Учебная работа. Проектирование Ш-образного электромагнита для автоматического выключателя

Учебная работа. Проектирование Ш-образного электромагнита для автоматического выключателя

42

Курсовая работа

на тему

«Проектирование Ш-образного электромагнита для автоматического выключателя»

Казань 2007

Введение

Автоматические выключатели служат для автоматического отключения электронной цепи при перегрузках, маленьких замыканий, лишнем снижении напряжения питания, изменении направления мощности и т.п., также для редчайших включений и отключений вручную номинальных токов перегрузки.

электронные сети обязаны иметь защиту от токов маленьких замыканий с минимальным временем отключения и обеспечением, по способности, требований селективности.

Сети снутри помещений, выполненные открыто проложенными незащищенными проводниками с жаркой оболочкой, должны быть защищены от перегрузки. Не считая того, должны быть защищены от перегрузки сети снутри помещений, выполненные защищенными проводниками, проводниками, проложенными в трубах, в несгораемых строй системах и т.п., в последующих вариантах:

а) осветительные сети в жилых и публичных зданиях, также в пожароопасных производственных помещениях;

б) силовые сети, в каких по условиям технологического процесса либо режима работы сети может возникать долгая перегрузка проводов и кабелей;

в) сети всех видов во взрывоопасных помещениях.

Номинальные токи установок автоматических выключателей, служащие для защиты отдельных участков сети, во всех вариантах следует выбирать по способности меньшими по расчетным токам этих участков сети либо по номинальным токам электроприемников, но таковым образом, чтоб аппараты защиты не отключали электроустановки при краткосрочных перегрузках, которые относятся к эксплуатационным (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т.п.).

Для расчета в данной работе был избран более обширно всераспространенный элемент электронных аппаратов, обеспечивающий их надежное функционирование — Ш-образный электромагнит. Беря во внимание достаточную сложность и громоздкость расчета магнитных цепей, предлагается инженерный способ расчета, который базируется на большенном экспериментальном и теоретическом материале.

В предлагаемой методике на базе простых соотношений, определяющих расчет магнитных цепей, получены рациональные конечные результаты методом введения ряда экспериментально определяемых характеристик. Разработка электромагнита предугадывает выполнение подготовительного расчета, позволяющего принять главные конструктивные характеристики, и окончательного проектного расчета.

Целью разработки курсового проекта является практическое применение теоретических познаний, приобретенных при исследовании дисциплины «Электромеханические аппараты».

Расчет электромагнита автоматического выключателя производится в объеме технического проекта с разработкой эскиза конструкции электромагнита, расчета главных его частей и технических характеристик.

1. Общие сведения о автоматических выключателях

Автоматический выключатель — это коммутационный электронный аппарат, созданный для проведения тока цепи в обычных режимах и для автоматического отключения электроустановок при перегрузках и токах недлинного замыкания, лишних снижениях напряжения и остальных аварийных режимах. Может быть внедрение автоматов для нечастых (6-30 раз в день) оперативных включений и отключений цепей.

Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного и неизменного тока одно-, двух-, трех- и четырехполюсными.

а) Двухполюсные автоматические выключатели общего внедрения служат для защиты силовых, осветительных и остальных электроустановок. Они предусмотрены для ручного включения и автоматического либо ручного отключения электронных потребителей под перегрузкой. Автоматические выключатели двухполюсного выполнения используются, как правило, в цепях неизменного тока до 63 А. Крепление на колодке, рейке либо панели.

б) Трехполюсные (трехфазные) автоматические выключатели общего внедрения служат для защиты силовых, осветительных и остальных электроустановок, также электродвигателей от аварийных режимов, маленьких замыканий, перегрузок по току и снижения напряжения. Они предусмотрены для ручного включения и автоматического либо ручного отключения электронных потребителей под перегрузкой. Автоматические выключатели трехполюсного выполнения используются в цепях переменного тока с трехфазной перегрузкой (к примеру, асинхронный движок с короткозамкнутым ротором). Расцепители могут встраиваться в один, два либо три полюса зависимо от типа выполнения автомата.

в) Четырехполюсные автоматические выключатели общего внедрения служат для защиты силовых, осветительных и остальных электроустановок, также электродвигателей от аварийных режимов, маленьких замыканий и перегрузок по току. Они предусмотрены для ручного включения и автоматического либо ручного отключения электронных потребителей под перегрузкой. Автоматические выключатели четырехполюсного выполнения используются в цепях переменного тока с трехфазной перегрузкой (к примеру, асинхронный движок с короткозамкнутым ротором). Расцепители могут встраиваться в один, два либо три полюса зависимо от типа выполнения автомата.

