3778.pdf К курсачу по ЭА

4.2.2.Определение площади обмоточного пространства

исторон сечения обмотки

Определение площади поперечного сечения обмоточного про-

странства катушки (в расчете на одну катушку)

s	=	kн.max	об.срб	, м2 ,	(4.5)
об.пр		kн.min kп.т	j kз.об

где kн.min – коэффициент, характеризующий максимальное значение напряжения, при котором температура обмотки не должна превосходить допустимую; в наиболее распространенных случаях kн.max =1,05 ; kп.т –

коэффициент перегрузки по току, характеризующий нагрузочную способность токоведущей части аппарата, при кратковременном и повторнократковременном режимах kп.т >1, определяется в соответствии с режи-

мом работы аппарата; при продолжительном режиме kп.т =1 [4; 9]; j – плотность тока в проводниках обмотки, ограниченная температурой нагрева, Ам2 ; допустимое значение плотности тока для режима включе-

ния обмотки: длительного j = (2 4)Ч106 Ам2 ; повторно-кратковремен-

ного j = (5 12)Ч106 Ам2 ; кратковременного j = (13 30)Ч106 Ам2 [4, 7]; kз.об – коэффициент заполнения обмоточного пространства зависит

от марки выбранного обмоточного провода, состоящего из трех коэффициентов

kз.об = kф kн kи .
Здесь kф – коэффициент формы сечения проводника ( kф =	4 =
= 0,785 для круглого, kф = 1 для прямоугольного); kн = 0,8 1 –	ко-

эффициент неравномерности укладки (для круглых проводов малого диаметра – kн = 0,8 0,9 ; для проводов d с 0,3 мм – kн = 0,9 0,95 ;

при точной укладке их в один ряд kн =1 ; для прямоугольных проводов kн =1 ) [4, 7]; kи – коэффициент изоляции проводника, принять kи =1,05 1,08 [4, 7].

21

Высота и длина обмоточного пространства

h	=			sоб.пр			,	м ;
об.пр				ml
l	=	sоб.пр			,			м ,
об.пр		hoб.пр

где ml – относительная длина обмоточного пространства (по условиям отвода теплоты и приемлемой теплоемкости электромагнита целесообразно иметь ml = 4 7 , увеличение ml приводит к уменьшению

массы обмотки, но увеличивает массу магнитопровода).

На основании анализа существующих конструкций электромагнитов постоянного тока с внешним прямоходовым якорем отношение

lоб.пр hоб.пр = 6 7 (малых) и lоб.пр hоб.пр = 5 6 (больших) [4].

4.3.Определение конструкционных размеров

иобмоточных данных катушки

Катушка должна обеспечивать необходимую н.с. срабатывания электромагнита, температура ее нагрева должна быть не выше предельно допустимой для принятого класса нагревостойкости изоляции.

Вэлектромагнитах постоянного тока применяют большей частью катушки цилиндрической формы. Катушки прямоугольной формы изготавливаются из конструктивных и технологических соображений, имеют шихтованный магнитопровод.

Взависимости от конструктивно-технологического исполнения различают бескаркасные и каркасные катушки.

Бескаркасные катушки:

катушки, бандажированные с намоткой на шаблон (шаблон представляет собой приспособление для намотки, центральная часть которой разрезается наискось на две части, что обеспечивает возможность снятия катушки с шаблона; на торцах катушки накладываются изоляционные шайбы, катушка бандажируется тафтяной лентой

22

с перекрытием; последующая пропитка обеспечивает жесткость катушки);

небандажированные катушки с бумажной междуслойной изоляцией (в катушке отсутствуют изоляционные шайбы и не применяется бандаж; бумажные прокладки создают изоляцию между слоями, выравнивают слои и обеспечивают самоскрепление катушки; применять целесообразно при намотке тонким проводом);

спиральные катушки, изготовляемые из отожженной медной полосы, которая наматывается «на ребро», образуя однослойную обмотку (применяют при больших величинах тока, для улучшения теплоотдачи в них часто отсутствует изоляция).

Бескаркасные катушки благодаря своей простоте, технологичности, высокому заполнению обмоточного пространства предпочтительны

при диаметре голого проводника dг.п і 0,3 Ч10-3 м . Катушки, наматы-

ваемые 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. Имеют наибольшее распространение для электромагнитов постоянного тока.

Каркасные катушки:

катушки с каркасом, прессованным из изоляционных материалов, используются в небольших и среднего размера электромагнитах с обмоткой из тонкого изолированного провода; недостаток – плохая теплопроводность и большая потеря обмоточного пространства;

катушки с составным каркасом, образуемым непосредственно сердечником магнитопровода и специальными изоляционными фланцами, катушку нельзя отделить от сердечника, что обеспечивает большее обмоточное пространство; теплоотдача с внутренней поверхности катушки более эффективна, чем в первом типе каркасной катушки.

