Расчет магнитной системы нейтрального реле и его основных характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание

Введение

1. Расчет геометрических размеров реле

2. Расчет электромагнитного усилия

3. Определение намагничивающей силы

4. Расчет числа витков и сечения обмоточного провода

5. Расчет активного сопротивления обмотки и индуктивности катушки при отпущенном и притянутом якоре

6. Расчет переходного процесса

Вывод

Список литературы



Задание

реле электромагнитный виток обмотка

Вариант задания для данной курсовой работы - №11.

Количество контактов	Рабочий ход контактов lx, мм	Вид сечения сердечника	Коэффициент ускорения	Рабочее напряжение, В
А	В
1	4	2,5	круг	0,55	24

1.Определить геометрические размеры магнитопровода.

2.Определить электромагнитное усилие Fэ.

3.По результатам пунктов 1 и 2 задания определить намагничивающую силу Fн.

4.Определить геометрические размеры катушки, диаметр провода, диаметр провода с обмоткой и количество витков W.

5.Определить активное сопротивление обмотки и индуктивности обмотки при опущенном () и притянутом () якоре.

6. Определить время срабатывания на притяжение () и отпускание().

7.Определить сопротивление дополнительного резистора из условия заданного времени на отпускание реле.

8.Построить графики изменения тока обмотки реле во времени при притяжении и отпускания якоря, в соответствии со схемой включения реле.

9.Начертить конструкцию реле и привести его электрические (U,,,,,,,) и временные (,) параметры.



Введение

Реле -- электромагнитный аппарат (переключатель), предназначенный для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. Широко используется в различных автоматических устройствах. Различают электрические, пневматические(температурные), механические виды реле, но наибольшее распространение получили электрические (электромагнитные) реле, в которых изменение входной электрической величины вызывает механическое перемещение якоря, приводящие к замыканию или размыканию контактов реле.[ 1 ]

Реле можно классифицировать по следующим признакам:

*по значению - управления, защиты и сигнализации;

*по принципу действия - электромеханические ( электромагнитные,

нейтральные, электромагнитные поляризованные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные, электротермические), магнитные бесконтактные, электронные, тригерные, фотоэлектронные, ионные;

*по мощности управления - маломощные с мощностью управления

Ру < I Вт, средней мощности с Ру = 1...10 Вт; мощные с Ру > 10 Вт.

*по времени срабатывания - безынерционные tcp < 0,001 с, быстродействующие tcp = 0,001...0,05 с; нормальные - tcp = 0,05...0,15 с; замедленныеtср = 0,15... 1 с и реле времени tcp > 1 с.

Если электромагнитные реле используются для переключения мощных цепей тока, то они называются контакторами. Реле и контакторы являются устройствами прерываемого действия.

Электромагнитные реле по роду используемого тока делятся на реле постоянного и переменного тока.



1. Расчет геометрических размеров реле

На Рисунке 1 показана конструкция электромагнитного реле с угловым движением якоря, где 1 - каркас с обмоткой; 2- ярмо; 3 - выводы обмотки; 4 - контактные пружины; 5 - замыкающий контакт (ЗК); 6 - подвижные контакты; 7 - размыкающий контакт (РК); 8 - якорь; 9 - штифт отмыкания; 10 - сердечник.

Рисунок 1. Конструкция реле

Электромагнитное реле состоит из трех основных частей: контактной системы (контактные пружины выполненные из материала нейзильбера), магнитопровода (ярмо, сердечник, якорь, выполненный из мягкой стали) и обмотки катушки. Магнитную цепь составляют: сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор между якорем и сердечником.

Основные расчетные формулы и результаты геометрических размеров приведены в таблице 1, а его геометрические размеры на рис.2.



Основные соотношения	Результаты расчета
lx/l4= 0.08	l4 = 31.25 мм
l4/l5 = 1.6	l5 = 19.53 мм
l6/l5 = 0.08	l6 = 1.56 мм
l5/l2 = 5.5	l2 = 3.55 мм
l3/l4 = 1.4	l3 = 43.75 мм
l1 = l3 + l4	l1 = 75 мм
l5/d = 1.66	d = 11.76 мм
l7 = 0.5…1	l7 = 1 мм
l8 = 2…5	l8 = 2 мм

Рисунок 2. Геометрические размеры реле

2. Расчет электромагнитного усилия

Электромагниное усилие создается энергией магнитного поля, запасенной в воздушном зазоре.

Усилие на контакты определяется выражением:

,

где: N - количество контактов, m - упругость одного контакта.

Упругость контактов группы А = 10 г.

Упругость контактов группы В = 12 г.

Н.