Автоматические выключатели имеют расцепитель прямого деяния, именуемые расцепителями, которые обеспечивают отключение при перегрузках, маленьком замыкание, понижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени либо с выдержкой. По собственному времени отключения tсо (просвет от момента, когда управляемый параметр затмил установленное для него времени (селективные) и быстродействующие выключатели (tсо<0,05 с).

Обычные и селективные автоматические выключатели токоограничивающим действием не владеют. Быстродействующие выключатели, так же как предохранители, владеют токоограничивающим действием, потому что отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения iуд.

Главный индивидуальностью быстродействующих автоматических выключателей является малое автомата подчиняются решению данной задачки.

Селективные автоматические выключатели разрешают выполнить селективную защиту сетей методом установки автоматических выключателей с различными выдержками времени: меньшей у пользователя и ступенчато растущей к источнику питания.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном либо выдвижном выполнении.

Выключатель рассчитан на коммутацию максимально отключаемых и включаемых токов в цикле операций О — П-ВО — П — ВО при номинальном напряжении. тут О — отключение, П — пауза (<180 с), ВО — включение, отключение.

Система автоматических выключателей состоит из последующих главных узлов:

— контактной системы;

— дугогасительной системы;

— расцепителей;

— механизма управления;

— механизма вольного расцепления.

— Контактная система состоит из недвижных контактов, закрепленных на корпусе, и подвижных контактов, шарнирно насаженных на полуоси рычага механизма управления, и обеспечивает, как правило, одинарный разрыв цепи.

— Дугогасительное устройство устанавливается в любом полюсе выключателя и предназначается для локализации электронной дуги в ограниченном объеме. Оно обычно представляет собой дугогасительную камеру с деионной сеткой из железных пластинок. Могут быть предусмотрены также искрогасители, представляющие из себя фибровые пластинки.

— Механизм вольного расцепления представляет собой 3 — либо 4 — звенный механизм, который обеспечивает расцепление выключателя и отключение контактной системы как при автоматическом, так и при ручном управлении.

— защиту от токов маленьких замыканий делает электромагнитный расцепитель. Срабатывание электромагнитного расцепителя обеспечивает электромагнит, якорь которого при срабатывании давит на расцепитель, обеспечивая отключение автомата. Электромагнитный расцепитель имеет собственный ток отключения при маленьком замыкание (установка недлинного замыкания). Этот ток выражается в амперах, либо почаще, — в кратности к номинальному току.

время срабатывания электромагнитного расцепителя при токе недлинного замыкания секундное (собственное время срабатывание расцепителя сотые толики секунд).

защиту от токов перегрузок делает термический расцепитель. база термического расцепителя — биметаллическая (в крайнее время триметаллическая) пластинка, которая при нагреве изменяет свою форму, и сиим обеспечивает срабатывание расцепителя. Термический расцепитель не имеет неизменного времени отключения автомата, его время срабатывания зависит от величины тока перегрузки.

Полупроводниковые расцепители состоят из измерительного элемента, блока полупроводниковых расцепитель и выходного электромагнита, воздействующего на механизм вольного расцепления выключателя. В качестве измерительного элемента употребляется трансформатор тока (на переменном токе) либо дроссельный магнитный усилитель (на неизменном токе). Полупроводниковый расцепитель тока допускает регулировку последующих характеристик:

— номинального тока расцепителя;

— уставки по току срабатывания в зоне токов недлинного замыкания (ток отсечки);

— установки по времени срабатывания в зоне токов перегрузки;

— установки по времени срабатывания в зоне токов недлинного замыкания (для селективных выключателей).

Электродинамический расцепитель употребляется для защиты от маленьких замыканий в автоматических выключателей с большенными номинальными токами. Срабатывание обеспечивается электродинамическими силами, отталкивающих силовые контакты.

В почти всех автоматических выключателях используют комбинированные расцепители, использующие термо элементы для защиты от токов перегрузок и электромагнитные для защиты от токов маленьких замыканий без выдержки времени (отсечки).

Выключатель также имеет доп сборочные единицы, которые встраиваются в выключатель либо крепятся на нем снаружи. Ими могут быть независящий, нулевой либо малый расцепители напряжения, вольные либо вспомогательные контакты, ручной, электромагнитный либо электродвигательный привод, сигнализация автоматического отключения, устройство для запирания выключателя в положении «Отключено».

Независящий расцепитель представляет собой электромагнит с питанием от стороннего источника напряжения. Малый и нулевой расцепители могут производиться с выдержкой времени и без выдержки времени. При помощи независящего либо малого расцепителя может быть дистанционное отключение автоматического выключателя.

