Министерство общего и специального образования РФ

Казанский Государственный Технический

Университет им. А.Н. Туполева

филиал «Восток»


Кафедра: ПЭД и ПрРЭА
Курсовая работа

по дисциплине:

«Электрические аппараты»

на тему:

«Расчет тягового электромагнита постоянного тока»
Выполнил:                                     студент группы 9401 Садыков Р.М.

Проверил:                                       Консультант Доцент Хуснутдинов Р.А.
Задание

на курсовую работу по дисциплине

«Электрические аппараты»

студенту группы 9401 Садыкову Р.М.

«Расчет тягового электромагнита постоянного тока»
                                           

1. Исходные данные.


1.     Тяговая электромагнитная сила               10 Н;

2.     Номинальное напряжение                       220 В;

3.     Конструкция электромагнита                 клапанная;

4.     Ход якоря                                               м;

5.     Температура окружающего воздуха      

6.     Охлаждение                                             естественное;

7.     Исполнение                                             открытое;

8.     Режим работы                                         длительный;
Консультант

Доцент                                                                         Хуснутдинов Р.А.




Тяговая сила , развиваемая электромагнитом, вычисляется по формуле полученной на основе баланса энергии (энергетическая формула). В условиях равномерного распределения индукции в рабочем воздушном зазоре эта формула преобразуется в формулу Максвелла:

.

     -  это индукция в воздушном зазоре, Тл.

      - площадь полюса, .

- магнитная проницаемость воздуха.

Задав  1,1 Тл, можно определить:

 =  0,000103802 .

Для электромагнита клапанного типа (ЭМК) площадь полюса:

.

а диаметр стержня:

 =  0,011496276 .

Магнитодвижущая сила обмотки (МДС):

.

где k = 1,03                              - коэффициент падения МДС в стали.

0,002 м                               - ход якоря.

 = 875796,1783         - напряженность магнитного поля в воздушном зазоре.

Отсюда следует что:

3608,280255 А.

Среднее значение магнитной индукции в стали магнитопровода:

 = 1,1 Тл.

где 1 – коэффициент рассеивания магнитного потока.

По основной кривой намагничивания для низкоуглеродистой стали, находим среднее значение магнитной напряженности  в стали магнитопровода.

600.

Сторона квадрата окна под обмотку возбуждения ЭМК:

0,039355365 .

где

3608,280255.

падение МДС (магнитного напряжения) в стали. Средняя длина витков обмотки ЭМК:

0,159755143.

Сечение провода (по меди):

0,000000047

где удельное электрическое сопротивление меди при  температуре нагрева 75ºС.

Диаметр провода (по меди):

0,000245052 .

Округляем до стандартного значения из таблицы №2.

0,000275 .

По таблице №2 также находиться толщина изоляции на одну сторону:

0,000015 .

Коэффициент заполнения по меди:

0,523740764

где 0,82 коэффициент укладки.

Число витков находится по следующей формуле:

17199,63906.

Сопротивление обмотки:

1048,677022 .

Потребляемый ток:

0,209788138 .

Мощность потерь:

46,1533904.

Плотность тока в проводе:



если неравенство не выполняется, следует увеличить  (или уменьшить ).

4,45E+06 .

Это значение удовлетворяет неравенству.

Температура нагрева обмотки:

Поверхность охлаждения ЭМК:

0,0128 .

Коэффициент теплопередачи с поверхности обмотки зависит от превышения температуры . Выберем 90, тогда получаем:

16,8

Средняя температура нагрева обмотки:

234,124 ºС.

3. Схема замещения магнитной цепи.

3.1 Схема замещения.

Отдельные элементы магнитной цепи (участки магнитопровода, воздушные зазоры и промежутки) изображаются на схеме замещения в виде магнитных сопротивлений, а намагничивающие обмотки с током -  виде источников МДС. Магнитные сопротивления рассеяния и распределенную МДС в цепи заменяют несколькими сосредоточенными. Точность решения повышается с увеличением количества разбиений распределенных МДС, и магнитных сопротивлений рассеяния на соответствующие им элементарные сосредоточенные магнитные сопротивления и МДС. Если высоту сердечника обмотки разбить на три равные части, то схема замещения магнитной цепи будет иметь вид, показанной на рис 1.

На этой схеме:

 - магнитное сопротивление якоря.

 - магнитное сопротивление одного воздушного зазора.

 - магнитное сопротивление броневой части сердечника.

 - магнитное сопротивление центрального сердечника.

 - магнитное сопротивление основания.

 - МДС одной части разбиения.

 - магнитные потоки соответствующих участков.

 и  - узлы магнитной цепи.

Конечной целью расчета магнитной цепи является определение коэффициентов и , выбранных произвольно из заданного диапазона значений.