Усилие создаваемое электромагнитом:

Н.

Электромагнитное усилие определяется выражением:

где - коэффициент усиления, обычно составляет 2…4. Принимаем

Н.

3. Определение намагничивающей силы

В первую очередь, необходимо рассчитать рабочий магнитный поток системы. Рассчитаем магниный поток по формуле Максвелла [2]:

,

где - постоянная, характеризующая магниные свойства вакуума, - площадь сечения воздушного зазора.

Принимаем площадь сечения воздушного зазора равной площади сечения сердечника.

где d - диаметр круглого сердечника.

Тогда:

= 32 мкВб

Намагничивающая сила может быть определена из закона полного тока:

Первая часть уравнения может быть представлена как сумма составляющих:

,

где - напряженность и длина сердечника,

- напряженность и длина ярма и якоря,

- напряженность и длина воздушного зазора.

Напряженность на каждом участке системы можно найти из формулы:

,

где - относительная магнитная проницаемость. Для материала магнитопровода реле

Откуда:



Тогда намагничивающая сила определяется:

где - площадь сечения ярма и якоря (площадь сечения ярма принимается в два раза меньше площади сечения сердечника).

м,

мм,

Полученные значения подставим в формулу, получим:

Н.

4. Расчет числа витков и сечения обмоточного провода

Катушка наматывается на каркасы из электрокартона или пластмассы (толщина каркаса примерно 1 мм) и по своей форме может быть круглой или квадратной. По заданию сечение сердечника круглой формы, что показано на рисунке 3.

Рисунок 3.



Катушка характеризуется длиной каркаса (при расчете принять ), длиной и высотой окна намотки, а также внутренним и внешним размерами намотки:

=

Для катушки с сердечником круглого сечения:

Наружный диаметр:

мм,

Внутренний диаметр:

Рассчитаем максимальную высоту окна намотки по формуле:

12.98 мм,

Определяем длину средней линии витка обмотки:

мм.

Для выполнения намотки применяют главным образом медную изолированную проволоку с удельным сопротивлением с = 0,01275 Ом*мм²/м. Эмалевой изоляцией проводов будет изоляция марки ПЭВ (провод с винфлексовой эмалевой изоляцией), которая имеет лучшее сцепление с металлом.

Расчет диаметра провода:

Удельное сопротивление проволоки с = 1.75*10^-5 Ом*мм²/м.

Н,

мм.

Округляем полученное значение до ближайшего стандартного [2]

мм.

При диаметрах провода d < 0.35 мм. Применяют “дикую” намотку, так как тонкие провода трудно укладывать упорядоченно. Диаметр проволоки с учетом изоляции d_пр несколько больше, чем диаметр проволоки по меди d, т.е.

Где k - коэффициент, учитывающий толщину и вид изоляции, определяемый по справочным таблицам.

Для проводов с диаметром d < 0.35 мм и эмалевым покрытием k = 1.12 [2].

мм.

Рассчитываем число витков обмотки:

Где j - плотность тока, которая находится в пределах от 2 - 5 А/мм² для указанного типа провода, принимаем j = 4 A/мм².

Получим:

Проверяем возможность размещения витков в окне катушки:

Площадь окна магнитопровода:

мм².

Максимальное число витков обмотки:

где в = 0.02 мм² коэффициент учитывающий несплошность намотки.

Откуда получим:

Как видно из полученного значения витки будут занимать меньше ј высоты окна намотки.

Определим истинную высоту окна намотки:

Проводим корректирующий расчет:

мм.

Тогда длина средней линии:



Диаметр провода:

Округляем полученное значение до ближайшего стандартного [2]

мм.

С учетом изоляции диаметр провода будет:

мм.

Число витков:

5. Расчет активного сопротивления обмотки и индуктивности катушки при отпущенном и притянутом якоре

Активное сопротивление обмотки определяется по формуле:

Установившийся ток в обмотке:

После определения тока в обмотке ее сопротивления и количетсва витков, можно перейти к определению индуктивности. Так как все витки обмотки пронизываются одним и тем же потоком Ф, то потокосцепление ш будет определятся формулой:

Потокосцепление пропорционально току I; протекающему по катушке

Определяем индуктивность обмотки из приведенных выражений:

Необходимо отметить, что магнитный поток Ф изменяется при изменении зазора. Поэтому реле будет иметь различные индуктивности при отпущенном и притянутом якоре.

При отпущенном якоре магнитный поток был рассчитан ранее:

32 мкВб

Из формулы для определения намагничивающей силы можно определить Ф при притянутом якоре. С учетом длины штифта, равной 0.2*l₆ мм, формула примет вид:

Откуда:

Индуктивность при отпущенном якоре:

Индуктивность при притянутом якоре:

6. Расчет переходного процесса

С точки зрения теории цепей, обмотка электромагнитного реле представляет собой активно-индуктивную нагрузку(Рисунок 4).