Зависимо от метода установки выключатели делят на стационарные и выдвижные, а зависимо от типа присоединения — на выключатели с фронтальным, задним либо комбинированным присоединением наружных проводников к контактам главной цепи.

1) Выключатели выдвижного выполнения.

Выключатели выдвижного выполнения рассчитаны для работы в комплекте с каркасом, устанавливаемым в ячейке распределительного устройства.

Выдвижное устройство обеспечивает:

замыкание и размыкание врубных контактных зажимов лишь в отключенном положении выключателя;

фиксацию выключателя в рабочем положении и в положении разъединителя.

Для оперирования выключателем выдвижного выполнения без электромагнитного привода предусмотрен ручной дистанционный привод, устанавливаемый на двери распределительного устройства, который обеспечивает оперирование выключателем в рабочем положении и в положении разъединителя при закрытой двери распределительного устройства. Ручка ручного дистанционного привода имеет устройство, позволяющее запереть ее в положениях «Включено» и «Отключено».

Выключатели выдвижного выполнения с электромагнитным приводом допускают дистанционное оперирование выключателем в рабочем положении и в положении разъединителя при открытой и закрытой двери распределительного устройства.

Выключатель состоит из последующих главных сборочных единиц: корпуса, контактной системы, механизма управления, наибольших расцепителей тока, дугогасительных камер, искрогасителя, зажимов для присоединения наружных проводников к главной цепи выключателя и доп сборочных единиц.

На рис. 1.1 представлена система выключателя выдвижного выполнения.

Полупроводниковый расцепитель РП (см. рис. 1.1) состоит из измерительных частей 12, встраиваемых в любой полюс выключателя, блока управления 13, блока гасящих резисторов (для выключателей неизменного тока) и независящего расцепителя 18.

В качестве измерительных частей 12 у выключателей переменного тока использованы трансформаторы тока, а у выключателей неизменного тока — магнитные усилители. Блок управления 13 представляет собой самостоятельный сменный блок, имеющий собственный пластмассовый футляр, в каком расположены все его элементы. Лицевая панель БУРП закрыта прозрачной съемной крышкой. Под крышкой размещены нужные элементы для проверки работоспособности и регулирования характеристик в критериях эксплуатации. Блок управления 13 крепится к корпусу 15 выключателя 2-мя винтами. Электронное соединение блока управления 13 с измерительными элементами 12, блоком гасящих резисторов, главной цепью выключателя и независящим расцепителем 18 (К1) осуществляется соединителем, розетка которого установлена на корпусе 15 выключателя, а вилка — на блоке управления 13. При появлении в защищаемой цепи тока, равного либо превосходящего уставку по току срабатывания РП в зоне токов перегрузки, РП с обратно-зависимой от тока выдержкой времени выдает сигнал на срабатывание ИЭ БУРП. установка по времени срабатывания при токе перегрузки 51 р неизменного и 61 р переменного тока устанавливается регулировочной ручкой для выключателей неизменного тока либо переключателем — для выключателей переменного тока.

Рис. 1.1. Выключатель выдвижного выполнения: 1 — расцепитель нулевого напряжения; 2 — крышка выключателя; 3 — вывод верхний; 4 — искогаситель; 5 — камера дугогасительная; 6 — пластинки железные; 7 — контактодержатель контакта подвижного; 8 — контакт подвижный; 9 — траверса изоляционная; 10 — ручка; 11 — рейка отключающая; 12 — элемент измерительный; 13 — блок управления расцепителя полупроводникового; 14 — вывод нижний; 15 — корпус; 16 — расцепитель электромагнитный; 17 — соединение гибкое; 18 — расцепитель независящий; 19 — колодка зажимная; 20 — контакты вспомогательной цепи; 21 — контакт неподвижный; 22 — контактодержатель контакта неподвижного

2) Выключатели автоматические стационарного типа (рис. 1.2).

Выключатели имеют термо и электромагнитные наибольшие расцепители тока для защиты в зоне токов перегрузки и недлинного замыкания.

Выключатели могут иметь выполнение лишь с электромагнитными наивысшими расцепителями тока для защиты в зоне токов недлинного замыкания.

Независящий расцепитель обеспечивает отключение выключателя при подаче на выводы его катушки напряжения неизменного либо однофазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).

Допустимые колебания рабочего напряжения от 0,7 до 1,2 от номинального. Номинальный режим работы независящего расцепителя — краткосрочный.

Независящий расцепитель допускает 10 отключений выключателя попорядку с прохладного состояния его катушки с паузой меж отключениями не наименее 5 и не наиболее 15 с.

Полное время отключения цепи выключателя при номинальном токе с момента подачи номинального напряжения на выводы катушки независящего расцепителя — не наиболее 0,04 с.

