Общие методические указания

Методические указания разработаны на базе программы курса «Электрические и электронные аппараты» для высших учебных заве­дений по специальности 140.601 «Электромеханика» и 140.604, ут­вержденной 27.03.2000г. в соответствии с ГОС. ОПД.Ф.08.

Студент должен прослушать обзорные лекции в объеме 8 ч, выполнить две контрольные работы, лабораторные ра­боты, получить по ним зачет и сдать экзамен по курсу.

Зачет по лабораторным работам студенты получают при защите оформленных отчетов о выполненных лабораторных работах; при этом студент должен ответить на все вопросы теории, связанные с лабораторным практикумом, даже если они не изложены в методических указаниях.

Основным учебным пособием, представляющим главные вопросы программы, является работа [I].

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ТЕМАМ КУРСА

Введение [I, с. 5-11]

Определение и назначение электрических аппаратов. Клас­сификация ЭА и требования, предъявляемые к ним.

Часть 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППА­РАТОВ

1. Электродинамические силы [1, с. 31 – 46, 48 – 57]

Методы расчета электродинамических усилий. Силы меж­ду параллельными проводниками; силы в витке, катушке и между катушками. Электродинамические усилия при перемен­ном токе. Механический резонанс. Электродинамическая стой­кость.

Методические указания

Необходимо знать два метода расчета электродинамиче­ских усилий:

1) сила определяется как результат взаимодействия проводника с током имагнитным полем;

2) метод основан на использовании энергетического ба­ланса системы проводников с током, где сила определяется как изменение энергии системы при возможном перемещении.

2. Нагрев электрических аппаратов [I, с. 58-86]

Источники теплоты в электрических аппаратах. Способы передачи теплоты. Нагрев аппаратов в переходных режимах. Нагрев аппарата при коротком замыкании. Допустимые тем­пературы для различных частей аппаратов. Термическая стой­кость.

Методические указания

Нагревостойкость электроизоляционных материалов [I, с. 626] и влияние температуры нагрева на срок службы изо­ляции [I, с. 34].

Разобрать виды потерь в электрических аппаратах – в токоведущих и ферромагнитных частях.

Изучить передачу теплоты теплопроводностью, разобрать­ся с выражением для определения теплового сопротивления при передаче тепла сквозь толщу стенки.

Отдача теплоты конвекцией, расчетное выражение фор­мула Ньютона, понятие коэффициента теплоотдачи

Установившийся процесс нагрева – общие понятия, оп­ределение (расчет) сечения проводника, расчет катушек. Нагрев аппаратов в переходных режимах:

- переходный процесс нагрева иохлаждения (математи­ческое описание, постоянная времени);

- кратковременный режим (понятие и описание, коэффи­циент перегрузки по току);

- повторно-кратковременный режим (понятие и описание, коэффициент перегрузки по току).

Нагрев при коротком замыкании, способы определения температуры в конце короткого замыкания. Допустимые тем­пературы при длительной работе и коротком замыкании. Понятия термической стойкости испособы ее расчета.

3. Электрические контакты [I, с. 88 -121]

Понятие оконтакте. Переходное сопротивление контакта и зависимость его от силы сжатия контактов и других факторов. Зависимость от температуры.

Режимы работы контактов: включение, проведение тока во включенном состоянии, отключение.

Материалы контактов. Конструкция контактов. Гермети­зированные контакты.

Методические указания

Необходимо разобраться в физике протекания тока из од­ного контакта в другой, вывести зависимость переходного со­противления от силы сжатия контактов, их материала иоб­работки поверхности.

Расчет температуры площадки касания изависимость сопротивления стягивания от температуры (3 – 6, 3 – 7) [I, с. 73].

Рассмотреть физические особенности работы контактов на включение и отключение. Вибрации контактов и снижение вибраций.

Условия размягчения, сваривания и плавления контактов.

Материалы контактов, требования к ним и их характери­стики.

Конструкция контактов – жестких, неразмыкающихся и разрывных.

Герметизированные контакты (устройство, достоинства и недостатки).

4. Электрическая дуга [I, с. 123-151]

Общиесведения об электрическом разряде, электрической дуге. Распределение напряжения вдоль дуги, градиент на­пряжениядуги. Дуга постоянного тока, статические и дина­мические вольт-амперные характеристики дуги. Горение и га­шение дуги. Перенапряженияпри отключении дуг постоянно­го тока. Процессы горения и гашения дуги переменного тока. Облегчение отключения с помощью шунтов.

Методические указания

Необходимо изучить физические свойства электрического разряда, процессы ионизации и деионизации.