Рисунок 4.

Схема замещения реле (а) и переходные характеристики при включении(б). Подключение обмотки возбуждения реле к источнику постоянного напряжения не сопровождается скачкообразным изменением тока. Закон изменения тока обмотки может быть получен применением теории переходных процессов в электрических цепях. Данный закон и определяет в основном время срабатывания на реле. Подобный процесс наблюдается и при отпускании якоря реле.

Задача рассмотрения переходного процесса в электромагнитных реле осложняется тем, что при индуктивности обмотки в процессе перемещения якоря изменяется.

Графически зависимость i(t) при включении реле представляет собой экспоненту (пунктирная кривая на рисунке 4(б)), построенную в предположении, что индуктивность цепи неизменна

Где - установившееся (принужденное) значение тока в обмотке ф 1 - постоянная времени

ф1 =

Где L1 - индуктивность обмотки при отпущенном якоре

Rоб - активное сопротивление обмотки

Как было отмечено ранее, при достижении током i(t) некоторого значения Iтр(этому моменту соответствует tтр) начинается движение якоря. В течении времени tдв ток изменяется под влиянием приложенного напряжения и меняющейся в процессе движения якоря индуктивности. Как только якорь притянется к сердечнику, индуктивность обмотки перестанет изменятся и ток снова возрастет по экспоненте(кривая 2 на рисунке 4(б)), но с большей постоянной времени (где L2 - индуктивность при притянутом якоре).

Следует отметить, что время движения tдв, как правило, значительно меньше времени трогания, а ток срабатывания можно считать приблизительно равным Iтр. Тогда, учитываю, что при t=tтр, ток i=iтр из ранее приведенных формул можно определить время и ток срабатывания

Рассмотрим теперь переходный процесс, возникающий при прекращении подачи рабочего напряжения на обмотке реле. Энергия, запасенная в магнитном поле обмотки, создает переходный процесс(рисунок 5), поддерживая некоторое время ток за счет дугового или искрового разряда между контактами в управляющей цепи. Из-за наличия искрового промежутка между контактами при отключении реле, анализ кривой изменения в обмотке реле при отсутвствии элементов искрогашения не поддается теоретическому описанию. Поэтому в качаетсве исхождной величины для определения времени отпускания реле используется постоянная времени. Исходя из этого, теоретическое время срабатываения реле на отпускание tотп, считается так:

Рисунок 5.

Процесс искрения, возникающий при отключении реле, является нежелательным, так как приводит к преждевременному износу контактов и выходу их из строя. На практике для искрогашения обычно используют метод, основанный но включении параллельно обмотке каких-либо элементов(Рисунок 6). Принцип действия таких схем основан на том, что при размыкании контактов ток переходного процесса iпер проходит по замкнутому контуру, минуя сами контакты.

Рисунок 6.

По заданию данной курсовой работы необходимо уменьшить время отпускания реле(коэффициент ускорения ky = 0,55), значит, время отпускания будет равно:

Выражаем Rдоб:



Из ряда Е24 выбираем Rдоб = 430 Ом.

Мощность срабатывания рассчитывается по формуле:

Вывод

В данной курсовой работе было рассчитано электромагнитное реле постоянного тока, относящееся к быстродействующим, обеспечивающее переключение пяти контактов. Выбранная схема включения реле с учетом искрогашения не является энергосберегающей, но помогает предотвратить подгорание контактов реле. Чертеж конструкции реле представлен в приложении 1, а его геометрические размеры на стр.6. преходные процессы, протекающие в обмотке, представлены в приложении2(при притягивании якоря) и в приложении 3(при отпускании якоря).

R_об = 534.481 Ом.

I_уст = 0.044 А.

I_сраб = 0.022 А.

t_ср = 6.797*10^-3 с.

I_от = 0.013 А.

t_от = 0.031 с.

L₁ = 5.241 Гн

L₂ = 25.280 Гн.

ф₁ = 9.806*10^-3 с.

ф₂ = 0.026 с.

R_доб = 437.303 Ом.

P_ср = 1.608 Вт.



Список литературы

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и дополненное -М., Энергоатомиздат, 1988г. -720с.

2. Расчет магнитной системы нейтрального реле и его основных характеристик. Методическое указание к выполнению курсовой работы.-Пенза, ППИ, 1993г. -30с.

3. Бесонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М., Высш.шк., 1978г. -97с.

Размещено на Allbest.ru

...