Каркасные катушки применяются в небольших электромагнитах с обмоткой из относительно тонкого провода. Недостатком таких катушек является ухудшенная теплопроводность и большая потеря обмоточного пространства.

23

4.3.1. Определение размеров катушки электромагнита

(рис. 4.1 и 4.2)

Длина и высота каркасной катушки:

lкат = 2		l +2	ш + lоб.пр , м ;
hкат	= 2	кор.и + hоб.пр +			h , м .
Длина и высота обмотки бескаркасной катушки:
lкат = lоб.пр + 2( l +				кор.и +	ш ), м ;
hкат =	вн.и + hоб.пр +			кор.и + h , м ,
где ш – толщина изоляционной шайбы (					ш = (2,0 3,0)Ч10-3 м , при
бескаркасной намотке	толщина		шайбы		ш = (0,5 2,0)Ч10-3 м ;

кор.и = (0,3 0,5)Ч10-3 м – толщина корпусной (или покровной, наружной) изоляции катушки; вн.и = (0,3 0,5)Ч10-3 м – толщина внут-

ренней изоляции стержня сердечника; l , h – технологические припуски по длине и по высоте обмотки соответственно. Припуск по длине l для каркасных катушек может быть обусловлен выступающими частями втулки сборного каркаса, для бескаркасных – выпучиванием на торцах покровной изоляции, наплывами пропиточного лака либо компаунда, а припуск по высоте h учитывает выпучивание витков обмотки в средней по длине части катушки и наплывы. Принима-

ют l = (0, 2 0,5)Ч10-3 м; h = (0, 4 0,7)Ч10-3 м .

4.3.2. Размеры, характеризующие пространство, занятое проводниками в поперечном сечении электромагнита

Внутренний и наружный диаметры круглой обмотки:

dоб.вн = dс + 2 вн.и , м ;

dоб.н = dоб.вн + 2hoб.пр , м .

24

Внутренний и внешний диаметры цилиндрической катушки:

dкат.вн = dс , м ;

dкат.н = dкат.вн + 2( вн.и + hoб.пр + кор.из + h), м .

Площадь наружной поверхности катушки цилиндрической формы:

Sкат.н = dкат.н lкат , м2 .

Площадь торцовой поверхности катушки цилиндрической формы:

Sкат.т =	(dкат2	.н - dкат2	.вн )	, м	2	.
		4

Площадь внутренней поверхности катушки цилиндрической формы:

Sкат.вн = dкат.вн lкат , м2 .

Внутренний и наружные размеры обмотки прямоугольной формы

(рис. 4.2):

аоб.вн = ас + 2 вн.и , м ; bоб.вн = bс + 2 вн.и , м ;

аоб.н = аоб.вн + 2hoб.пр , м ; bоб.н = dоб.вн + 2hoб.пр , м .

Внутренний и наружные размеры катушек прямоугольной формы:

	акат.вн = ас ,		м ;
	bкат.вн = bс ,		м ;
aкат.н = aкат.вн + 2	(	вн.и + hоб.пр +		кор.из +	h), м ;
bкат.н = bкат.вн + 2	(	вн.и + hоб.пр +		кор.из +	h), м .
		25

Площадь наружной поверхности катушки прямоугольной формы:

Sкат.н = 2	й	акат.н + bкат.вн +	щ	lкат , м .
	л		(hоб.пр + 2 h)ы

Площадь торцовой поверхности катушки прямоугольной формы:

Sкат.т = 2 (акат.н - акат.вн ) (bкат.н	- bкат.вн ) +
+ (hоб.пр + 2 h), м2	.

Площадь внутренней поверхности катушки прямоугольной формы:

Sкат.вн = 2 (акат.н + bкат.вн ) lкат , м2 .

4.3.3.Определение длины сердечника электромагнита

свнешним притягиваемым якорем

В электромагнитах с полюсными наконечниками высотой hп.н

lc = lкат + hп.н , м ;

В электромагнитах без полюсного наконечника

lc = lкат + hв.с., м ,

где hв.с = (0, 2 0,5)dc , м – высота выступающей части сердечника [4].

4.3.4. Определение размеров и площади сечения ярма (основания скобы)

Ширину ярма (основания) скобы рекомендуется [4, 11] принять:

для цилиндрической катушки bяр = 1, 2dкат.н , м ;

для катушки прямоугольного сечения bяр = bс , м .

Толщина ярма (основания):

цилиндрического магнитопровода

аяр = аск , м ;

прямоугольного магнитопровода аяр = ас , м .

