Электрические аппараты (стр. 8 из 57)
(3.40)
где
длина катушки; 
внешний диаметр.Если после расчета окажется, что
то это значит, что температура обмотки будет выше допустимой.Можно получить:
(3.41)
Если при требуемой н. с. мощность Р получается больше, чем
то либо необходимо уменьшить н. с. обмотки, либо увеличить площадь обмоточного окна QK.После приближенной оценки теплового режима катушки необходимо определить максимальную температуру внутри ее.
Для последовательной обмотки исходными величинами для расчета являются н. с. {Iw) и ток цепи /„. Число витков обмотки находится из выражения
(3.42)
Сечение провода можно выбрать исходя из рекомендуемой плотности тока, равной 2—4 а/мм2— для продолжительного режима работы, 5—12 а/мм2— для повторно-кратковременного режима работы, 13—30 а/мм2— для кратковременного режима работы. Эти величины можно увеличить примерно в 2 раза при сроке службы до 500 ч.
Окно, занимаемое рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода по изоляции.
б) Расчет обмотки электромагнитов переменного тока. Исходными данными для расчета параллельной катушки являются амплитуда н. с, амплитуда потока и напряжение. Напряжение сети уравновешивается активным и реактивным падением напряжения
(3.43)
Поскольку величины тока и сопротивления могут быть рассчитаны только после определения числа витков, то представленное выражение не позволяет сразу найти все параметры катушки. Задача решается методом последовательных приближений.
Так как активное падение напряжения значительно меньше неактивного, то в начале расчета можно положить
Тогда число витков обмотки равно: 
Так как при расчете wмы пренебрегаем активным падением напряжения, действительное число витков должно быть несколько меньше. Обычно берут
(3.44)
Сечение провода обмотки определяют, задавшись плотностью тока. Выбрав стандартный диаметр и способ укладки, находим коэффициент заполнения /м и площадь окна катушки и: 
(3.45)
После этого определяем среднюю длину витка
и активное сопротивление обмотки 
(3.46)
Теперь производим проверку выбранных параметров: если напряжение сети в квадрате U2отличается от суммы (IR)2и (4,44шфт)2 более чем на 10%, то необходимо варьировать число витков до тех пор, пока не получим удовлетворительного совпадения.
После расчета активного сопротивления производится проверка катушки на нагрев. Расчет ведется так же, как и для катушек постоянного тока. Характерной особенностью здесь является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод тепла, выделяемого в самой катушке через сердечник, затруднен. Поэтому точка с максимальной температурой лежит на внутреннем радиусе катушки. Из-за плохого охлаждения катушки через сердечник в катушке стремятся развивать поверхность торцов, через которые может отдаваться значительная часть тепла.
Если полное сопротивление обмотки электромагнита при любом рабочем зазоре значительно меньше полного сопротивления цепи (последовательная обмотка), то величина тока в обмотке электромагнита не зависит от положения якоря. Расчет таких обмоток ведется так же, как и для последовательных обмоток постоянного тока. Закон изменения потока в рабочем зазоре такого электромагнита аналогичен закону в электромагните постоянного тока, поскольку электромагнит работает при постоянной н. с. катушки.
Полное падение напряжения на обмотке электромагнита равно:
(3.47)
Если электромагнит с параллельной катушкой питается от источника с другим напряжением и сила тяги должна остаться той же, то обмоточные данные должны быть соответственно изменены. Величина н. с. и угол сдвига между током и напряжением при этом также считаются неизменными. Должны быть соблюдены следующие соотношения:
(3.48)Полная мощность обмоток при переходе с одного напряжения на другое при соблюдении указанных условий не изменяется, так как
(3.49)Магнитные материалы для электромагнитов постоянного и переменного тока
При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материала, при данном потоке магнитная проницаемость должна быть возможно выше. Это позволяет уменьшить н. с. катушки и мощность, необходимую для срабатывания электромагнита; уменьшаются размеры катушки, обмоточного окна и всего электромагнита. Уменьшение н. с. катушки при прочих неизменных параметрах уменьшает температуру обмотки.
Вторым важным параметром материала является индукция насыщения. Сила, развиваемая электромагнитом, пропорциональна квадрату индукции. Поэтому чем больше величина допустимой индукции, тем больше величина развиваемой силы при тех же размерах.
После того как катушка электромагнита обесточивается, в системе существует остаточный поток, который определяется коэрцитивной силой материала и проводимостью рабочего зазора. Остаточный поток может привести к залипанию якоря. Во избежание этого явления требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой (малой шириной петли гистерезиса).
Существенными требованиями являются низкая стоимость материала и его технологичность.
В электромагнитах переменного тока для компенсации активных потерь в стали приходится затрачивать дополнительную энергию. Это приводит к увеличению намагничивающего тока в катушке аппарата. В связи с этим материалы, используемые для электромагнитов переменного тока, должны иметь малые потери на вихревые токи и гистерезис. Сердечники для таких электромагнитов делаются шихтованными, причем чем выше частота тока, тем меньше должна быть толщина листа. Пластины магнитопровода изготавливаются из листовой стали штамповкой. Для быстродействующих электромагнитов постоянного тока также применяются шихтованные сердечники, так как при этом уменьшаются вихревые токи, дающие замедление нарастания потока.
Наряду с указанными свойствами магнитные характеристики материалов должны быть стабильны (не меняться от температуры, времени, механических ударов).
Лекция №4
Тема лекции:
Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Расчет силы тяги, формула Максвелла. Сила тяги электромагнитов переменного тока. Магнитный демпфер
СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1,а). После включения цепи напряжение источника уравновешивается активным падением напряжения и э. д. с. самоиндукции:
(4.1)
Умножив обе части уравнения на idt, получим:
(4.2)Произведя интегрирование, получим:
(4.3)
где
потокосцепление к моменту времени 
Левая часть равенства представляет энергию, которая затрачена источником тока. Первый член правой части есть потери энергии в активном сопротивлении цепи, второй—энергия, затраченная на создание магнитного поля. До тех пор, пока сила, развиваемая электромагнитом, меньше силы пружины, якорь электромагнита неподвижен, и потокосцепление нарастало при неизменном значении рабочего зазора
А- Зависимость 
при этом зазоре представлена кривой 1 рис.. 
Допустим, что при достижении значения потокосцепления Wtсила электромагнита стала больше силы пружины и якорь переместился в положение, при котором рабочий зазор стал равен 
Так как при меньшем зазоре проводимость рабочего зазора возрастает, потокосцепление увеличится до значения 
_ Величина тока при этом увеличится до значения 
' Если изобразить зависимость при зазоре 
то получим кривую 2 рис.4.1б. До начала трогания якоря энергия магнитного поля, запасенная в цепи, равна: