Электромагниты переменного тока

Для уменьшения потерь на вихревые токи и перемагничивание, магнитные системы электромагнитов переменного тока выполняют из тонколистовой стали с высоким удельным электрическим сопротивле­нием. Поэтому для них характерным является квадратное или прямо­угольное сечение магнитопровода и прямоугольная форма катушки. Эскизы магнитопроводов Ш - и П-образного типов представлены соот­ветственно на рис 4.12 а и 4.12 б; эскиз катушки - на рис. 4.11 б.

Площадь сечения сердечника, см², рассчитывается по формуле Максвелла

Определяют размеры сторон сердечника a и в:

где К_з.ст - коэффициент заполнения сечения пакета сталью; для листов толщиной 0,35 и 0,5 мм К_з.ст = 0,9 и 0,95 соответственно.

Рисунок 4.12 - Эскизы шихтованных магнитопроводов

У шихтованных магнитопроводов оптимальное отношение сторон прямоугольного сечения a/в = 1, однако, по конструктивным соображениям его можно принимать от 0,8 до 2.

У Ш-образного магнитопровода ширину крайних стержней прини­мают равной a/2, площадь сечения основания – (0,5..0,7) S_c.

Площадь сечения якоря определяют через результирующий коэф­фициент рассеяния σ_р:

σ_р = 1,75…4,75 δ* при Δ > δ;

σ_р = 1…11,5 δ* при 0 ≤ Δ < δ.

Ширину якоря принимают равной ширине сердечника в.

Значение базового размера

Относительная величина рабочего зазора

Ширина окна

где С^* = 0,8…1,2.

Средняя длина витка обмотки

Высота окна

Число витков катушки

где К_н.мин - коэффициент, учитывающий минимально возможное напряжение в сети, равный 0,7 - 0,8;

U_н - номинальное напряжение сети, питающей обмотку;

К_к - коэффициент, учитывающий падение напряжения в активном сопротивлении,

f - частота питающей сети;

В_δ - индукция в воздушном зазоре при отпущенном якоре.

Площадь сечения обмоточного провода

где S_к - площадь сечения окна магнитопровода;

К_зм - коэффициент заполнения катушки, по рекомендациям [6] принимается в среднем в пределах 0,2 - 0,22.

Значение намагничивающей силы срабатывания определяется из выражения

где Σδ_отп – суммарный зазор «отлипания», равный для Ш и П образных систем 2δ_отп, при отпущенном якоре, М,

Σδ_пр.э - суммарный эквивалентный зазор при притянутом якоре, разный (0,2…0,7)·10^-3 м.

σ_вып - коэффициент выпучивания, значение которого выбирается в пределах 1…1,8.

Максимальный ток катушки при отпущенном якоре приближённо можно определить, если пренебречь индуктивным сопротивлением обмотки

Тогда намагничивающая сила электромагнита в момент включения при отпущенном якоре

F = I_макс · W.

Проверяет условие F ≥ F_cp. Если оно не выполняется, то меняют габариты катушки, а иногда и всего электромагнита

Для теплового расчета электромагнита необходимо знать вели­чину тока, проходящего по обмотке в притянутом положении якоря,

где R, X – активное и индуктивное сопротивление обмотки соответственно.

где

Σδ_пр.э - суммарный эквивалентный рабочий воздушный зазор при притянутом положении якоря, равны 0,2 - 0,7 мм [3].

Установившееся повышение температуры τ_уст согласно формуле Ньютона

или

где ΣР - суммарные потери в обмотке электромагнита;

Р_ст, Р_э, Р_м - потери соответственно в стали от гистерезиса и вихревых токов; в экранирующем витке; в ак­тивном сопротивлении обмотки.

где К_g - опытный коэффициент, учитывающий повышение потерь в собранном магнитопроводе по сравнению с потерями в листах стали, принимается равным 2-3;

P_r.в - удельные потери мощности от гистерезиса и вихревых токов, определяемые по таблицам или графикам [3] при В_т = 1,5 В;

G_ст - масса стали магнитопровода.

Потери в экранирующем витке Р_э упитывают, если он расположен на сердечнике внутри катушки. По опытным данным [3] они составляют порядка 58-60 % от общих потерь в катушке. С учетом этого

Для катушек электромагнитов переменного тока в случаях, ког­да потери в стали незначительные и магнитопровод имеет низкую температуру, площадь охлаждения S_охл учитывают так же, как и для электромагнитов постоянного тока.

У каркасных катушек из изоляционного материала относительно большой толщины, в которых вследствие нагрева сердечника образует­ся встречный тепловой поток, площадью охлаждения S_охл является только наружная боковая поверхность.

У бескаркасных катушек электромагнитов, имеющих соизмеримые с длиной l_к величины наружного диаметра (одной из наружных сто­рон), теплоотдающими являются боковая наружная и торцевые поверх­ности.

Коэффициент теплоотдачи К_ТО можно брать таким же, как и для катушек электромагнитов постоянного тока (см. рис. 7).

Если в результате теплового расчета катушки будет удовлетво­рено неравенство

то предварительный расчет можно считать законченным. При несоблю­дении неравенства необходима корректировка размеров магнитопровода и обмотки.