К таким размерам относятся диаметр круглого или стороны прямоугольного сердечника, а также высота и ширина обмотки.
Для расчёта площади и размеров поперечного сечения магнитопровода из механической характеристики берутся значения критической силы и соответствующего ей критического рабочего зазора.
Критический зазор у аппаратов, имеющих замыкающие контакты, часто совпадает с наибольшим зазором; у аппаратов с размыкающими контактами этот зазор соответствует обычно моменту размыкания контактов. У трёхполюсных аппаратов переменного тока критический зазор соответствует моменту касания замыкающих цепи контактов. С целью устранения задержки якоря в критическом зазоре в случае включения аппарата при сильно пониженном напряжении критическую силу берут с некоторым коэффициентом запаса (увеличивают). Универсальной рекомендацией по выбору критических силы и зазора является выбор по максимуму А уп - такой выбор правилен, если тяговая характеристика имеет гиперболический характер.
У электромагнитов с одним рабочим зазором по расчётной силе (критическая, умноженная на коэффициент запаса) и заданному значению магнитной индукции в рабочем зазоре определяется площадь и размеры поперечного сечения магнитопровода. Если электромагнит имеет два одинаковых рабочих зазора, то при этом расчётная сила делится пополам и т.д. (три зазора, неодинаковые зазоры).
Для расчёта используется упрощённая формула Максвелла:
На постоянном токе с плоским якорем
на постоянном токе с втягивающимся якорем и коническим стопом
на переменном токе
В тех случаях, когда критический зазор соответствует нулевому или зазору в момент касания замыкающих контактов, предварительный расчёт электромагнита переменного тока целесообразно начинать при притянутом якоре. При этом сначала рассчитывается электромагнитный экран (КЗ виток).
При отсутствии полюсного наконечника сечение сердечника S c принимается равным сечению торца S т, и диаметр сердечника определяется по При наличии полюсного наконечника сечение сердечника желательно определить по значению максимальной индукции в сердечнике (в месте расположения максимального потока)
коэффициент рассеяния,
В существующих конструкциях электромагнитов с внешним притягивающимся якорем и полюсным наконечником (иногда до 2), меньшие значения относятся к электромагнитам малых размеров.
|
У магнитопроводов прямоугольного сечения оптимальное по массе обмотки соотношение сторон а / b = 1. Однако, для увеличения устойчивости при воздействии боковых составляющих моментов пружин иногда принимают соотношение а / b = 0,75-0,5. С другой стороны, по соображениям условий установки КЗ витка принимают а / b = 1,25-1,1. То есть выбор значения а / b производится по конструктивным соображениям.
Для определения размеров обмоточного окна необходимо определить значение МДС обмотки.
На постоянном токе она складывается из следующих падений магнитного потенциала: в рабочих и нерабочих зазорах, в стальных частях магнитопровода.
МДС, приходящаяся на один рабочий зазор, равна МДС, приходящаяся на нерабочие зазоры и ферромагнитные участки магнитопровода, зависит от размеров и формы магнитопровода, а также от величины магнитной индукции. В рационально спроектированных электромагнитах МДС, приходящаяся на нерабочие зазоры при отпущенном якоре, составляет 5-15% МДС срабатывания (F об ср), приходящаяся же на сталь – 10-20%, т.е.
Таким образом
На переменном токе в исходное уравнение для МДС добавляется слагаемое, выражающее часть МДС F пт, расходуемую на компенсацию потерь энергии от перемагничивания стали, вихревых токов в ней и потерь в экранирующих витках.
Приближенно можно считать, что F пт учитывается введением дополнительного воздушного зазора (эквивалентного) δпт, который складывается с технологическими зазорами, зазором отлипания (если он предусмотрен), что в сумме составляет δпр = 0,2-0,7 мм.
Таким образом
Для определения размеров обмотки используется уравнение:
Здесь J – плотность тока в обмотке, определяется режимом работы и условиями охлаждения обмотки; k пт – коэффициент перегрузки по току (по отношению к току длительного режима), может отсутствовать и учитываться в J.
Следует отметить, что на переменном токе определение размеров обмотки следет проводить при притянутом якоре, т.к. при отпущенном якоре обмотка обтекается током малое время.
Стороны сечения обмотки l и d определяются из последнего уравнения с использованием следующих рекомендаций:
Для электромагнитов постоянного тока:
- с внешним поворотным якорем: малых 6-7; больших 4-5;
- с внешним прямоходовым якорем: малых 7-8; больших 5-6;
- с втяжным якорем: короткоходовых 3-5; длинноходовых 6-8.
Для электромагнитов переменного тока:
- при относительно малом ходе и большой силе 1,5-2,5;
- при относительно большом ходе и малой силе 3-4.