Подразделение дугового разряда на три характерные об­ласти – околокатодную, область столба дуги, околоанодную область. Особые свойства их. Энергетический баланс дуги. Распределение напряжения вдоль дуги, градиент напряже­ния.

Короткие и длинные дуги, условия существования и гаше­ния этих дуг.

Дуга постоянного тока. Статическая вольт-амперная характеристика дуги, ее зависимость от условий горения ду­ги. Условия стабильного горения и гашения дуги. На основе уравнения напряжений цепи с дугой провести анализ и вы­явить условия стабильного горения и гашения дуги. Время горения дуги, зависимость его от параметров цепи. Перенап­ряжения в цепи при отключении дуги постоянного тока. На­пряжение в нуль тока есть напряжение гашения дуги, его за­висимость от параметров цепи. Перенапряжение и коэффи­циент перенапряжений. Рекомендации для снижения перена­пряжений.

Динамическая вольт-амперная характеристика дуги. Га­шение дуги в реальном аппарате. Критический ток и крити­ческая длина дуги. Электрическая дуга в магнитном поле.

Процессы горения и гашения дуги переменного тока [I, с.112-114]. Необходимо представлять физическую сущность процесса гашения дуги переменного тока.

5. Электромагниты [I, с. 183-245]

Основные законы магнитной цепи, кривая намагничива­ния ферромагнитных материалов. Магнитная проводимость воздушных промежутков.

Магнитная цепь электромагнитов постоянного тока.

Расчет индуктивности обмотки. Расчет магнитной цепи с учетом магнитного сопротивления стали.

Магнитная цепь электромагнитов переменного тока; цепь без активных потерь в стали и насыщения, с потерями в стали.

Обмотки электромагнитов постоянного и переменного то­ка, расчет и рекомендации.

Сила тяги электромагнитов.

Динамика электромагнитов. Ускорение и замедление сра­батывания.

Магнитные цепи с постоянными магнитами.

Методические указания

Необходимо знать и уметь применять законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи [I, с 183-186]. Представлять и уметь объяснить кривую намагничивания ферромагнитных материалов.

Магнитная проводимость воздушных промежутков. Про­водимость при равномерном поле. Потоки выпучивания. Спо­собы расчета проводимостей воздушных промежутков с уче­том выпучивания – необходимо представлять суть методов без запоминания формул [I, с. 186-189].

Магнитная цепь электромагнитов постоянного тока. Рас­чет потоков рассеивания и индуктивности обмоток без учета сопротивления стали – необходимо разобраться с методом расчета [I, с. 189-193], запомнить вывод и выражение для индуктивности (5.18).

Расчет магнитной цепи с учетом магнитного сопротивле­ния стали – разобраться в сущности метода [1, с. 193-197].

Магнитная цепь электромагнитов переменного тока, осо­бенности. Магнитная цепь без активных потерь в стали и на­сыщения – основные соотношения. Влияние короткозамкнутых витков и обмоток на параметры магнитной цепи [1, с. 199-202]. Магнитная цепь с потерями в стали – разоб­раться с влиянием потерь в стали на параметры магнитной цепи.

Обмотки электромагнитов, способы включения; требуе­мые параметры. Расчет обмотки электромагнитов постоянно­го тока. Расчет обмотки электромагнита переменного тока.

Сила тяги электромагнитов. Энергетический баланс электромагнита. Аналитический расчет силы тяги для ненасы­щенных электромагнитов – необходимо вывести расчетное выражение для силы тяги (5.53)-(5.57), [1, с. 213-217] и получить из него самостоятельно формулу Максвелла (5.52).

Разобраться с тяговой характеристикой [1, с. 217-219]. Сила тяги электромагнита переменного тока. Рассмотреть из­менение силы тяги во времени. Вибрации якоря электромаг­нита и их устранение за счет применения короткозамкнутого витка [1, с.219-224].

Сравнение статических тяговых характеристик электро­магнитов. Вре­мя срабатывания. Ускорение и замедление срабатывания и отпускания электромагнита постоянного тока – для ускорения используется увеличение напряжения, применение форсировки электромагнита [1, с. 225-229].

Время отпускания электромагнита. Применение короткозамкнутой обмотки для создания электромагнитов замедлен­ного действия. Необходимо уметь объяснить, почему сущест­венное замедление имеет место только при отпускании [1, с. 232-233].

Динамика электромагнитов переменного тока. Здесь не­обходимо доказать, почему время трогания меньше длитель­ности полупериода частоты питания.

Магнитные цепи с постоянными магнитами. Общие сведе­ния, кривая размагничивания, основные соотношения цепи с постоянными магнитами. Необходимо знать, как найти по­ложение рабочей точки по кривой размагничивания в зави­симости от параметров магнитной цепи. Определение поло­жения рабочей точки, соответствующей максимальной энер­гии в воздушном зазоре [3, с. 240-245]. Стабилизация ха­рактеристик.