Выключатели допускают не наименее 2000 отключений независящим расцепителем из полного количества циклов износостойкости.

Вольные контакты допускают работу при напряжении от 0,7 до 1,2 номинального. Вольные контакты в длительном режиме допускают нагрузку током 4 А.

Ручные дистанционные приводы разрешают дистанционное оперирование лишь при закрытой двери распределительного устройства, электромагнитные приводы — как при закрытой, так и при открытой двери.

Электромагнитный привод обеспечивает включение и отключение выключателя, также взвод механизма выключателя опосля его автоматического отключения.

Рис. 1.2. Выключатель стационарного типа: 1 — основание; 2 — камера дугогасительная; 3 — пластинка искогасительная; 4 — пластинки искогасительные; 5 — крышка; 6 — пластинки; 7 — звено; 8 — звено; 9 — ручка; 10 — рычаг опорный; 11 — защёлка; 12 — рейка отключающая; 13 — пластинка термобиметаллическая; 14 — расцепитель электромагнитный; 15 — проводник гибкий; 16 — токопровод; 17 — контактодержатель; 18 — контакты подвижные; 19 — щёки изоляционные

Зависимо от воздействующей величины автоматические выключатели делятся на наибольшие выключатели по току, малые выключатели по току, малые выключатели по напряжению, выключатели оборотного тока, наибольшие выключатели, работающие по нарастанию производной тока, поляризованные наибольшие выключатели, отключающие цепь при нарастании тока в прямом направлении, и неполяризованные, реагирующие на возрастание тока в любом направлении, выключатели, осуществляющие защиту от ряда воздействующих величин (к примеру, наибольшие по току и малые по напряжению).

Главные элементы автоматического выключателя и их взаимодействие разглядим по принципной схеме (рис. 1.3).

Контактная система выключателей на огромные токи — двухступенчатая, состоит из основных 11, 5 и дугогасительных контактов 7. Главные контакты обязаны иметь маленькое переходное сопротивление, потому что по ним проходит главный ток. Обычно это мощные медные контакты с серебряными накладками на недвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные контакты замыкают и размыкают цепь, потому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая.

При номинальных токах 630 А контактная система одноступенчатая, т.е. контакты делают роль основных и дугогасительных.

На рис. 1.3 выключатель показан в процессе отключения. Чтоб его включить, вращают ручку 2 либо подают напряжение на электромагнитный привод 1 (УА). Возникающее усилие перемещает рычаги 3 на Право, при всем этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются поначалу дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, а потом главные контакты 5, 11. Опосля окончания операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель ручкой 2, приводом 7 либо автоматом при срабатывании расцепителей.

Наибольший расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке УАТ1 тока недлинного замыкания. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 перебегают ввысь за мертвую точку, в итоге чего же автоматический выключатель отключается под действием отключающей пружины 4. Тот же расцепитель делает функции независящего расцепителя. Если на нижнюю обмотку УАТ2 подать напряжение клавишей 5В, он срабатывает и производит дистанционное отключение.

Рис. 1.3. Принципная схема автоматического выключателя: 1 — электромагнитный привод; 2 — ручка ручного включения; 3 — рычаги механизма вольного расцепления; 4 — отключающая пружина; 5 — основной подвижной контакт; 6 — пружина; 7 — дугогасительные контакты; 8 — дугогасительная камера; 9 — электродинамический компенсатор в виде шинок; 10 — пружина; 11 — главные недвижные контакты; 12 — эластичная связь; 13 — несущая деталь; 14 — удерживающая защелка с зубцами 15 и пружиной 16; 17 — наибольший расцепитель; 18 — малый расцепитель

При понижении либо исчезновении напряжения срабатывает малый расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель.

При выключении поначалу размыкаются главные контакты, и весь ток перебегает на дугогасительные контакты. На основных контактах дуга не появляется.

Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Меж дугогасительными контактами появляется дуга, которая выдувается ввысь в дугогасительную камеру 8, где и гасится.

Дугогасительные камеры производятся со железными пластинами (эффект деления длинноватой дуги на недлинные) и лабиринтнощелевыми (эффект гашения дуги в узенькой щели). Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен владеть высочайшей дугостойкостью.

При протекании тока недлинного замыкания через включенный автоматический выключатель меж контактами появляются значимые электродинамические силы, превосходящие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут оторвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга может сварить их. Чтоб избежать самопроизвольного отключения, используют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинках 9 имеют различное направление, что делает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 делают роль механизма вольного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в хоть какой момент времени, в том числе по мере необходимости и в процессе включения. Если выключатель врубается на имеющееся куцее замыкание, то наибольший расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 ввысь за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (либо 2) с подвижной системой автоматического выключателя, который отключается пружиной 4, невзирая на то, что приводом будет передаваться усилие на включение. В настоящих автоматических выключателях механизм вольного расцепления имеет наиболее сложное устройство.

