В курсовом проекте рассмотрены вопросы разработки электромагнита втяжного типа с коническим стопом. Проведен расчет размеров магнитопровода, выбрана его конструкция. Выполнен поверочный расчет.

Рассчитана пружина сжатия. электромагнит конструкция обмотка

Разработана программа в среде программирования MatLab, реализующая математическую модель. В результате работы программы получены статические характеристики электромагнита.

Содержание

Введение

1. Выбор конструктивного типа и формы стопа

2. Проектный расчёт

3. Поверочный расчёт

4. Расчёт винтовой пружины

5. Программа расчёта и анализ статических характеристик системы

Библиографический список

Введение

Под электромагнитным механизмом (ЭММ) понимают устройство, работа которого основана на взаимодействии ферромагнитного подвижного элемента с магнитным полем, создаваемым намагничивающей обмоткой. ЭММ состоит из двух основных узлов: электромагнита (ЭМ) и исполнительного механизма (исполнительного органа, механизма нагрузки). ЭММ является преобразователем электромагнитной энергии ЭМ в механическую энергию исполнительного механизма.

Благодаря своим богатым функциональным возможностям ЭММ в настоящее время нашли широкое применение вообще и в особенности в приборных устройствах. Они отличаются не только большим разнообразием выполняемых функций, но и в еще большей степени разнообразием конструктивных решений.

Особенности приборных ЭММ заключаются в следующем. Во-первых, приборные ЭММ - маломощные механизмы. Во-вторых, к ним часто предъявляют высокие требования в отношении динамических характеристик (быстродействия). В-третьих, это преимущественно ЭММ постоянного тока. ЭММ постоянного тока в сравнении с ЭММ переменного тока имеют значительно меньшую потребляемую мощность, массу и габариты и способны развивать бульшие тяговые усилия. Даже в тех приборных устройствах, в которых имеется лишь питающая сеть переменного тока, выгоднее установить специальный выпрямитель, чем использовать ЭММ переменного тока. Такой выпрямитель легко может быть реализован на полупроводниковых элементах, учитывая, что ЭММ приборных устройств являются маломощными. И, наконец, в-четвертых, приборные ЭММ нередко отличаются особыми тяговыми характеристиками, что объясняет особенности их применения.

Наибольшую трудность при создании ЭММ представляет расчет и проектирование наиболее сложного и специфического узла ЭММ - его электромагнита.

Существующие в настоящее время ЭМ характеризуются большим разнообразием конструктивных форм магнитопроводов, расположения обмоток, способов их питания. Их классифицируют по следующим наиболее важным признакам:

по характеру движения якоря: с угловым и поступательным перемещением якоря;

по расположению якоря: с внутренним или с втягивающимся якорем (ЭМ соленоидного типа или втяжные) и с внешним якорем;

по виду тяговой характеристики (зависимость силы электромагнитного притяжения F_Э, действующей на якорь, от воздушного зазора д).

Втяжные ЭМ отличаются большим ходом якоря, малыми размерами и высоким быстродействием. Втяжные ЭМ со стопом создают бульшие усилия, чем без стопа. Это усилие резко растет по мере приближения якоря к стопу. На форму тяговой характеристики существенно влияют размер и форма стопа: конический стоп в сравнении с плоским позволяет увеличить начальное тяговое усилие; при увеличении высоты стопа седлообразная тяговая характеристика приближается к гиперболической.

В данном курсовом проекте будет рассчитываться втяжной электромагнит. Он является нейтральным ЭМ, так как для него характерно наличие одного магнитного потока, который создается управляющей обмоткой, расположенной на статоре. Обмотка управления питается от усилителя мощности работающего в ключевом режиме (на обмотку подаются прямоугольные импульсы, а информация содержится в длительности импульса).

Различают две основные задачи проектирования ЭМ - прямую и обратную. Прямая задача заключается в определении по заданным исходным данным типа ЭМ, его геометрических размеров и характеристик намагничивающей катушки, то есть это создание конструкции. Обратная задача выражается в проверочном расчете уже существующего или известного ЭМ с определением точных его магнитных характеристик и проектированием катушки. В нашем случае имеет место прямая задача.

