4. Приближенный расчет приведенной

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИЛЫ.

Исследуемый Ш – образный электромагнит, как указывалось ранее, имеет два рабочих зазора δ1 и δ2. Значение суммарного электромагнитного усилия, приведенного к основному рабочему зазору определяется выражением

Р = Р₁+ Р₂,

где Р – суммарное усилие;

Р₁– усилие в зазореδ₁;

Р₂– усилие в зазореδ₂, приведенное к оси сердечника.

Составляющие усилий были рассчитаны по энергетической формуле [ 10 и др.]:

где F_δ1иF_δ2– значение падения магнитного потенциала, приходящиеся на рабочие зазоры.

по длине основного рабочего зазора.

Значения F_δ1иF_δ2находятся через потоки в зазорах:

Производная проводимости основного рабочего зазора находилась по аналитической формуле

приведенной в разделе 3.2. В исследуемой точке находилось приращение проводимости ΔΛ, при приращении зазораΔδ, равном 2·0,01δ.

Производная проводимости дополнительного рабочего зазора рассчитывалась графически (рисунок 4.1.). В расчетных точках к кривой приводилась касательная, определялись приращение проводимости и длины зазора (ΔΛ,Δδ). Производная рассчитывалась по выражению:

Рис. 4.1. К определению производной проводимости по длине рабочих зазоров δ.

Результаты расчетов приведены в таблице 4.1. при двух значениях МДС: F= 840AиF= 980A.

Таблица 4.1.

К расчету тепловой характеристики

δ , мм		0,1	1,5	2,5	3,5
		- 720	- 3,5	- 1,4	- 0,72
		- 0,93	- 0,688	- 0,644	- 0,557
	F = 840 A	43,1	331	364,8	394
	F = 980 A	47,3	362,3	412,76	447
	F = 840 A	354,8	265,2	283,7	313,5
	F = 980 A	403,23	312	327,3	337
Р1, Н	F = 840 A	66,87	19,17	9,32	5,59
	F = 980 A	80,5	22,97	12	7,2
Р2, Н	F = 840 A	4,72	2,63	2,59	2,73
	F = 980 A	6,1	3,65	3,45	3,16
Р, Н	F = 840 A	71,59	21,8	11,91	8,05
	F = 980 A	86,6	26,62	15,45	10,36

Тяговые характеристики электромагнита представлены на рисунках 4.2. и 4.3.

Рис. 4.2. Тяговая характеристика электромагнита при F = 980 A.

Рис. 4.2. Тяговая характеристика электромагнита при F = 840 A.

Анализ полученных результатов говорит о том, что при начальном положении якоря δ_н= 3,5 мм. дополнительный рабочий зазор приводит к увеличению электромагнитной силы. Так приF= 840Aотношение сил равно:

При F= 980A.

что свидетельствует о эффективности использования магнитного шунта в Ш – образной магнитной системе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатами проделанной научно-исследовательской работы являются:

1. Оценка перспективности разработки помехоустойчивого реле времени для систем релейной защиты и автоматики на электромеханическом принципе действия с использованием часового механизма.

2. Обоснована целесообразность реализации электромагнитного привода на базе магнитной системы постоянного напряжения. Для управления реле от источника знакопеременного напряжения могут быть рекомендованы однофазные и трёхфазные схемы выпрямлённого питания. Предпочтительной конфигурацией магнитной системы признана несимметричная Ш-образная магнитная система с внешним поворотным якорем и магнитным шунтом на керне, противолежащем узлу вращения якоря, позволяющая гармонично решить вопрос с размещением часового механизма, рабочий ход которого (7 мм) обеспечивается при малом (3,5 мм) рабочем задоре над средним керном, снабжённым для повышения эффективности полюсным наконечником.

3. Выполнен проектный расчёт клапанной магнитной системы, обоснованы основные размеры обмотки и элементов магнитопровода. Установлены обмоточные данные катушки, при номинальном напряжении питания 220В, определена потребляемая ею мощность (не более 15Вт) в кратковременном режиме работы реле, оценена её температура нагрева, не превышающая 70˚С. Получена оценка ударостойчивости подвижной системы при воздействии ускорений в 3д.