Защитная черта автоматического выключателя приведена на рис. 1.4. Наибольшие расцепители электромагнитного типа имеют обратнозависимую от тока выдержку времени при перегрузках (участок аd) и независимую выдержку времени при токах недлинного замыкания (о). Установка по току регулируется в зоне перегрузки и в зоне куцее замыкание (отсечка). время срабатывания регулируется при Iном, при (3 — 10) Iном и при токе недлинного замыкания. В автоматических выключателях с электромагнитными расцепителями выдержка времени в независящей от тока части свойства получается из-за часового анкерного механизма, в зависимой — от силы притяжения якоря электромагнита к сердечнику.

Автоматические выключатели с биметаллическими расцепителями обеспечивают обратнозависимую характеристику при перегрузках. Для защиты от недлинного замыкания в таковых выключателях употребляются электромагнитные расцепители моментального деяния.

В современных выключателях используют полупроводниковые расцепители, которые обеспечивают наиболее высшую точность срабатывания по току и времени.

2. Начальные данные Ш—образного электромагнита

Напряжение питания ~ 220 В; Iном=10А; f=50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ).

Долгий режим работы. Температура окружающей среды и0=+40°С.

Класс нагревостойкости обмоточного провода А.

Допустимая температура нагрева 105°С.

Материал магнитопровода 1511.

Рис. 2.1. Электромагнит переменного тока с плоским якорем и Ш-образным ярмом

3. Расчеты электромагнита

3.1 Расчет сечения магнитопровода

Сечение магнитопровода электромагнита переменного тока обязано удовлетворять двум условиям:

— отсутствию вибрации якоря в притянутом положении;

— превышению среднего значения электромагнитной силы при всех положениях якоря над противодействующей.

Корректность выбора сечения выясняется на шаге поверочного расчета, когда построена тяговая черта при наименьшем напряжении. На шаге подготовительного расчета учет лишь 1-го из нареченных критерий при расчете сечения магнитопровода может привести к отрицательному конечному результату. Чтоб избежать этого, рекомендуется за ранее провести расчет сечения по обоим вариантам и совсем тормознуть на большем сечении.

При притянутом якоре вибрация будет отсутствовать, если малое электромагнитное усилие будет больше противодействующего:

(3.1.1)

где Fmin — малая электромагнитная сила при притянутом якоре;

kр — коэффициент припаса по силе, kр=1.1 ч 1.3;

F’прк — расчетное противодействующее усилие для конечного положения якоря.

Для электромагнитов с 2-мя К.З. витками:

F’прк =0,5 Fпрк

Сечение полюса определяется из соотношения:

(3.1.2)

где б — соотношение сечения неэкранированной части полюса (S2) к сечению экранированной (S1), б =0,4 — 0,6;

mр — отношение средних усилий от потока в неэкранированной (Рср2) и экранированной (Рср1) частях полюса; mр = 1,0 — 1,5;

c — коэффициент, учитывающий степень насыщения неэкранированной части полюса, с = 0,8 — 1;

На шаге подготовительного расчета б, mр, с приходится задаваться.

Вm — наибольшая индукция; Вm = 1,0 — 1,2; Принимаем kр — 1,2,

б = 0,5, mр = 1.4, с = 0,9,

(м2).

Рис. 3.1.1. Активное сечение полюса (сечение, по которому проходит поток в воздушном зазоре)

(3.1.3)

где = kзс — коэффициент наполнения пакета сталью. Принимаем при толщине листа 0,5 мм. kзс = 0,95.

Обозначим соотношения:

Принято считать сечение магнитопровода в месте расположения катушки квадратным, потому з = 2.

По выражениям (3.1.2) — (3.1.4) с учетом принятых коэффициентов, задавшись приблизительно Д = 2,10-3 (М), находим размер полюсов:

S=(a1+a2) bkзс

b/(a1+a2+Д) = з

(м)

a2=0,5a1=0,5•6,67•10-3=3,335•10-3 (м)

a=a1+a2+Д=6,67•10-3+3,335•10-3+2•10-3=1,2•10-2

(м)

Принимаем: a1=6,67•10-3 (м)

a2=3,335•10-3 (м)

a=1,2•10-2 (м)

b=2,4•10-2 (м)

Сечение среднего стержня электромагнита принимаем:

Sмк = b2 = 5,76•10-4 (м2)

3.2 Расчет размеров К.З. витка

размеры К.З. витка определяются нужным для борьбы с вибрацией якоря сопротивлением К.З. витка

(3.2.1)

где щ = 2рf = 2•3,14•50=314 (рад.) — угловая частота;

дк — конечный зазор меж якорем и полюсом; дк = 5•10-5 (м).

