Проектирование бесконтактного магнитного реле

10 0.130
6 0.136
3 0.142
2 0.148
1 0.155
0 0.17
-0.672 0.207
-1 0.24
-1.25 0.278
-1.31 0.29
-1.5 0.337
-1.68 0.4
-2 0.57
-2.2 0.7
-2.5 0.88314
-2.72 1
-3 1.123
-3.1 1.159
-3.23 1.2
-3.5 1.261
-3.75 1.297
-4 1.31
-5 1.316
-6 1.318
-7 1.319
-8 1.3195
-20 1.32
10.0000 0.1300 141.6793 7.2438 0.0000 13.8072 0.0007755
6.0000 0.1360 140.9650 7.2073 0.0000 9.8437 0.0005529
3.0000 0.1420 140.2507 7.1707 0.0000 6.8803 0.0003865
2.0000 0.1480 139.5365 7.1342 0.0000 5.9168 0.0003323
1.0000 0.1550 138.7031 7.0916 0.0000 4.9594 0.0002786
0.0000 0.1700 136.9174 7.0003 0.0000 4.0507 0.0002275
-0.6720 0.2070 132.5127 6.7751 0.0000 3.6039 0.0002024
-1.0000 0.2400 128.5842 6.5742 0.0000 3.4768 0.0001953
-1.2500 0.2780 124.0604 6.3430 0.0000 3.4580 0.0001942
-1.3100 0.2900 122.6319 6.2699 0.0000 3.4711 0.0001950
-1.5000 0.3370 117.0367 5.9838 0.0000 3.5672 0.0002004
-1.6800 0.4000 109.5368 5.6004 0.0000 3.7706 0.0002118
-2.0000 0.5700 89.2989 4.5657 0.0000 4.4853 0.0002519
-2.2000 0.7000 73.8229 3.7744 0.0000 5.0766 0.0002851
-2.5000 0.8831 52.0208 2.6597 0.0000 5.8913 0.0003309
-2.7200 1.0000 38.1091 1.9484 0.0000 6.3826 0.0003585
-3.0000 1.1230 23.4664 1.1998 0.0000 6.8512 0.0003848
-3.1000 1.1590 19.1807 0.9807 0.0000 6.9703 0.0003915
-3.2300 1.2000 14.2998 0.7311 0.0000 7.0899 0.0003982
-3.5000 1.2610 7.0380 0.3598 0.0000 7.1912 0.0004039
-3.7500 1.2970 2.7523 0.1407 0.0000 7.1603 0.0004022
-4.0000 1.3100 1.2047 0.0616 0.0000 6.9894 0.0003926
-5.0000 1.3160 0.4904 0.0251 0.0000 6.0259 0.0003385
-6.0000 1.3180 0.2524 0.0129 0.0000 5.0381 0.0002830
-7.0000 1.3190 0.1333 0.0068 0.0000 4.0442 0.0002272
-8.0000 1.3195 0.0738 0.0038 0.0000 3.0472 0.0001712
-20.0000 1.3200 0.0143 0.0007 0.0000 -8.9497 -0.0005027

10 0.130
6 0.136
3 0.142
2 0.148
1 0.155
0 0.17
-0.672 0.207
-1 0.24
-1.25 0.278
-1.31 0.29
-1.5 0.337
-1.68 0.4
-2 0.57
-2.2 0.7
-2.5 0.88314
-2.72 1
-3 1.123
-3.1 1.159
-3.23 1.2
-3.5 1.261
-3.75 1.297
-4 1.32
-5 1.37
-6 1.39
-7 1.40
-8 1.4001
-20 1.4002

