Расчет бесконтактного магнитного реле
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ВВЕДЕНИЕ
Реле ? устройства, в которых непрерывное изменение входного параметра вызывает скачкообразное изменение выходного параметра, получили чрезвычайно широкое применение в автоматике, телемеханике и связи.
Наряду с широко известными контактными реле, например электромагнитными, в настоящее время всё большее применение находят бесконтактные реле.
Основными преимуществами бесконтактных реле являются высокая степень надёжности вследствие отсутствия контактов и подвижных частей, независимость параметров срабатывания и отпускания от ударов, вибраций и постоянных ускорений, а также от положения в пространстве, пожарная и взрывобезопасность, большая чувствительность.
Принцип действия бесконтактных магнитных реле основан на использовании нелинейных свойств ферромагнитных материалов.
Бесконтактное магнитное реле (БМР) представляет собой магнитный усилитель с глубокой положительной обратной связью (ПОС).
По сравнению с электромагнитными реле бесконтактные магнитные реле характеризуются меньшим значением мощности срабатывания, большим сроком службы, более высокой стабильностью тока срабатывания, а также меньшей инерционностью (временем срабатывания и отпускания).
Данная курсовая работа посвящена проектированию одного из БМР. Внутренняя ПОС достигается тем, что постоянная составляющая имеет величину, которая зависит от величины входного сигнала и создает поле, которое или складывается, или вычитается из поля входного сигнала.
1. Исходные данные
Исходными данными при расчете БМР являются:
1) номинальная мощность в нагрузке ;
) действующее значение ЭДС питания ;
) частота источника питания ;
) схема бесконтактного магнитного реле ? мостовая (рисунок 1), нагрузка ? активная, на постоянном токе;
Рисунок 1. Принципиальная схема бесконтактного магнитного реле (БМР)
) материал и форма магнитопровода - 79НМ, тороидальный, толщина ленты 0,05 мм.;
) максимальное превышение температуры провода обмоток 50 - 60 оС (провод марки ПЭЛ, ПЭВ ? при максимальной температуре окружающей среды 40 оС);
) мощность и ток переключения ;
) коэффициент возврата реле .
Требуется:
определить геометрический фактор БМР и выбрать стандартный магнитопровод;
. рассчитать номинальные параметры нагрузки: среднее значение номинального напряжения UHN на нагрузке, тока IHN и сопротивления RH;
. выбрать диоды В1 ч В4 в рабочей цепи;
. определить число витков и диаметр проводов обмоток;
. проверить размещение обмоток в окне магнитопровода, определить сопротивление и перегрев обмоток;
. построить характеристику управления в координатах (UH ,IУ ), пользуясь динамической кривой размагничивания материала магнитопровода;
. по релейной характеристике определить токи срабатывания IУ.СРАБ и отпускания IУ.ОТП , номинальное UHN и минимальное UHМ напряжения на нагрузке;
. подсчитать коэффициент возврата kВ и ток переключения IУП;
. определить мощность срабатывания РУ.СРАБ , отпускания РУ.ОТП и переключения РУП , а также коэффициент усиления БМР по мощности kP(БМР).
. Геометрический фактор БМР и выбор стандартного магнитопровода
Для определения необходимого типоразмера магнитопровода обычно используют геометрический фактор Г1 ? показатель, связывающий геометрические размеры магнитопровода с условиями работы БМР (температурой нагрева), его мощностью и КПД :
, (1)
где S ? поперечное сечение магнитопровода, м2;охл ? поверхность охлаждения дросселей БМР, м2;? площадь обмоточного окна, м2;М ? длина среднего витка всей обмотки, м;
РHN ? среднее значение мощности в нагрузке, Вт;ФР ? коэффициент формы тока рабочей цепи;
? ? удельное электрическое сопротивление материала провода обмоток при допустимой температуре нагрева, Ом м;? частота питающей сети, Гц;
? ? КПД;
Вm ? максимальная индукция в магнитопроводе, Тл;
? ? коэффициент, учитывающий неполное насыщение магнитопроводов в номинальном режиме;с ? коэффициент заполнения сталью поперечного сечения магнитопроводов;МР ? коэффициент заполнения по меди рабочей обмотки;
?Р ? относительная длина витков рабочей обмотки;
?Р ? относительная площадь окна, занятая рабочей обмоткой;Т ? коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 0С);
?доп ? допустимое превышение температуры провода обмоток над температурой окружающей среды, оС.
Зная допустимое превышение температуры ?доп для данной марки провода, определяют удельное сопротивление ? при этой температуре:
,(2)
где ?20 ? удельное электрическое сопротивление провода обмотки при 20оС, Ом м ; для меди ? ?20=0,017510-6 Ом м;
? ? температурный коэффициент материала провода; для меди ? ?=0,0041 оС-1;
?окр ? температура окружающей среды, 40оС.
r =0,0175 10-6 [1 + 0,0041(50+40-20)] = 2,252 10-8 Омм.
Среднее значение мощности в нагрузке:
.
По таблице П1.3 [5] определяют коэффициент заполнения сталью поперечного сечения магнитопровода. Для ленточного тороидального магнитопровода из железо-никелевых сплавов принимается вид изоляции - катафорез, коэффициент заполнения стали: kc =0,75 при заданной толщине ленты 0,05мм.
По динамической кривой размагничивания (ДКР) материала магнитопровода (рисунок 2) определяются координаты точек M , N и N:
?ВМ=1,1 Тл при НYM=-3,5 А/м;
?ВN=0,4 Тл при НYN=-2 А/м;
?ВN=0,2Тл при НYN=0 А/м.
Рисунок 2. Д