Тогда по формуле (2.2.1) при принятых ранее допущениях:

(Ом)

Установив rв и задавшись шириной паза под виток (шириной витка Д), находим высоту витка (hв) из соотношения:

(3.2.2)

где св=с0(1+би) — удельное сопротивление материала К.З. витка. Принимая

и = 150оС

с0=1,62•10-8 Ом•м, б = 4,3•10-3 К-1,

Получаем св=1,62•10-8 • (1+4,3•10-3 •150)=2,665•10-8(Ом•м)

По формуле (3.2.2)

(м)

Потом уточняем сопротивление витка по формуле:

(3.2.3)

где ?в =2 (a1+b+2Д) — средняя длина К.З. витка;

Sв=Дhв — сечение К.З. витка;

Тогда по формуле (3.2.3) сопротивление витка:

(Ом).

3.3 Подготовительный расчет размеров обмотки и магнитопровода

Для определения размеров обмотки нужно отыскать ее МДС. МДС будет различной при разных зазорах, потому что ток миниатюризируется от пускового до рабочего значений. размеры обмотки определяются исходя из долгого протекания по ней рабочего тока. Таковым образом, нужно отыскать МДС обмотки при притянутом якоре. Для этого составляется схема замещения магнитной цепи без учета магнитного сопротивления стали, потому что не известны размеры магнитопровода.

Рис. 3.3.1 Схема замещения магнитной цепи

Наибольшее действующее

где Sмк — сечение магнитопровода в месте расположения катушки; Sмк = b2 = 5,76•10-4 (м) — для электромагнита с Ш-образным магнитопроводом;

Вm — амплитудное

ku — коэффициент колебания напряжения; ku =1,25;

kп — коэффициент, учитывающий утраты МДС в стали; kп-1.2;

Rп = дп/м0Sп — магнитное сопротивление паразитных зазоров и зазоров отлипания;

дп =5•10-5 (м) — для мест стыка 2-ух ферромагнитных тел;

дп =20•10-5 (м) — для зазоров отлипания;

Sп — сечение на пути магнитного потока в паразитных зазорах и зазорах отлипания;

(1 / Гн);

Rд1 — магнитное сопротивление экранированной части полюса;

(1 / Гн);

Rд2 — магнитное сопротивление неэкранированной части полюса;

(1 / Гн);

Хмв — магнитное сопротивление К.З. витка;

Тогда по формуле (3.3.1)

Когда активное сопротивление обмотки существенно меньше индуктивного, число ее витков:

(3.3.2)

где kR — коэффициент, учитывающий падение напряжения на активном сопротивлении; kR = 0,92; Umin — малое напряжение сети; Umin = 0.85•U

По формуле (3.3.2)

(вит.)

По отысканному значению МДС определяется ток в обмотке

I=F / W (2.3.3)

По формуле (3.3.3)

I=271,56 / 1223=0,22 (A).

Задаемся плотностью тока j —2,5•106 (А/м),

Сечение провода:

q=I / j (3.3.4)

Поперечник провода:

(3.3.5)

Тогда по формулам (3.3.4) — (3.3.5) определяем:

q=0,22 / (2,5•106)=8,8•10-8 (м2)

(м).

При марки провода ПЭВ-1 коэффициент наполнения f0 = 0,580. И уточняем сечение провода:

(м2).

Площадь обмоточного окна:

(3.3.6)

По формуле (3.3.6):

(м2).

Зная отношение длины катушки (?0) к толщине (h0) равное ?0 / h0 — 2,5 и Q=?0•h0 рассчитываем размеры катушки: h0 = 0.0086 м; ?0 = 0.0216 м.

Изобразим эскиз электромагнита (рис. 3.3.2), по которому находим размеры окна магнитопровода: ? = 0.026 м; h = 0.01 м.

Рис. 3.3.2. Эскиз электромагнита

3.4 Уточненный расчет обмотки при притянутом якоре

Зная размеры магнитопровода, можно найти наиболее четкое

Рис. 3.4.1. Схема замещения магнитной цепи при притянутом якоре с учетом магнитных сопротивлений ферромагнитных участков

В схеме замещения бытуют всеохватывающие магнитные сопротивления, которые содержат активную и реактивную составляющие:

(3.4.1)

где сR, сX — удельные магнитные сопротивления. Для их определения используем расчетные кривые: при Вm=1,1 Тл для стали 1511

сR = 2•102 м / Гн, сX = 0.9•102 м / Гн;

?i — длина участка;

Si — сечение участка.

