CC BY
21
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1966
Том 160
ВЫБОР СООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ РАЗМЕРАМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПОСТОЯННОГО ТОКА МИНИМАЛЬНОГО ВЕСА
Л
В
А. В. КУРНОСОВ
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
Для электромагнитов, работающих на воздушном и наземном транспорте, в различных передвижных устройствах, весьма актуальными •являются требования уменьшения их габаритов и весов. Подход к удовлетворению этих требований может быть различным в зависимости от условий, предъявляемых к электромагнитному механизму. Однако в большинстве случаев основные размеры целесообразно выбирать таким образом, чтобы отношение механической работы, совершаемой электромагнитом, к весу его активных материалов было максимальным.
Разнообразие существующих конструкций, электромагнитов не позволяет учесть все особенности каждого типа. Рассмотрим соотношения между основными геометрическими размерами применительно к электромагниту клапанного типа (рис. 1). Примем следующие допущения:
сечение стали вдоль длины магн.итопровода постоянно; в непритянутом положении якоря электромагнита сталь ненасыщена; когда якорь электромагнита притянут, вся н. с. обмотки расходуется на проведение магнитного потока через магнитопровод; по,сле срабатывания электромагнита его обмотка длительно находится под током и достигает ■установившейся температуры нагрева; ток в обмотке во время движения якоря остается неизменным. Работа, совершаемая якорем электромагнита, пропорциональна площади, ограниченной кривой потокосцеплг-н;ий, построенными для двух крайних положений якоря (притянутое и непритянутое) и прямой установившегося значения тока (рис. 2) [1].
Сделав преобразование общих выражений, описывающих работу электромагнитов постоянного тока, применительно к электромагниту клапанного типа таким же образом, как это было сделано для цилиндрического электромагнита [1], найдем выражение механической работы рассматриваемого электромагнита:
КУс/Э^Го
Рис. 1. Эскиз электромагнита.
(1)
С1М
где
К„(*+Вн) — Кв а0 Ват г
к = л-—|/Ко,
1 +2а -
ар= -----приведенный коэффициент рассеяния для электромагнитного клал энного типа;
о* — коэффициент рассеяния электромагнита клапанного типа [2];
Кн, В, В„, В(хт. Ко [1]; УС=0С1С— объем стали магнитопровода; фс = X2 — сечение магнитопровода; X =
ч
3«
- X2 + 2У + 1
)
средняя длина магнитапрошда;
1к
У = -р-; У0 = 1М — объем обмотки;
1-Х
сечение обмотки;
и
0(1 +Х) — средняя длина витка;
80 = Э3
(V + X2) + (1 + ^ X2 (1 + тгХ2 + X +¥)
— теплоотдающая поверхность электромагнита, которая складывается из внешней поверхности магнитопровода и внешней боковой поверхности .катушки. Поверхностями фланцев катушки пренебрегаем.
О
Кв = — коэффициент, учитывающий выпучивание магнитных
силовых линий. На рис. 2. представлены экспериментальные кривые зависимости Кв от угла поворота якоря <р. Как видно из кривых, величина Кв весьма незначительно изменяется в пределах оптимальных значений
1.6 О
/.5
13
12 И
к6
Гг
г |
В
72 76 20 ¿4 23
'Рис. 2. Зависимость коэффициента выпучивания от утла поворота якоря <р. 1 — для X = 0,7; 2 — для X = 0,6.
X. Кроме того, эксперимент показал, что Кв не зависит от величины У.
С^ — проводимость магнитному потоку в рабочем воздушном зазоре,
й^т — проводимость магнитному потоку выходящему из торца сердечника в рабочем воздушном зазоре.
Для нахождения соотношений X и У, соответствующих электромагниту минимального веса при совершении им определенной механической работы, поделим [1] на суммарный вес активных материалов:
КУс / УоЭ
0^0
1М 1с О
(2)
Вес активных материалов, приведенный к весу электропровода, можно выразить, как *
0 = Уэ(КвУ0 + гУс), (3)
где
1с Тэ
ус —удельный вес единицы объема стали; Уэ —удельный вес единицы объема электропровода; К3 — коэффициент заполнения обмотки проводом. Выразив в правой части выражения (2) все геометрические параметры через соотношения X и У и перенеся в левую часть все абсолютные параметры, получим
К
х:
/
(К8у0+вус)
:(У + X
2) +(1 + у х*)(1+*хчх + У)
У(1 - X)
1+Х
К3У (1 — X2) + еХ2 (2,36Х2 + 24 + 1)
(4)
Правая часть выражения (4) представляет собой геометрический фактор Гв (X, У), характеризующий собой геометрию электромагнита относительно механической работы, приходящейся на единицу веса активных материалов. На рис. 3 представлены кривые Гв (X, У) для медного провода и Кз = 0,6 в функции X и У, Оптимальные значения X находятся в пределах (0,54-0,6), за оптимальное значение У рекомендуется принимать (1,54-3). Анализ Гв (X, У) в функции Кз показывает, что при уменьшении Кз оптимум значения X смещается влево; так при Кз~0,3— X = (0,44-0,5) при неизмененном оптимальном значении У; при Кз = 0,7 —X = (0,554-0.7). Исследование Гв (X, У) относительно уъ показывает, что, чем легче материал электропровода по сравнению с медным, тем больше оптимальное значение X смещается влево, и, наоборот. при неизмененном оптимальном значении У.
Исходя из выражения (4) базовый размер может быть найден. как
О - |/....... 77УV (5)
К:
(X.
здесь
в=т
К3 (1 — х-) У + гХ- (2,36Х- -!- 2У т 1
Остальные значения геометрических величин электромагнита определяются по базовому размеру О и основным соотношениям X и У.
Рис. 3. Зависимость геометрического фак-т!0|ра от соотношений между основными размерами.
Выводы
1. Соотношения основных геометрических размеров, соответствующие электромагниту минимального веса, находятся в непосредственной зависимости от Кз и 7э и должны выбираться на основании опыта изготовления катушек при известных Кз и уэ.
2. Оптимальные значения X, соответствующие максимуму Гв (X, У) для медного электропровода, находятся в пределах (0,5-г65), оптимальные значения У в этом случае рекомендуется принимать в пределах (1,5-гЗ).
3. Габариты и вес электромагнита будут меньше у той электромагнитной системы, у которой X и У будут оптимальными.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. В. К урн ос о-в. Наивыгоднейшие соотношения между основными оазмерами электромагнитов постоянного тока цилиндрического типа, Известия ТПИ, т. 160, 1966.
2. Ф. А. Стул ель. Расчет и конструкция электромагнитных реле, Гое-энергоиздат, 1950.