6. Магнитные усилители (1, с. 245-282)

Принцип действия простейшего дроссельного магнитного усилителя (ДМУ).

Магнитный усилитель с самонасыщением (МУС) – прин­цип действия. Двухполупериодные схемы МУС,их парамет­ры. Влияние различных факторов па работу МУС. Быстро­действующие МУС. Реверсивные усилители. Материалы имагнитопроводы, применяемые для усилителей.

Расположе­ние обмоток.

Методические указания

Принципдействия простейшего ДМУ основан па измене­нии индуктивного сопротивления рабочей обмотки при подмагничивании сердечника дросселя током обмотки управле­ния. Необходимо разобраться с этим процессом, уяснить со­отношение между средними значениями магнитодвижущих сил (МДС) рабочих обмоток* и обмоток управления [1, с. 245-249]. Также необходимо представить характеристику управления ДМУ.

Усилитель с самонасыщением (МУС). Разобраться с принципом действия и отличием от ДМУ. Основные соотно­шения в МУС – необходимо представлять, от каких пара­метров зависят ток инапряжение нагрузки, знать вид харак­теристики управления [1,с.249-257].

Двухполупериодные схемы МУС. На основании анали­за недостатков однополупериодных схем обосновать необходимость двухполупериодных, разобрать их принцип действия.

Статические и динамические параметры МУС. Необхо­димо представлять, от чего зависят крутизна характеристики управления икоэффициенты усиления МУС

Динамические параметры МУС. Необходимо представ­ление о запаздывании и оценке быстродействия [1, с. 257– 267]. Быстродействующие МУС – принцип построения. Ре­версивные усилители – назначение ипринцип построения (11, с. 269-272).

7. Контроллеры, командоаппараты_, реостаты [1, с. 282-308]

Определение контроллеров, командоаппаратов, реостатов. Основные типы и устройство.

Методические указания

Необходимо уметь схематично нарисовать устройство контроллеров, командоаппаратов. Назначение и область при­менения.

8. Контакторы [1, с. 308-337]

Назначение, общие требования и области применения. Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока, гашение дуги.

Контакторы переменного тока, гашение дуги. Магнитные пускатели.

Методические указания

Общие сведения, назначение и классификация. Необходи­мо представлять отличие контакторов постоянного тока от контакторов переменного тока, виды износостойкости. Контакторы постоянного тока – конструкция, узлы, схема включения. Особенности гашения дуги [1, с. 308-318].

Контакторы переменного тока – конструкция, узлы, га­шение дуги (1, с. 318-326).

Магнитные пускатели – назначение, конструкция, схема включения [1, с.326-331].

9. Реле [1, с. 337-403]

Определение и классификация реле. Основные характеристики и параметры. Электромагнитные реле, коэффициент возврата, тяговые и противодействующие характеристики. Термореле, времятоковые характеристики реле и защищаемого объекта. Прыгающие контакты термореле. Поляризованные реле. Реле времени.

Методические указания

Общие сведения и классификация. Основные характеристики – вход-выход и параметры реле. Электромагнитные реле, тяговые и противодействующие характеристики, коэффициент возврата, способы увеличения его. Защита двигателей электромагнитными реле, уметь пояснить работу схемы рис. 11-7 [1, с. 349].

Тепловые реле – принцип действия. Времятоковые характеристики реле и защищаемого объекта, согласование их. Выбор реле для защиты двигателя [1, с. 357]. Конструкция прыгающих контактов [1, с. 359-360].

Поляризованные реле – принцип действия, особенности конструкции и параметры [1, с. 351-355].

Реле времени. Определение, назначение и классификация. Реле с электромагнитным замедлением – принцип действия, конструкция, параметры, схемы включения и регулирование времени работы реле [1, с. 370-375].

Реле с механическим замедлением, с пневматическим замедлением, с анкерным механизмом, моторные реле – принцип действия и параметры [1, с. 375-377].

10. Бесконтактные аппараты управления и автоматики
[1, с. 403-466]

Промышленные серии магнитных усилителей с самонасыщением (МУС). Бесконтактные магнитные реле. Полупроводниковые реле. Логические и логические элементы. Тиристоры в аппаратах управления.

Методические указания

Принцип действия МУС в релейном режиме. Промышленные серии МУС – основные параметры, характеристики [1, с. 279 – 281]. Бесконтактные магнитные реле (БМР) на базе МУС, их характеристики [1, с. 275 – 279].