Определим длину всякого участка:

(м)

(м)

(м)

Сечение всякого участка:

(м2)

(м2)

Тогда по формуле (3.4.1):

(1 / Гн);

(1 / Гн);

(1 / Гн).

По схеме замещения определяем МДС (F) и угол утрат (и):

(3.4.2)

По формуле (7.4.2):

Уточненное число витков обмотки:

(3.4.3)

в какой С1 = с jдоп ?ср, где с — удельное сопротивление меди:

с = с0 (1+би) = 1,62•10-8• (1+0,0043•105)=2,35•10-8 Ом•м;

?ср — средняя длина обмотки, по рис. 4.2,

?ср = 4b0+рh0 = 4 (24+4)•10-3+3,14•0,0086=0,139 м;

,

где Фm=BmSмкkкз=1,1•5,76•10-4•0,95=0,0006 Вб.

Таковым образом, С1 = 2,35•10-8•2,5•106•0,139 = 0,0081 В

В

Тогда по формуле (7.4.3):

Уточним ток в обмотке и сечение провода по (3.3.3) — (3.3.4):

I=241,54 / 1300=0,17 A

q=0,17 / (2,5•106)=7•10-8 м2.

Омическое сопротивление обмотки:

(3.4.4)

По формуле (3.4.4):

Ом

Рис. 3.4.2. Катушка электромагнита

Доп активное сопротивление:

(3.4.5)

где Z,м экв — эквивалентное магнитное сопротивление, выражение в фигурных скобках уравнения (3.4.2)

По формуле (3.4.5):

Ом

Индуктивное сопротивление обмотки:

. (3.4.6)

По формуле (3.4.6)

Ом

Угол меж током и напряжением:

(3.4.7)

По формуле (3.4.7):

Уточненный рабочий ток:

(3.4.8)

где Umax — наибольшее значение напряжения, Umax = 1,05 U.

По формуле (3.4.8):

A

Полная мощность:

S=Umax •I (3.4.9)

По формуле (3.4.9):

S=1,05•220•0,174=40,28 В•A

Активная мощность Э.М.:

Pэл=I2•(R0+R?) (3.4.10)

По формуле (3.4.10):

Pэл=0,1742•(64,12+294,43)=10,85 Вт

температура перегрева обмотки:

(3.4.11)

Sохл=Sн+бSвн (3.4.12)

где Sохл — площадь остывания обмотки;

Sн — внешняя поверхность остывания; Sвн — внутренняя поверхность остывания;

б = 0 — катушка на изоляционном каркасе;

Sн=(4b0+2рh0) ?0 (3.4.13)

km — коэффициент теплоотдачи, т. к. 10-2 м > Sохл >10-4 м2, то

фдоп = идоп — и0 — допустимая температура перегрева

. (3.4.14)

По формулам (3.4.11) — (3.4.14):

Sохл=Sн=(4•(20+4)•10-3+2•3,14•0,0086)•0,0216=0,00358 м2.

3.5 Проверка отсутствия вибрации якоря

Для проверки отсутствия вибрации якоря нужно отыскать в притянутом положении в экранированной (Фд1) и неэкранированной (Ф д2) частях полюса.

(3.5.1)

Фд2=n•Фд1 (3.5.2)

где Ф д — поток в зазоре

(Вб),

По формулам (3.5.1-3.5.2)

(Вб)

Фд2=0,954•1,758•10-4=1,677•10-4 (Вб)

Среднее

(3.5.3)

(3.5.4)

По формулам (3.5.3) и (3.5.4):

(H)

(H)

Амплитудное

(3.5.5)

По формуле (3.5.5):

(H)

Малое

Pmin=Pcp1+Pcp2-Pm (3.5.6)

По формуле (3.5.6):

Ртт = 38,4 + 69,93 — 58,8 = 49,53 (H).