Порядок проектирования ЭМ по заданным параметрам (прямая задача) обычно выполняется в два этапа: сначала производится проектный (предварительный) расчет, а затем поверочный (окончательный) расчет. На первом этапе: определяют недостающие и уточняют имеющиеся исходные данные; выбирают тип ЭМ; выбирают магнитные характеристики ЭМ (индукцию в воздушном зазоре, максимальную индукцию); определяют основные размеры и параметры ЭМ. На втором этапе по известным размерам ЭМ: рассчитывают магнитную цепь с определением намагничивающей силы, необходимой для срабатывания; рассчитывают размеры катушки; производят корректировку размеров ЭМ.

После выполнения этих двух этапов разрабатываются программы расчета статических характеристик.

1. Выбор конструктивного типа и формы стопа

Оптимальную конструктивную форму ЭМ можно выбрать по конструктивному фактору (КФ). Каждой конструктивной форме ЭМ, спроектированного оптимально в смысле минимума массы, соответствует определенный диапазон значений КФ. Диапазоны значений КФ приведены в различных справочниках. Конструктивный фактор КФ дает возможность определить конструктивную форму только в первом приближении. Он не учитывает многие требования технического задания: температурные условия, режим работы и так далее.

где - величина рабочего зазора

- ход якоря

- толщина немагнитной прокладки

(предотвращает залипание якоря на стопе)

Таким образом, исходя из табличных значений, имеем стоп конической формы с наклоном

2. Проектный расчет

1. Определение основных размеров электромагнита:

а) диаметр якоря электромагнита

,

Для получения минимальных габаритов, объема, массы, потерь магнитодвижущей силы значение (магнитная индукция в рабочем зазоре) необходимо принимать в интервале 0,7…1,1 Тл. Примем . Величину максимальной индукции определим чуть позже.

б) наружный диаметр электромагнита

в) длина электромагнита

где L=0.1

- паразитный зазор (берется в интервале )

- удельное сопротивление провода

- удельное сопротивление провода при 20 ⁰С (взята величина для медного провода).

- удельная мощность рассеивания (определяется по графику

г) отношение габаритных размеров электромагнита

Для втяжных электромагнитов удачное конструктивное оформление обеспечивается при отношении длины ЭМ к его наружному диаметру в интервале 0,7…1,8.

- хорошее отношение габаритных размеров

д) По принятому диаметру якоря уточняется значение магнитной индукции

e) По графику Ф = f₁(В_д) определим значение поправочного коэффициента относительно падения магнитодвижущей силы Ф.

Ф = 0,84

ж) максимальное значение магнитной индукции

2. Остальные размеры магнитопровода:

а) внутренний диаметр магнитопровода

б) толщина фланца

в) толщина фланца на периферии

г) длина окна магнитопровода под катушку

д) длина стопа

3. Определение параметров катушки:

а) средний диаметр катушки

где - толщина каркаса (обычно )

- зазор между катушкой и корпусом

(обычно)

б) диаметр провода

- изменяю диаметр провода и округляю его до стандартного значения в соответствии с таблицей проводов и для принятой марки провода нахожу его диаметр в изоляции.

Будет использоваться провод ПЭВ-1 (с эмалевой изоляцией)

в) диаметр провода в изоляции

г) высота намотки катушки

д) длина катушки

где

е) число витков катушки

виток

ж) сопротивление катушки при нормальных условиях (+20⁰ С)

з) длина намоточного провода

и) сопротивление катушки в рабочем положении

3. Поверочный расчет

Поверочный расчет производится при известных конструкции, размерах и параметрах электромагнита. Требуется определить тяговое усилие электромагнита, его тепловой режим, потребление тока, степень насыщенности магнитопровода.

1. Проверка размеров магнитопровода и параметров катушки

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж) сечение якоря

з)средний диаметр катушки

и) высота намотки

к) число витков катушки

 виток

л) сопротивление катушки

м) значение потребляемого тока

2. Определение тягового усилия, развиваемого электромагнитом при расчетном напряжении:

а) полная магнитодвижущая сила

б) максимальная магнитная индукция

где

в) по графику находится значение поправочного коэффициента

г) тяговое усилие, развиваемое электромагнитом

3. Проверка правильности стопа:

4. Определение превышения температуры электромагнита:

а) удельная мощность рассеяния

б) по графику для найденной удельной мощности рассеяния определяется превышение температуры электромагнита