраста о закономерностях в природе методом экспериментирования
Контрольная Работа 2 Степенная Функция
Сочинение Про Спорт На Английском Языке
Реферат: Justice In America Essay Research Paper Justice
Похожие работы на - Современная промышленная политика развитых стран
Доклад: Ньютон и Циолковский