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ3

КРАТКОЕОПИСАНИЕ ПРИНЦИПАДЕЙСТВИЯПРОЕКТИРУЕМОГОБМР4

2. РАСЧЕТБЕСКОНТАКТНОГОМАГНИТНОГОРЕЛЕ6

2.1.Расчет удельногосопротивленияматериалапровода прирабочей температуреБМР.6

2.2.Выбор материаламагнитопровода6

2.3.Определениеразмеров сердечникаи предварительныйрасчет обмоток7

Определениенеизвестных из ряда электрическихпараметровнагрузки:8

(12)8

2.5. Расчет параметроврабочей цепиБМР8

2.6.Расчет коэффициентавнешней ОС10

2.7. Расчет параметровцепи ОС10

2.9. Расчет обмоткисмещения12

=3.56 А/м12

=7.12А/м12

(28)12

(29)12

(30)12

2.9.4. Определяемнапряженностьсмещения. 13

2.10. Расчет диаметровпроводов обмоток13

Обмотка14

14

I,A14

14

14

14

14

рабочая14

14

0.20314

0.0397314

0.0562714

0.2714

0.3214

входная14

14

14

14

0.0019614

0.0514

0.0714

обратнойсвязи14

14

14

14

0.0019614

0.0514

0.0714

смещения14

14

0.00414

14

0.0019614

0.0514

0.0714

2.11. Конструктивныйрасчет БМР 14

=0.12392 м18

=0.12519 м18

=0.126091 м18

2.12. Температурныйрасчет БМР18

зап = 60 – 20.8 = 39.182 19

2.13. УточнениепараметровБМР19

(62)20

А20

2.14. Построение характеристики управления БМР21

2.15. Определение параметров БМР.22

( 74 )23

23

2.16.5.6. Расчет диаметровпроводов обмоток25

3. ОПИСАНИЕКОНСТРУКЦИИБМР29

БМРимеет этажерочнуюконструкцию.Сердечникис обмоткамиустанавливаютсяна стальноешасси . МеждуБМР и шасси, атакже междуБМР и трансформатором предусмотреныкарболитовые детали и .СердечникиБМР и трансформатора ( и ) помещаютсяв текстолитовыекаркасы и ,поверх которыхнаматываютсяобмотки, соответственнорабочие и сетевая.В БМР поверхрабочих обмотокна оба сердечниканаматываютсяобмотки постоянноготока . Поверхсетевой обмоткитрансформатора наматываютсярабочая и обмоткасмещения .Трансформатори БМР крепятсяна шасси припомощи латунногоболта . Такжена шасси устанавливаетсяразъем . К внутреннейстороне стальнойлицевой панели( ) крепитсяпечатная плата( ) с элементами:подстроечнымирезисторами и соответственноцепей обратнойсвязи и смещения,а также постояннымиограничительнымирезисторами и соответственноцепей обратнойсвязи и смещения. также на платеприпаиваетсяконденсатор– фильтр цеписмещения ,диодная сборка , и диоды рабочейцепи – и . Навнешней сторонелицевой панелирасположенаручка . На лицевойпанели предусмотреныотверстия дляотвертки,необходимыедля настройкиБМР.29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ30

Врезультатевыполнениякурсовогопроекта былоспроектировано бесконтактное магнитноереле с выходомна постоянномтоке. 30

СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ31

ВВЕДЕНИЕ

Бесконтактное магнитное реле (БМР) -электромагнитноеустройство,использующеезависимостьвозвратноймагнитнойпроницаемостиот постоянногоподмагничивающегополя, для усилениявходного сигнала,который создаетили изменяетэто постоянноеполе.

КлассификацияБМР происходитследующимобразом:

1. по видустатическойхарактеристики:нереверсивныйи реверсивный;

2. по типу обратнойсвязи (ОС): БМРбез ОС; БМР свнутреннейОС; БМР с внешнейОС; БМР со смешаннойОС.

БМР отличаютсявысокой надежностью;способностьюсуммироватьвходные сигналы;немедленнойготовностьюк работе; удобносогласуютсяс источникомвходного сигналаи нагрузкой;имеют низкийпорог чувствительности(до 10^-19Вт); большуювыходную мощность(10⁵ Вт);высокий КПД(0,7 - 0,95); высокийкоэффициентусиления помощности.

Данная курсоваяработа посвященапроектированиюодного из БМР.ВнутренняяПОС достигаетсятем, что постояннаясоставляющаяимеет величину,которая зависитот величинывходного сигналаи создает поле,которое илискладывается,или вычитаетсяиз поля входногосигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯПРОЕКТИРУЕМОГОБМР

Рассмотримработу элементарнойсхемы (рис. 1, а),которая являетсяосновой всехсхем усилителейс самонасыщением.Пусть напряжение,питающее рабочуюцепь схемы u_c,синусоидально(рис. 1, г), а вентильД - близок кидеальному.остановимсяна режимевынужденногонамагничиванияпри I_y =const, создающемнапряженностьH_y.