4. Проведенный поверочный расчёт Ш-образной магнитной системы подтвердил эффективность использования магнитного шунта, работоспособность электромагнитного привода реле. Расчёт магнитной проводимости рабочего воздушного зазора между якорем и магнитным шунтом методом конечных элементов в программной среде FEMM, позволил повысить точность электромагнитного расчёта магнитной системы и обоснованно выбрать размеры магнитного шунта.

Эти же расчёты позволили установить, что керн, на котором поворачивается якорь, «насыщается». Следует увеличить толщину скобы магнитопровода до 4,5 мм, сохранив неизменными внешние (габаритные) его размеры. Это позволит снизить магнитодвижущую силу срабатывания с 980А до примерно 820 – 850А и уменьшит потребляемую мощность до примерно 12Вт. Установлена оптимальная высота шунта h_опт = 6мм.

5. Исследования макетных образцов электромагнитного привода позволило определить оптимальный диаметр полюсного наконечника и подтвердила их соответствие техническому заданию.

СПИСОК ИСПОЛЬЗАВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. М.А. Любчик Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М./ “Энергия”, 1974. 392 с.

2. Н.Н. Николаев Методика расчёта несимметричной Ш-образной магнитной системы постоянного тока. В сб. “Электрические аппараты”. Издательство Чувашского государственного университета, Чебоксары, 1998.

3. В.А. Борисов, Ю.В. Софронов, Г.П. Свинцов. Реле времени с часовым механизмом. Сб. “Электротехническая промышленность”, серия аппараты низкого напряжения, вып. 8(66), 1977.

4. Г.Т. Глухенький, В.Ф. Кычкин, Г.П. Свинцов. К расчёту магнитной проводимости зазора между цилиндрическим полюсным наконечником и плоским поворотным якорем. “Электротехника №4”, 1998г.

5. Электрические и электронные аппараты: учебник для вузов: в 2 т. Т.1: Электромеханические аппараты/ [Е.Г. Акимов и др.]; под ред. А.Г. Годжелло, Ю.К. Розанова. – М.: Академия, 2010. – 344с.

6. Буль О.Б. Методы расчёта магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программы FEMM: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений/ О.Б. Буль. – М.: Издательский центр “Академия”, 2005. – 336с.

7. Руссова Н.В. Моделирование и синтез П-образных электромагнитов постоянного тока и напряжения. Учеб. Пособие/ Н.В. Руссова, Г.П. Свинцов. – Чебоксары, издательство Чувашского государственного университета. 2003.

8. Расчёт магнитных проводимостей рабочих воздушных зазоров электромагнитов: метод указания к курсовым, дипломным работам и проектам/ Чувашский государственный университет; сост. Г.П. Свинцов. – Чебоксары, 1990. 72с.

9. Тепловой расчёт катушек электрических аппаратов постоянного тока: руководство по выполнению курсовых и дипломных проектов/ [сост. Ю.В. Софронов, Н.В. Руссова]. Чувашский государственный университет, - Чебоксары, 2005. – 48с.

10. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. Учебное пособие для студентов вузов. М. “Энергия”, 1972. – 248с.

11. Софронов Ю.В. Электромеханические аппараты автоматики: спецкурс. Чувашский государственный университет, - Чебоксары, 1982. – 104с.

12. Основа теории электрических аппаратов / под. ред. Таева И.С. – М.: Высшая школа. 1987г.

13. Чунихин А.А. Электрические аппараты. Общий курс. учеб. для вузов/ А.А. Чунихин Изд. 3, перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988т.

14. Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов. Общие вопросы проектирования. учеб. пособие для студентов электротехнических специальностей/ П.В. Сахаров - М.: Энергия, 1971. – 560с.

15. Софронов Ю.В. Проектирование электромеханических аппаратов автоматики: учеб. пособие/ Ю.В. Софронов, Г.П. Свинцов, Н.Н. Николаев. – Чебоксары, изд. Чувашского государственного университета. 1986. – 88с.

16. Детков К.Т. Электрические аппараты управления: метод. указ. к выполнению курсового проекта/ К.Т. Детков. Чувашский государственный университет, - Чебоксары, 1985. -38с.

17. Алексеев В.С. Реле защиты/ В.С. Алексеев, Г.П. Варганов, Б.И. Панфилов. М.: Энергия, 1976. – 464с.

18. Чунихин А.А. Электрические аппараты. Общий курс: учебник для вузов. 4-е изд. стер. – М.: ООО “ИД Альянс”, 2008. – 720с.