Расчёт приводного электромагнита

Применяемые в настоящее время электромагнитные механизмы имеютразнообразные конструктивные формы магнитопроводов и катушек, а такжеспособы питания катушек. Наиболее часто используемые типовые конструктивные схемы электромагнитно-пружинных механизмов контакторов и соответствующие им кинематические схемы во включенном состоянии приведенына рисунке 4.6.1.

При расчёте электромагнита постоянного тока по заданным условиямдействия механизма, для которого предназначен электромагнит, и по зависимости величины требуемой силы от хода ведущего звена механизма выбираетсяконструктивная форма электромагнита. Далее определяются размеры магнитопровода и катушки так, чтобы сечение магнитопровода было достаточнымдля проведения магнитного потока, необходимого для создания требуемой силы электромагнита. Размеры же «окна» магнитопровода должны быть достаточны для размещения катушки. Намагничивающая сила катушки должна бытьдостаточной для создания необходимого магнитного потока. При этом катушкадолжна обладать такой теплоотдачей, чтобы при заданном режиме работы еётемпература не превышала допустимого значения для принятого класса нагревостойкости изоляционных материалов. Таким образом, задача расчёта представляет собой определение размеров и создание конструкции электромагнитапо заданным параметрам.

На основании ряда выполненных расчётов и экспериментов по электромагнитам различных конструктивных форм был предложен метод выбора оптимальной конструктивной формы по геометрическому показателю («конструктивному фактору») Г. Для электромагнитов постоянного тока геометрический показатель Г определяется по форму

                       (4.7.1)

где  – минимальная сила, развиваемая электромагнитом;

 – начальный (максимальный) рабочий зазор;

 – геометрический показатель («конструктивный фактор»).

Анализируя зависимость и  от конструктивных параметров электромагнита, можно сделать вывод о том, что геометрический показатель Г характеризует отношение наружного диаметра цилиндрического электромагнита или катушки электромагнита  к её длине (высоте) .

Каждой конструктивной форме электромагнита, спроектированного оптимально по экономичности в отношении массы, соответствует определенныйдиапазон значении Г, при котором удельный расход материалов являетсянаименьшим.

Для электромагнитов, представленных на рисунке 4.6.1, значения геометрического показателя Г приведены в таблице 4.7.1.

Таблица 4.7.

Значения геометрических показателей Г для типовых электромагнитов

Конструктивная форма электромагнита	Геометрический показатель Г
Однокатушечный электромагнит с одним сердечником и внешним притягиваемым якорем

Приведённые в таблице 4.7.1 значения по электромагнитам постоянноготока относятся к продолжительному режиму работы с работоспособностью,близкой к 11,5 кгс×см, и превышением температуры 70 °С.

Для изготовления магнитопроводов электромагнитов как постоянного,так и переменного тока, как правило, применяются магнитомягкие низкоуглеродистые ферромагнитные материалы. Основной характеристикой магнитногоматериала является зависимость величины магнитной индукции B от напряженности магнитного поля H – кривая намагничивания. Кривые намагничивания магнитомягких материалов приведены в справочных данных Приложений(Рисунок 6).

В электромагнитах постоянного тока детали магнитопроводов изготовляются из прутков, полос и листов или отливаются такой толщины, котораясоответствует расчётному сечению детали. У электромагнитов средних размеров при отсутствии жёстких требований к снижению коэрцитивной (задерживающей) силы и высокой магнитной проницаемости детали магнитопроводацелесообразно изготовлять из качественной конструкционной низкоуглеродистой стали.

Для оптимизации дальнейших расчётов приводного электромагнита постоянного тока принимаются следующие допущения:

- рабочий воздушный зазор имеет небольшой размер по сравнению сразмерами магнитопровода и сердечника;

- магнитное поле в воздушном зазоре равномерное, т.е. в пределах площадиполюса (торца) сердечника электромагнита индукция B постоянна;

- потоки рассеяния отсутствуют;

- по конструктивным соображениям полюсный наконечник в электромагнитене предусматривается;

- нерабочие зазоры пренебрежительно малы.

При расчёте размеров сердечника магнитопровода величина начальнойиндукции в рабочем воздушном зазоре при отпущенном якоре выбирается в зависимости от величины геометрического показателя Г по справочным данным в Приложениях (Рисунок 5):

 – геометрический показатель («конструктивный фактор»);

– начальная магнитная индукция в рабочем зазоре .

Индукцию B при отпущенном якоре () необходимо выбрать такой, чтобы при притянутом якоре максимальная индукция в сердечнике была бы уколена (перегиба) кривой намагничивания (Приложения, Рисунок 6). Индукция  в рабочем воздушном зазоре при отпущенном якоре для большинства силовых электромагнитов принимается в пределах 0.1 ÷ 1.0 Тл.

Эскизный проект приводного электромагнита постоянного тока с внешним притягиваемым якорем представлен на рисунке 4.7.1.

Рисунок 4.7.1. Эскизный проект приводного электромагнита постоянного тока: О – ось вращения якоря; – плечо приложения тяговой силы;  –  рабочий зазор;  –  диаметр сердечника; – наружный диаметр катушки; – длина (высота) катушки; – средний диаметр обмотки; – внутренний диаметр обмотки; – наружный диаметр обмотки; – длина (высота) обмотки; – толщина обмотки.

 

 

Расчёт площади поперечного сечения полюса сердечника

Необходимая площадь поперечного сечения полюса рассчитывается по выбранной магнитной индукции в рабочем зазоре при отпущенномякоре электромагнита, когда . Для расчёта площади используется уравнение электромагнитной силы Максвелла для электромагнита постоянного тока:

                           (4.7.2)

где Н – минимальная (начальная) сила, развиваемая электромагнитом (4.6.13);

– минимальный (начальный) магнитный поток в рабочем зазоре при ;

 – магнитная индукция (начальное значение) в рабочем зазоре при (Рисунок 5);

 – площадь поперечного сечения полюса(торца) сердечника электромагнита;

 – магнитная постоянная.

Откуда рассчитывается значение :

            (4.7.3)

 – площадь поперечного сечения полюса(торца) сердечника электромагнита;