Работу схемыудобно разделитьна рабочийполупериод,когда напряжениесхемы u_cстремитсязакрыть вентиль,а индукцияприобретаетзначение,соответствующеенапряженностиуправляющегосигнала H_y.

Примем заисходное положениерабочую точку1 на статистическойпетле гистерезиса(рис. 1, б). Предположимсначала (дляупрощения), чтоточка 1 совпадаетво времени сначалом рабочегополупериода.

Под действиемнапряженияu_c, приложенногок обмотке w_p,через открытыйв рабочий полупериодвентиль проходитток i_p,создающийнапряженностьH_p (рис.1, а и б), направленнуюпротивоположнонапряженностиH_y изаставляющуюрабочую точкуперемещатьсяпо частномуциклу на участке1 - 2. При этом питающеенапряжениепочти полностьюуравновешиваетсяна данном участкеЭДС e (рис. 1, г),наводящейсяв обмотке w_p.Скорость измененияиндукции dB/dt вкаждый моментвремени определяетсямгновеннымзначением этойЭДС, а напряженность- частным цикломдинамическойпетли гистерезиса.Ток i_p,пропорциональныйнапряженностиH_p, создаетнебольшоепадение напряжения(заштрихованона рис. 1, г) насуммарномактивномсопротивлениирабочей цепи,состоящем изсопротивлениянагрузки R_н,активногосопротивлениярабочей обмоткиR_р иактивногосопротивлениявентиля в открытомсостоянии R_д:

R_= R_н+ R_p+ R_д(1)

В моментвремени, обозначенный_sна рис.1, индукциядостигаетнасыщения(точка 2 на рис.1,д) и, следовательно,престает изменяться.ЭДС е падаетдо нуля, переставаяуравновешиватьнапряжениеu_с . Токi_p скачкомвозрастает(участок 2 - 3 нарис.1, е) и напряжениеu_с воставшуюсячасть рабочегополупериодаполностьюуравновешиваетсяпадением напряженияна суммарномактивномсопротивлениирабочей цепи.При этом рабочаяточка перемещаетсяпо насыщенномуучастку петлигистерезиса(принятомугоризонтальным)сначала научастке 2 - 3 (рис.1, б), а затем помере уменьшениянапряжения u_с ипропорциональногоему тока i_pна участке 3 -4, достигая вточке 4 началанисходящего(вертикального)участка статическойпетли.

Казалосьбы, что ток i_pв рабочей цепидолжен прекратитьсяи вентиль заперетьсяв момент перехода питающегонапряжениячерез нуль.Однако, начинаяс момента 4, поддействиемразностинапряженностейH_y - Н_p(имеютсяв виду их абсолютныезначения) сердечникначинаетразмагничиваться,т.е. рабочаяточка опускаетсяпо нисходящемуучастку петлигистерезиса(участок 4 - 5 нарис. 1, б). Индукцияна этом участкеизменяетсяи в обмотке w_p наводитсяЭДС, поддерживающаяток i_рв рабочей цепи(рис. 1, г, д и е).

Когда напряжениеu_с (оноотрицательнов управляющийполупериоди стремитсязапереть вентиль)будет по абсолютнойвеличине большеЭДС е, вентильзапрется и токi_рпрекратится(точка 5). На участке5 - 6 сердечникнаходится поддействиемтолько H_y,которая и определяетскорость измененияиндукции наэтом участке.При принятойпрямоугольнойаппроксимациипетли гистерезисаэта скоростьB/t(а значит, и ЭДСе) будет постояннойи ее величинабудет определятьсяшириной динамическойпетли в точкеH_y = Н_с.дин.

