Реле тока с п-образной магнитной системой

Реле тока с п-образной магнитной системой

Реле тока с п-образной магнитной системой

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной курсовой работы является развитие навыков теоретических исследований, применение их в решении конкретных практических задач, умелого использования справочной, учебной и другой литературы.

Выполнение курсовой работы является инженерной комплексной задачей, которая требует понимания зависимостей между основными параметрами аппарата, его характеристиками, конструкцией и размерами.

Точный расчёт электрического аппарата представляет собой математически неопределённую задачу со многими решениями, так как число неизвестных больше числа уравнений, связывающих их. Вследствие этого в процессе расчёт приходится задаваться значениями некоторых исходных электромагнитных и конструктивных величин, базируясь на рекомендуемых соотношениях параметров и размеров, полученных в результате теоретических исследований и изучения отдельных типов аппаратов.

При аналитическом расчёте электрического аппарата используется метод последовательных приближений, то есть по мере решения задачи наперёд принятые ориентировочные значения уточняются сначала грубо, а по мере повторных расчётов - всё более точно.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

-Номинальный ток катушки:

Ток срабатывания:

Воздушный зазор при отпущенном якоре:

Приведенная начальная противодействующая сила:

Номинальный ток контактов:  

Номинальное напряжение коммутируемой цепи:

Род тока: постоянный

Вид: реле токовое

2. ЭСКИЗ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО АППАРАТА

Рисунок 1. Эскиз реле тока

На рисунке 1 изображено токовое реле. На полюсах магнитопровода расположены обмотки реле. Детали магнитной системы реле изготавливают из электротехнической стали. Обмотка выполняется из медной шины . Подвижная система реле состоит из стального якоря, подвижного контакта и механического гасителя вибрации якоря. Положение якоря фиксируется упорами. В качестве противодействующего устройства служит спиральная пружина. Изменяя положение указателя установки, изменяется натяжение пружины и с этим меняется величина противодействующей силы.

3. РАСЧЕТ КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ

.1 Выбор материала и конструктивных форм коммутирующих контактов

В качестве материала коммутирующих контактов, применено серебро. Применён точечный контакт, так как задан малый номинальный ток. Он обеспечивает высокое удельное нажатие, и, следовательно, малое контактное сопротивление даже в случае малых сил контактного нажатия.

.2 Расчет слаботочных контактов

Допустимое падение напряжения на контакте по опытным данным составляет   [2]:

               (3.1)

Переходное сопротивление контакта [2]:

                 (3.2)           

Определена сила нажатия [1]:

                 (3.3)

Принято =0,18(H) , так как значение силы не должно быть ниже норм, установленных практикой.

Начальный ток сваривания контактов [1]:

                (3.4)

где -коэффициент, зависящий от материала контактов, формы контактов, времени импульса тока.

Для серебряных точечных контактов, со временем импульса тока (0,05-5)с, =950

Начальный ток сваривания контактов должен быть, больше предельного тока, отключаемого аппарата, который принят [2]: а значит, в нашем случае условие выполнено.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТА

В процессе расчета электромагнита следует по заданным условиям действия механизма, и, главное, по зависимости величины требуемой силы от хода ведущего звена механизма (в работе и по заданной форме электромагнита), задаваясь некоторыми параметрами, определить размеры магнитопровода и катушки так, чтобы сечение магнитопровода было достаточным для проведения магнитного потока, необходимого для создания требуемой силы электромагнита. Размеры же окна магнитопровода должны быть достаточны для размещения катушки.

.1 Предварительный расчет электромагнита

.1.1 Выбор материала магнитопровода

Для маломощных электромагнитов (реле) применяются электромеханические стали марки ЭА.

.1.2 Выбор величин магнитной индукции

Индукция в воздушном зазоре при отпущенном якоре  обычно выбирается такой, чтобы при притянутом якоре максимальная индукция в сердечники в месте расположения максимального потока  была бы у колена кривой намагничивания. При предварительном расчете размеров торца сердечника магнитопровода, величина индукции  выбирается в зависимости от геометрического показателя .

Геометрический показатель для электромагнитов постоянного тока определён по формуле [2]:

           (4.1)

где, - начальное усилие притяжения электромагнита, H;

-величина рабочего воздушного зазора при отпущенном якоре, м.

Получена индукция в воздушном зазоре

.1.3 Определение основных размеров и параметров электромагнита

Определена площадь торца сердечника [2]:

                 (4.2)

Далее определяется диаметр торца сердечника [2]:

                     (4.3)

Принято  в соответствии с ГОСТ [3].

Размеры катушки полностью зависят от величины намагничивающей силы , необходимой для срабатывания электромагнита, которую обмотка должна создавать. В рационально спроектированных электромагнитах намагничивающая сила, приходящаяся на нерабочие зазоры при отпущенном якоре, составляет 5 до 15% от намагничивающей силы, приходящейся на один рабочий зазор, приходящаяся же на сталь от 10 до 20%, тогда [2]:

         (4.4)

где - магнитная проницаемость воздуха.

Площадь поперечного сечения обмотки  при предварительном расчете определяется по уравнению, связывающему значение намагничивающей силы с размерами обмотки и допустимой плотностью тока, при заданном режиме работы [2].

                (4.5)

где - длина и толщина обмоточного пространства, м;

- коэффициент заполнения обмоточного пространства, ;

j - плотность тока, A;

- коэффициент перегрузки по току.

Для катушки последовательного включения [2]:

                 (4.6)

Отношение сторон обмоточного пространства для реле

.1.4 Определение размеров частей магнитопровода и катушки. Разработка эскиза электромагнита

Определена высота полюсного наконечника [1]:

               (4.7)

где =0,1..0,3- в существующих конструкциях.

Размер выступающей части сердечника [1]:

         (4.8)

Определена длина катушки [1]:

                  (4.9)

где - толщина торцевых изоляционных шайб; при бескаркасной намотке [1]:

Определена длина сердечника [1]:

                   (4.10)

Определен внутренний диаметр обмотки [1]:

               (4.11)

где - толщина внутренней изоляции при бескаркасной намотке; [1].

Определена толщина наружной изоляции  [1];

Принято

Определено сечение скобы, которое должно быть не менее сечения сердечника [1]:

                (4.12)

Определена ширина скобы [1]:

              (4.13)

Определена толщина скобы [1]:

                  (4.14)

a_ск=12∙10^-3 (м) по ГОСТ [3].

Cечение якоря может быть принято от . Ширина якоря  принимается по конструктивным соображениям. Целесообразно, чтобы якорь несколько выступал за полюсный наконечник. На такой же размер целесообразно увеличить якорь с двух сторон по ширине.

Принято по ГОСТ [3].

Определено сечение якоря [1]:

                (4.15)

Определена толщина якоря [1]:

                    (4.16)

У электромагнитов в рабочем воздушном зазоре предусматривается штифт или пластина “отлипания”. Штифт или пластина “отлипания” учитываются при расчете как не рабочий зазор . Для реле величину зазора “отлипания” принимаю равной 0,9(мм).

Зазор между якорем и скобой  изменяется от величины равной  нерабочего зазора, до наибольшей величины при полностью отпущенном якоре. За расчетные величины принимаются зазоры в середине скобы в месте расположения средней линии магнитного потока.

Зазор в месте сочленения скобы и сердечника выбран .

Эскиз электромагнита изображен на рисунке 2.

.2 Поверочный расчет электромагнита постоянного тока

Главной задачей расчета магнитной цепи является определение необходимой намагничивающей силы обмотки, по магнитному потоку в рабочем воздушном зазоре. Я произведу расчет электромагнита по участкам, с учетом коэффициента рассеяния и использованием кривых намагничивания, что позволит повести подробный анализ магнитного состояния материала электромагнита в различных местах и дать заключение о магнитном использовании материала и о правильности выбора размера электромагнита.

4.2.1 Расчет проводимостей воздушных зазоров

Точность расчета параметров электромагнита во многом определяется точностью расчета проводимостей воздушных путей. Магнитное поле в близи воздушного зазора для плоской магнитной системы трехмерно и имеет очень сложную форму. Однако если воздушные зазоры малы (последний не превышает 0,2 наименьшего из поперечных размеров полюса), поле можно считать равномерным и проводимость определяется по формуле [1]:

                  (4.17)

где - площадь полюса, ;

- воздушный зазор, м

Определены суммарные проводимости и производные проводимости рабочих зазоров для

Для зазора (м) по (4.17):

При больших значениях , нужно учитывать выпучивание поля, тогда проводимость рассчитывается (рисунок 3) [1]:

Рисунок 3. Эскиз к расчёту проводимостей рабочего воздушного зазора

 - максимальный воздушный зазор; - Расстояние от края скобы до центра сердечника;- минимальный зазор (зазор отлипания);

С - выступающая часть сердечника;d - диаметр полюсного наконечника.

                 (4.18)

где

            (4.20)

Для зазора  по (4.20):

по (4.19):

по (4.18):

После расчета проводимостей для оставшихся воздушных зазоров, cуммарная проводимость воздушных зазоров определяется [1]:

               (4.21)

где - суммарная проводимость рабочего воздушного зазора и зазора между скобой и ярмом [1].

               (4.22)

                 (4.23)

где - изменяется от  до значения при полностью отпущенном якоре и определяется [1]:

                  (4.24)

           (4.25)

где - проводимость зазора между сердечником и основанием скобы, Г

- полная проводимость, Г

При расчете проводимостей для потока рассеяния (между сердечником и скобой)

удобно пользоваться проводимостью на единицу длины сердечника- удельной проводимостью, которая определена по формуле(4.26) [1]:

               (4.26)

при .

               (4.27)

по (4.26) [1]:

                   (4.28)

;

По формулам (4.23) и (4.24) рассчитывается суммарная проводимость между скобой и якорем для зазоров Полученные результаты сведены в таблицу №1.

По формуле (4.22) рассчитывается суммарная проводимость воздушного зазора и зазора между скобой и якорем зазоров  Полученные результаты сведены в таблицу №1.

Определяются производные проводимости рабочего зазора [2]:

          (4.29)

Полученные результаты для всех зазоров сведены в таблицу№1.

 Определяется проводимость со стороны рабочего воздушного зазора [2]:

               (4.30)

Полученные результаты для всех зазоров сведены в таблицу№1.

.2.2 Расчет коэффициентов рассеяния

Когда магнитная система имеет два воздушных зазора, расположенных с двух сторон обмотки, то она разделяется на две отдельные части. В каждой части системы имеется поток рассеяния, который определяется коэффициентом рассеяния

этой части. Величину коэффициентов рассеяния для каждой части можно найти, исходя из следующих соображений [2].

                 (4.31)

где ;

Соответственно,     [2]               (4.32)

По формулам (4.31) и (4.32) рассчитываются величины коэффициентов рассеяния для всех зазоров и полученные результаты для всех зазоров сводятся в таблицу 1.

Таблица 1. Расчет параметров воздушных зазоров