Отысканное

Пульсация силы:

(3.5.7)

По формуле (3.5.7):

3.6 температура стали и К.З. витков

Утраты в К.З. витке:

(3.6.1)

По формуле (3.6.1):

(Вт)

температура перегрева К.З. витка:

(3.6.2)

где Soхлв — поверхность остывания витка

(м2)

где kтв — коэффициент теплоотдачи витка, kтв= 3,5•10-3 Вт/(см2 град)

По формуле (3.6.2)

Утраты в стали:

Pc=pc•Gс (3.6.3)

где рс — удельные утраты, при Вm= 1,1 Тл, рс=4 Вт/кг

Gс — вес стали, Gс= г?Vст, где г — плотность стали, г =7800 кг/м3

Vст — размер стали

(м3)

Gст=7800•6,9•10-5=0,54 (кг)

По формуле (3.6.3)

Pc=4•0,54=2,16 (Вт)

температура нагрева стали:

(3.6.4)

где Sохлс — поверхность остывания стали:

(м2)

где kтс — коэффициент теплоотдачи стали, kтс=11,5 Вт/м2 град

По формуле (3.6.4)

3.7 Расчет тяговой свойства

Для того чтоб электромагнит накрепко работал, нужно обеспечить превышение тяговой свойства над противодействующей. Электромагнитную силу определим по энергетической формуле.

где I — действующее

Для определения индуктивности и тока нужно провести расчет магнитной цепи для нескольких положений якоря. При всем этом сопротивлением стали и К.З. витков можно пренебречь, но учитывать рассеяние магнитного потока.

В схеме замещения (рис. 3.7.1) поток рассеяния приведен к полной МДС обмотки, потому приведение

Рис. 3.7.1. Схема замещения магнитной цепи без учета стали и К.З. витков

Из схемы замещения эквивалентное магнитное сопротивление:

(3.7.2)

где Rn магнитное сопротивление зазора отлипания.

Rn=1/Лn; (3.7.3)

где Лn магнитная проводимость зазора отлипания.

Rд — магнитное сопротивление магнитного зазора.

Rд=1/Лд (3.7.4)

где Лд магнитная проводимость рабочего зазора.

Rs магнитное сопротивление рассеяния.

где лs магнитная удельная проводимость.

Тогда индуктивность обмотки:

(7.7.6)

Величина тока при соответственном зазоре:

(7.7.7)

Расчет ведется для номинального и малого напряжений.

Производная индуктивности определяется через приращение индуктивности и зазора:

(3.7.8)

q

0,006

0,0055

0,005

0,0045

0,004

0,0035

0,003

0,0025

0,002

0,0015

L

0,59164

0,6111

0,63415

0,66151

0,69462

0,73571

0,78838

0,85881

0,95992

1,11451

Лn•10-6

3,71161

3,71281

3,71412

3,71553

3,71707

3,71876

3,72061

3,72265

3,72491

3,72747

Лд•10-7

1,54061

1,60921

1,68991

1,78667

1,90511

2,05376

2,24756

2,51207

2,90032

3,53322

Imin

0,95151

0,92427

0,89292

0,86022

0,82255

0,77998

0,73126

0,67462

0,60743

0,52561

Iном

1,11942

1,08738

1,05165

1,01203

0,96771

0,91762

0,86031

0,79367

0,71462

0,61835

Pmin

16,5789

18,1341

19,9641

22,1436

24,7824

28,0439

32,1729

37,5552

44,8297

56,1143

Pном

22,9466

25,0991

27,632

30,6485

34,3009

38,8151

44,5299

51,9795

62,0481

76,2828

Заключение

В данном курсовом проекте был рассмотрен более обширно всераспространенный элемент электронных аппаратов, обеспечивающий их надежное функционирование — Ш-образный электромагнит, а конкретно для автоматического выключателя.

Электромагнитные устройства входят в состав значимой части коммутационных аппаратов (в особенности низкого напряжения), реле, устройств дистанционного управления, тормозных и подъемных устройств, автоматических выключателей и др. Потому вопросцы расчета и проектирования, обеспечивающие надежность и экономичность их работы, являются животрепещущей задачей. Но при кажущейся простоте конструкции полный учет всех причин, влияющих на работу электромагнита в аналитической форме, применимой для инженерных расчетов, встречает затруднения в связи со сложностью электромагнитных и термических действий в элементах аппарата.

Были приведены общие сведения о автоматических выключателях их систематизация, как они распределяются

— по типам отключения тока,

— по типам выполнения,

— по типам привода.

Также рассмотрена принципная схема автоматического выключателя, система автоматического выключателя, принцип его деяния.

В третей части курсового проекта были изложены расчеты Ш-образного электромагнита, а конкретно:

— расчет сечения магнитопровода;

— расчет размеров К.З. витка;

— подготовительный расчет размеров обмотки и магнитопровода;

— уточненный расчет обмотки при притянутом якоре;

— проверка отсутствия вибрации якоря;

— температура стали и К.З. витков.

Перечень литературы

1. Чунихин А.А. «Электронные аппараты высочайшего напряжения. Выключатели» Т. 1 — 3: Справочник. — М.: Информэлектро, 1996, 1997.

2. Таев И.С. «Электронные аппараты управления» — 2-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

]]>