Порядок расчета электромагнитного устройства

В качестве примера рассмотрим расчет нейтрального электромагнита (ЭМ) постоянного тока. Исходными данными для расчета являются: закон изменения усилий на якоре; входное напряжение или ток; режим работы; временные характеристики. При расчете необходимо учитывать условия эксплуатации, предусмотреть меры защиты от вибрации, от износа. По результатам расчета выбирается тип ЭУ, материал для магнитопровода, поперечное сечение и длина провода для обмоток статора, характеристики катушки. Спроектированное ЭУ должно иметь минимальные: габаритные размеры, вес и стоимость.

На начальном этапе расчета выбирается тип электромагнита и кинематическая схема соединения ЭУ с исполнительным устройством. Для выбора типа электромагнита удобно воспользоваться конструктивным показателем К, который определяется следующим образом:

, (12.1)

где F_min – минимальное усилие на якоре, работающего ЭМ при максимально допустимом значении воздушного зазора d_max .

По значениям К из справочной литературы выбирается тип ЭМ. Например, для клапанного ЭМ, используемых в качестве реле, К= 2900 Н^1/2/м.

Далее выбирается значение магнитной индукции В_d в рабочем зазоре в начальном значении. Обычно В_d выбирается по номограммам В_d =f(K) . Значение В_d находится в пределах 0.06…1 Тл. Причем на выбора В_d существенное влияние оказывает зависимость между заданным значением электромагнитного усилия F, т. е силой притяжения якоря к катушке и ходом, при котором изменяется зазорd между сердечником и якорем. На рис. 8.6 показан график изменения электромагнитного усилия в зависимости от зазора d между якорем и сердечником Этот график называется тяговой характеристикой. Чем больше F, тем большее значение выбирается для В_d.

Рис. 12.6. Тяговая характеристика ЭМ

Сечение рабочего зазора определяется по зависимости

. (12.2)

Здесь коэффициент m₀ = .

Сечение сердечника можно принять равным сечению рабочего зазора.

Прежде чем назначить длину l и сечение S обмотки катушки выбирается отношение l/S . От этого отношения зависит расход материала. Из практики установлено, что при малых усилиях и небольшом ходе якоря следует выбирать большее значение этого отношения. Обычно для реле рекомендуется принимать l/S=5 8.

Характеристики ЭУ

Процесс работы ЭУ можно разделить на 4 этапа, показанных на диаграмме (рис. 12.7). это:

этап 1– срабатывания реле; этап 2 – работы реле; этап 3 – отпускания реле; этап 4 – покоя реле.

На диаграмме показано изменение силы тока в различные моменты времени.

На этапе 1 показана точка а кривой, соответствующая промежутку времени t_тр и току I_тр, после которого якорь начнет двигаться. До достижения характеристик, соответствующих точке А, якорь движется в течение времени t_дв, и в точке А (t_ср, I _ср) реле срабатывает. Таким образом, время полного срабатывания t_ср= t_тр+ t_дв.

На этапе 2 продолжительностью t_раб (на участке АВС) реле работает. При этом участок АВ характеризует состояние реле, когда после срабатывания ток продолжает протекать по обмотке катушки, пока не достигнет установившегося значения I _уст.

Следует отметить, что коэффициент запаса реле, являющийся одним из характеристик реле, определяется в виде следующего отношения К_зап= I _уст / I _ср =1,5 2. Допускаемое значение I _уст. определяется по условиям нагрева обмотки.

Рис. 12.7. Диаграмма состояний реле

Этап 3 начинается с момента, когда подается сигнал о прекращении работы реле или входной сигнал отключается. Однако при этом в обмотке продолжает протекать ток. При этом t_т, называется временем отпускания якоря. Затем якорь начинает двигаться некоторое время t_дв пока ток уменьшится до значения тока отпускания I _от и при достижении точки D реле прекращает воздействие.

Характеристикой реле также является время отпускания t_от= t_т+ t_д , а также отношение тока отпускания к току срабатывания, называемое коэффициентом возврата: К_воз= I _от / I _ср =0,4 0,5.

Этап 4 характеризуется временем от момента прекращения воздействия реле до полного обесточивания обмоток и наступления состояния покоя реле.

Время срабатывания и время отпускания изменяются конструктивным и схемным способом. Например, включение реле по схеме (рис. 8.8, а) приводит к увеличению времени срабатывания. Включение реле по схеме (рис. 8.8, б) ведет к уменьшению времени срабатывания. В то же время включение реле по схеме (рис. 8.8, б) приводит к увеличению времени отпускания.

Рис. 12.8. Варианты соединения реле