Расчет электромагнита постоянного тока
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Введение
Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение и как элемент привода аппаратов (контакторы, пускатели, реле, автоматы, выключатели), и как устройство, создающее силы, например, в муфтах и тормозах.
При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материала, при данном потоке магнитная проницаемость должна быть возможно выше. Это позволяет уменьшить м.д.с. обмотки и мощность, необходимую для срабатывания электромагнита; уменьшаются размеры обмоточного окна и всего электромагнита. Уменьшение м.д.с. при прочих неизменных параметрах уменьшает температуру обмотки.
Вторым важным параметром материала является индукция насыщения. Сила, развиваемая электромагнитом, пропорциональна квадрату индукции. Поэтому чем больше допустимая индукция, тем больше развиваемая сила при тех же размерах.
После того, как обмотка электромагнита обесточивается, в системе существует остаточный поток, который определяется коэрцитивной силой материала и проводимостью рабочего зазора. Остаточный поток может привести к залипанию якоря. Во избежание этого явления требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой.
Существенными требованиями являются низкая стоимость материала и его технологичность.
Наряду с указанными свойствами магнитные характеристики материалов должны быть стабильны (не изменяться от температуры, времени, механических ударов).
В данной курсовой работе нам следует проанализировать, насколько эффективно используется сталь электромагнита, сделать соответствующие выводы и предложения по рациональному использованию магнита.
1. Исходные данные и эскиз для расчета
Исходные данные для расчёта выписываются из таблицы по двухзначному номеру варианта. Номер варианта соответствует двум последним цифрам присвоенного шифра, указанного в зачётной книжке. Вариант №92.
Для всех вариантов материал магнитопровода сталь Ст. 2. Величина зазора неплотности между ярмом и сердечником = 0,1 мм.
Эскиз рассчитываемого электромагнита приведен на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 - Эскиз рассчитываемого электромагнита
2. Составление схемы замещения магнитной цепи
Намечаем пути прохождения магнитных потоков в заданной системе (рис. 2.1). Рассчитываемая система является системой с распределённой магнитодвижущей силой (МДС) катушки. Считаем поток рассеяния сосредоточенным в середине зоны рассеяния, высота которой равна высоте катушки, при этом величину проводимости рассеяния берём приведённую. Потоки рассеяния, замыкающиеся вне контура магнитной системы, не учитываем.
Рисунок 2.1 - Потоки и воздушные зазоры магнитной системы:
- начальный рабочий воздушный зазор;
- паразитный зазор;
- зазор неплотности между ярмом и сердечником;
- рабочий магнитный поток;
- поток рассеяния;
- полный поток.
Принимаем обозначения потоков и воздушных зазоров магнитной систем (рис. 2.1): рабочий поток, проходящий через рабочий воздушный зазор, Фв; поток рассеяния Фу; полный поток Ф.
Согласно первому закону Кирхгофа:
(2.1)
Принимаем обозначения воздушных зазоров магнитной системы: рабочий воздушный зазор; паразитный зазор; зазор неплотности между ярмом и сердечником.
Производим разбивку стали магнитопровода на участки (рис. 2.2). Каждый участок на всей своей длине должен иметь постоянное сечение и обтекаться одним и тем же магнитным потоком. Полюсный наконечник, несмотря на большое сечение, в отдельный участок не выделяем и условно считаем сечение полюсного наконечника, равным сечению сердечника. Это допущение не даёт большой погрешности в расчёте, поскольку высота полюсного наконечника невелика.
Рисунок 2.2 - Разбивка стали магнитной системы на участки:
, , , , - длины участков;
, , , , - сечения участков;
, , , - сопротивления участков;
, - сопротивления паразитного зазора и зазора неплотности.
Определяем сечение и среднюю длину магнитной силовой линии каждого участка. Определение средней линии можно проводить как аналитически, так и графически по оси симметрии потока на данном участке.
Для заданной магнитной системы имеем 5 участков. Результаты расчётов сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Размеры поперечных сечений и длин участков магнитной системы
№ участковУчастокОбозначение на схеме замещенияСечение участкаДлина участка1Верхняя часть сердечника2Якорь3Верхняя часть ярма4Нижняя часть ярма5Нижняя часть сердечника
, м;
, м;
, м;
, м;
, м;
, м.
С учётом принятых обозначений составляем электрическую схему и схему замещения магнитной цепи электромагнита.
а)б)
Рисунок 2.3 - Электрическая схема электромагнита (а) и схема замещения магнитной цепи с учётом сопротивления стали (б)
3. Расчёт магнитных проводимостей и сопротивлений воздушных зазоров
магнитный тяговый проводимость сопротивление
Расчёт магнитных проводимостей и сопротивлений воздушных зазоров производим методом вероятных путей потока.
Рабочий воздушный зазор
При расчёте магнитной системы важно знать величину проводимости воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита, т. к. от неё зависит тяговое усилие, создаваемое электромагнитом.
Магнитный