26

Площадь сечение ярма (основания)

s	= b	Чa , м2 .
яр	яр	яр

4.3.5. Определение площади и размеров сечения якоря

Площадь сечение якоря

sяк » sс , м2 .

При необходимости облегчения внешнего плоского якоря его сечение может быть принято равным

sяк = (0,7 0,9) sс , м2 .

Ширина якоря:

сердечника без полюсного наконечника bяк = (1,1 1, 25)dc , м ;

сердечника с полюсным наконечником bяк = (1,1 1, 25)dп.н , м .

Ширина якоря должна соответствовать условию dп.н < bяк Ј bск .

Толщина якоря

aяк = sяк , м . bяк

Длина внешнего плоского якоря lяк и длина ярма (основания) lяр принимается при разработке эскиза электромагнита:

для электромагнита клапанного типа

lяр = (1,1 1,2)dкат.н +аск , м ;

для электромагнита П-образного типа

lяр = 2ас + (1,1 1,2)hкат , м .

27

Длина внешнего плоского якоря:

электромагнита клапанного типа с полюсным наконечником lяк = (1,1 1,2) dкат2 .н + (1,05 1,15) dп2.н +ас , м ;

электромагнита клапанного типа без полюсного наконечника lяк = (1,1 1,2) dкат2 .н + (1,05 1,15) d2с +ас , м ;

электромагнита П-образного типа с полюсным наконечником lяк = (1,2 1,3)lяр .

электромагнита П-образного типа без полюсного наконечника lяк = (1,1 1,2)lяр .

4.3.6. Определение сечения и размеров скобы

Сечение скобы sск принимается равной сечению сердечника sс

sск і sс .

Ширину скобы bск целесообразно принимать

bск = dкат.н ,м .

Толщина скобы должна быть достаточной с точки зрения получения оптимальной магнитной проводимости нерабочего воздушного зазора в месте сочленения сердечника и скобы:

аск = sск ,м . bск

Длина скобы:

электромагнита с полюсным наконечником

lск = lc + aяр + 2 l + hп.н , м ;

электромагнита без полюсного наконечника lск = lc + aяр + 2 l, м ;

28

4.4.Выбор величин рабочих и нерабочих воздушных зазоров

иопределение их расчетных площадей

Крабочим воздушным зазорам относят эквивалентный по магнитной проводимости расчетный воздушный зазор т1 , обусловленный

технологией обработки деталей [4]:

при шлифовке поверхностей деталей из низкоуглеродистой

стали

марок

Э, ЭА (армко) по

8–9 классу

шероховатости при

Вст » 0,5 Тл

принимают

δт1 = (5,5 10)Ч10-6 м ;

при Вст »1,1 Тл –

δ

т1

= 17 19

)

Ч10-6 м ; при

В

>1,1 Тл – δ

т1

=

(

22 38 Ч10-6 м [4];

(

ст

)

для деталей из стали марок Ст05, Ст08, Ст10 (по 5 – 7 классу ше-

роховатости поверхности)

δт1 = 50 Ч10-6 м [4];

детали, имеющие гальваническое покрытие диамагнитным ме-

таллом

(цинком, никелем)

при

толщине

его

слоя 15Ч10-6 м ,

δт1 = 80 Ч10-6 м [4].

К нерабочим воздушным зазорам электромагнитов относятся:

штифт или круглая пластина «отлипания», устанавливаемые

между

полюсным наконечником

и сердечником,

размером δотл =

= (0,1 0,5)Ч10–3 м [4];

зазор между плоским якорем и скобой δя.ск , который изменяется от величины, равной δт1 , до наибольшей величины при полностью отпущенном якоре δотп =δн , м [4]. 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 dc - dрез = δбт.с.с ; цилиндрический

зазор, длина которого при наличии гайки равна толщине скобы, величина зазора зависит от конструкции сочленения δц.з = (0, 01 0, 2) ґ

ґ10– 3м [4].

29

4.5. Разработка эскиза электромагнита

На основании проведенных расчетов выполняется эскиз общего вида катушки как узла электромагнита и электромагнита в целом (рис.4.1, 4.2). Эскизы должны давать полное представление об установочных и габаритных размерах, обмоточных и изолировочных материалов.

bя
dп.н
	hп.н
dкат.вн
dоб.н	lкат
dоб.вн
dкат.н
bяp
dоб.н
dоб.вн
dс

		lяк
	lэ			аяк
	я.ск
				l
		кор.из	hкат
				lс
l
ск	аск	dc
			hоб.пр	lоб.пр
		h
		вн.и
	l			щ
			яр.с	аяр
		lяр

Рис. 4.1. К определению размеров электромагнита постоянного тока

30