К Концу управляющегополупериода,когда напряжениеu_c становитсяменьше ЭДС е(рис. 1, г), вентильснова можетоткрыться(точка 6) и появитсяток i_р. РазностьнапряженийН_y - H_pбудетуменьшаться,а скоростьизмененияиндукции и ЭДС- снижаться(участок 6 - 1), покав точке 1 индукцияне достигнетстатическойпетли гистерезисаи ЭДС в обмоткеw_p необратится внуль. Такимобразом, процессразмагничиванияможет закончиться(точка 1) лишьв начале следующего,рабочего полупериода.

Назовемвыходным напряжениемпадение напряжения,создаваемоетоком i_pна суммарномактивномсопротивлениирабочей цепи(1). Управлениеэтим напряжениемпроисходитследующимобразом. Прибольшем (поабсолютномузначению) токе,а значит, инапряженностиуправленияразмагничиваниебудет происходитьпо более широкойпетле гистерезисаи с большейскоростьюизмененияиндукции, тока1 в управляющийполупериодопустится нижеи в рабочийполупериодиндукция дольшебудет находитсяна участке 1-2. Рабочая точкапозднее достигнетточки насыщения2, угол _s увеличитсяи выходноенапряжение(заштрихованнаяплощадь) станетменьше.

На рис. 1, бпунктиромпоказано перемещениерабочей точкипо предельномудля даннойчастоты питающегонапряженияциклу, при которомв точке 1’ индукциядостигаетнасыщения B_s. Ширина предельногоцикла характеризуетсянапряженностьюH_{c дин.пред.}. В этомслучае, очевидно,ЭДС рабочейобмотки уравновеситнаибольшуювозможную частьнапряженияU_c ивыходное напряжениестанет минимальным(режим холостогохода).

При уменьшениипо абсолютномузначению токауправлениянапряжениена выходе возрастает,достигая наибольшегозначения принапряженностиH_y,соответствующейточке 4, когдарабочая точкабудет перемещатьсятолько по насыщенномугоризонтальномуучастку петли4 - 3 - 4, не достигаянисходящейее части.

Выходноенапряжениебудет оставатьсянаибольшими при H_y0, потому чторазмагничиванияв управляющийполупериодпроисходитьне будет.

В рассмотреннойэлементарнойсхеме в обмоткеw_y наводитсяпеременнаяЭДС. Для ееуменьшениямагнитныеусилители ссамонасыщениемвыполняют издвух элементарныхсхем (рис. 2). Обмоткиw_р идиоды соединяттак, чтобы водно и то жевремя один изсердечниковнаходился всостоянииуправляющегополупериода,а другой - рабочего.Так как кривыеизмененияиндукции врабочий и управляющийполупериодыблизки по своемухарактеру (рис.1, д) и направленыв противоположныестороны, то ихдействие наобмотку управлениячастичнокомпенсируетсяи в ней наводятсятолько четныегармоники ЭДС,а основная инечетная гармоникиподавляются,как в дроссельномусилителе.

Если усилительработает врежиме вынужденногонамагничивания,то можно считать,что процессыв каждом сердечникеаналогичнырассмотреннымна рис. 1, но сдвинутына полпериода.

2. РАСЧЕТБЕСКОНТАКТНОГОМАГНИТНОГОРЕЛЕ

2.1. Расчетудельногосопротивленияматериалапровода прирабочей температуреБМР.

 = ₀(1 + )(1)

₀ -удельноесопротивлениепровода притемпературеt⁰C;

 - температурныйкоэффициентматериалапровода;

 - превышениетемпературынад t⁰C.

для медногопровода приt₀⁰= 20⁰С:

 = 0.004град^-1;

 = 1.7510^-8 Омм;

 =_доп+ t_окр⁰-t₀⁰

 =60 + 35-20 = 75⁰

 = 1.7510^-8 (1 + 0.00465) = 2.2 10^-8 (Омм)

2.2. Выборматериаламагнитопровода

Материалмагнитопровода:79HM

2.2.1. Толщиналенты магнитопровода:

(2)

0.096

2.2.2. Из промышленногоряда толщинвыбираем = 0.05 мм.

По табл. 7.1 [2]задаемсяспособом изготовлениясердечника:ленточныйторроидальный из железоникелевыхсплавов; видизоляции –накатывание.