3.2 Магнитные сопротивления схемы замещения.

Магнитопровод конструируют так, чтобы среднее сечение различных участков примерно одинаковыми.

Вышеприведенный расчет был по существу первым расчетным приближением, для того чтобы определить магнитные сопротивления.

Для ЭМК (все размеры в м):

.

Возьмем                                  0,00075 .

.

Возьмем                                 0,0015 .



Средняя магнитная проницаемость

 0,0018333.

0,093207006 .

 находим из равенства

0,093913313 .

0,043906011.

0,024827074

 находим из равенства



 0,000665425.

0,000665425.

0,046071435 .

0,000332712.

0,043906011.

Магнитное сопротивление основания:

242095,1225

Магнитные сопротивления участков:

68934,55657      

76816,72218      

0,165289256          

234212,9569     

Магнитные сопротивления рассеяния:

14261040,02

15076363,17

13529377,2

3.3 Расчет схемы замещения.

Схему замещения рассчитаем методом контурных потоков, используя аналогию электрической цепи магнитной:



магнитный поток в воздушном зазоре



Уравнения для трех контуров будут иметь вид:

                     (*)

Решив систему уравнений, находим контурные потоки . Используем уравнения связи, находим магнитные потоки участков:



Магнитные сопротивления участков магнитопровода (стальных) находим по формуле:



Разделив потоки стальных участков на их сечения, находим магнитные индукции на стальных участках, а по ним, используя основную кривую намагничивания – напряженности, разделив магнитные индукции на соответствующие напряженности, находим магнитные проницаемости участков, а по ним  - соответствующие магнитные сопротивления участков, сопротивления и рассеяния остаются неизменными.

Решая снова уравнения (*) осуществляем третье расчетное приближение.

3.4 Коэффициенты насыщения и рассеяния.

Коэффициент насыщения:


Коэффициент рассеяния:

Если выбранные значения и  вначале расчета и рассчитанные в п. 3.4 отличаются более на 5 %, то следует выбрать новые значения:

 ,  

и весь расчет повторить с самого начала.


Литература.

1,2.    «Электротехнический справочник», т. 1,2. Под редакцией В.Г. Герасимова и др. М. Энергоиздат, 1986.

3.       Таев И.С. «Электрические аппараты управления». М. высшая школа, 1985.

4.       Буйлов А.Я. «Основы электроаппаратостроенияя». М. – Л, ГЭИ, 1946.


таблица №2

Номинальный диаметр голого провода, мм.	МАХ диаметр эмалированного провода, мм.
	ПЭЛ ПЭВ1 ПЭМ1 ПЭВА	ПЭВ ПЭВ2 ПЭВПИ ПЭВА2 ПЭТВ
0,05	0,065	-
0,06	0,075	0,09
0,07	0,085	0,10
0,08	0,095	0,11
0,09	0,105	0,12
0,10	0,120	0,13
0,11	0,130	0,14
0,12	0,140	0,15
0,13	0,150	0,16
0,14	0,160	0,17
0,15	0,170	0,19
0,16	0,180	0,20
0,17	0,190	0,21
0,18	0,200	0,22
0,19	0,210	0,23
0,20	0,225	0,24
0,21	0,235	0,25
0,23	0,255	0,28
0,25	0,275	0,30
0,27	0,310	0,32
0,29	0,330	0,34
0,31	0,350	0,36
0,33	0,370	0,38
0,35	0,390	0,41
0,38	0,420	0,44
0,41	0,450	0,47
0,44	0,490	0,50
0,47	0,520	0,53
0,49	0,540	0,55
0,51	0,560	0,58
0,53	0,580	0,60
0,55	0,600	0,62
0,57	0,620	0,64
0,59	0,640	0,66
0,62	0,670	0,69
0,64	0,690	0,72
0,67	0,720	0,75
0,69	0,740	0,77
0,72	0,780	0,80
0,74	0,800	0,83
0,77	0,830	0,86
0,80	0,860	0,89
0,83	0,890	0,92
0,86	0,920	0,95
0,90	0,960	0,99
0,93	0,990	1,02
0,96	1,020	1,05
1,00	1,070	1,11
1,04	1,120	1,15
1,08	1,160	1,19
1,12	1,200	1,23
1,16	1,240	1,27
1,20	1,280	1,31
1,25	1,330	1,36
1,30	1,380	1,41
1,35	1,430	1,46
1,40	1,480	1,51
1,45	1,530	1,56
1,50	1,580	1,61
1,56	1,640	1,67
1,62	1,710	1,73
1,68	1,770	1,79
1,74	1,830	1,85
1,81	1,900	1,93
1,88	1,970	2,00
1,95	2,040	2,07
2,02	2,120	2,14
2,10	2,200	2,24
2,26	2,360	2,39
2,44	2,450	2,57