Коэффициентзаполнениястали: kc=0.85

2.2.3. По динамическойкривой размагничивания(приложение1)определяемкоординатыточек Mи N.

2.2.4. Амплитудноезначение магнитнойиндукции:

0.66(3)

2.2.5 Коэффициент,учитывающийнеполное насыщениесердечниковв номинальномрежиме:

(4)

0.871

2.3.Определениеразмеров сердечникаи предварительныйрасчет обмоток

2.3.1 Задаемся необходимымипараметрамии определяемГ1.

 = 60

_р = 0.850.9 — относительнаяплощадь рабочейобмотки

_р = 1 —относительнаядлина витковрабочей обмотки.

к_mp= 0.30.4— коэффициентзаполненияпо меди рабочейобмотки.

к_т= 10 Вт/(м* ⁰С)- коэффициенттеплоотдачикатушки;

к_с= 0.85- коэффициентзаполненияпо стали;

 =1 - коэффициентполезногодействия рабочейцепи.

Кфр=1.11 – коэффициент формы рабочеготока

(5)

Т. к. для даннойчастоты (400 Гц)Г1>0.4 торасчет ведемследующимобразом:

2.3.2. Уточняемпараметры kт и .

(6)

Вт/(м* ⁰С)

(7)

2.3.3. Рассчитываемвторое приближениефактора Г1.

(8)

2.3.4.Предварительныйрасчет показал,что для размещенияобмоток требуетсясердечник сГ1 = 4.51.

d = 28 mm - внутреннийдиаметр тора;

D = 40 mm - внешнийдиаметр тора;

b = 10 mm - высотатора;

s = 0.6 cm² -поперечноесечение магнитопровода;

l_c =10.7 cm - средняя длинамагнитнойлинии;

l_М =5.28 cm - средняя длинавсей обмотки.

2.3.5. Пересчитываеми kт.

Вт/(м* ⁰С)

Определениенеизвестных из ряда электрическихпараметровнагрузки:

(9)

В

(10)

В

(11)

В

(12)

А

2.5. Расчетпараметроврабочей цепиБМР

2.5.1. Число витковрабочей обмотки:

(13)

(витков)

Выбираемвентиль рабочейцепи по среднемузначению токавентилей:

I_вср= I_HN/2 = 0.183/2 =0.091 A(14)

U_вобр= E_m= E/2 = 174.617/2 = 274 B(15)

Диод 2Д254Г.Параметры:

I_пр.max= 0.1 А; I_обр.max=0.5 мкА;

U_пр= 1 В; U_обр=300 B.

R_во= U_во/I_во= 300/(0.510^-6)= 610⁸ (Ом)(16)

R_впр= U_впр/I_впр= 1/0.1 = 10(Ом)(17)

H_во= I_воW_p/l_c= 0.510^-63000/(10.710^-2)= 0.015(A/м)(18)

Проверяемвыполнениеусловия:

(H_N- H_M)>> H_во(19)

(3.2-1.42)>> 0.015; 1.78>>0.015

2.6. Расчеткоэффициентавнешней ОС

2.6.1. Определяемкритическийкоэффициентобратной связи,при которомработа усилителяпереходит врелейный режим:

(20)

Ом

Наибольшийнаклон ДКР налинейном участке:

=0.494

(21)

где Sc= kc*S=

2477Гн

(22)

2.6.2. Задаемсяпревышением

над : n = 3

2.6.3. Определяем коэффициент внешней ОС:

2.7. Расчетпараметровцепи ОС

Способ осуществленияОС – по напряжению.Исходя из этого,коэффициент,учитывающийвлияние цепочкииз ограничивающегои подстроечногорезисторовна ток обратнойсвязи,

=0.01 0.001. Зададимся = 0.001.

(23)

410(витков)

Для обеспечениярегулированияглубины ОСвитки берутсяс запасом = 1.5 (2476 витков).

Выполняютсяотпайки отвитков, которымсоответствуют= 1, = 1/1.5,т.е.от 2476-го и 1465-го витковсоответственно.

2.8. Расчетпараметровцепи входногосигнала

2.8.1. Определяемчисло витковвходной обмотки.

(24)

A

(25)