Принцип действия полупроводниковых реле, общие сведения [1, с. 403 – 412, 420 – 435].

Логические элементы – назначение, общие сведения, принцип построения [1, с. 436 – 442].

Тиристоры в аппаратах управления – общие сведения, использование в качестве релейного и регулирующего элемента [1, с. 455 – 466].

11. Датчики неэлектрических величин [ 1, с. 401-406]

Общие сведения. Резестивные и контактные датчики. Индуктивные и индукционные датчики.

Методические указания

Необходимо знать принцип действия указанных типов датчиков.

12. Электромагнитные муфты [1, с.484-500]

Назначение и общие сведения. Фрикционные, ферропорошковые, гистерезисные муфты.

Методические указания

Необходимо знать назначение и принцип действия электромагнитных муфт, их основные параметры.

13. Рубильники, переключатели, предохранители [1, с. 500-531]

Назначение и принцип действия рубильников. Пакетные выключатели и переключатели. Предохранители – назначение, принцип действия, конструкции.

Методические указания

Необходимо знать назначение и принцип действия рубильников, выключателей, переключателей и предохранителей, их конструкции. Представлять, каким образом осуществляется выбор предохранителей.

14. Автоматические воздушные выключатели (автоматы)
[1, с. 531-552]

Общие сведения и принцип действия. Приводы, механиз­мы и расцепители. Основные серии универсальных иустано­вочных автоматов. Быстродействующие автоматы.

Методические указания

Необходимо уметь пояснить принцип действия автомата по его принципиальной схеме.

Знать основные серии автоматов, их основные параметры.

15. Выключатели переменного тока высокого напряжения
[1, с. 552-607]

Назначение, общие сведения. Баковые, масляные и мало­масляные выключатели. Воздушные и элегазовые выключа­тели. Электромагнитные ивакуумные выключатели. Синхро­низированные выключатели. Выбор выключателей.

Методические указания

Необходимо знать назначение, принцип действия и при­мерно конструкции выключателей, их отличительные особен­ности. Обратить внимание на выбор выключателей.

16. Разъединители, отделители и короткозамыкатели
[1, с. 607-619]

Назначение и общие сведения. Конструкция.

Методические указания

Обратить внимание на связь разъединителей, отделителей и короткозамыкателей поназначению, их основные пара­метры.

17. Реакторы [с. 619-629]

Назначение и общие сведения. Бетонные и сдвоенные ре­акторы.

Методические указания

Необходимо представлять назначение и принцип действия реакторов; знать, какими условиями определяются парамет­ры реакторов.

18. Разрядники [1, с. 629-640]

Назначение и требования. Трубчатые и вилитовые разрядники.

Методические указания

Нужно знать назначение и принцип действия разрядников.

19. Трансформаторы тока и напряжения [1, с. 640-680]

Назначение и общие сведения. Выбор трансформаторов.

Методические указания

Следует знать назначение и принцип действия, схемы включения, основные параметры.

20. Комплектные распределительные устройства (КРУ)
и комплектные станции управления (КСУ) [1, с. 681-692]

Общие сведения. КРУ и герметизированные элегазовые распределительные устройства (ГРУ), КСУ.

Методические указания

Необходимо знать назначение и принцип построения КРУ, ГРУ и КСУ.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Испытание контактора постоянного тока.

2. Испытание контактора переменного тока.

3. Испытание реле напряжения РН-50.

4. Испытание реле максимального тока серии РТ-40.

5. Испытание индукционного реле максимального тока РТ-80.

6. Испытание электромагнитного реле времени постоянного тока.

7. Исследование теплового реле.

8. Испытание моторного реле времени переменного тока РВТ-1200.

9. Испытание автоматических воздушных выключателей.

Контрольное задание

В контрольное задание входит расчет электромагнита постоянного тока. Основные параметры задания выбирают по сумме двух последних цифр шифра студента по табл. 1, дополнительные – по последней цифре шифра по табл. 2.

На рис. 1 изображен электромагнит клапанного типа с двумя рабочими зазорами, размеры которого приведены в табл. 1.

Таблица 1

 

Размеры электромагнита, мм	Номер варианта (сумма двух последних цифр шифра)
а
b
c
l

Окончание табл. 1

Размеры электромагнита	Номер варианта (сумма двух последних цифр шифра)
a
b
c
l

 

Таблица 2

Параметры задания	Последняя цифра шифра
Сила тяги электромагнита F, Н					7,5					7,5
Материал магнитопровода	Сталь марки 10895 по ГОСТ 11036-75	Качественная конструкционная сталь марки 10, отожженная
Марка провода	ПЭЛ	ПЭВ-1
Длина зазора ,мм

Рис.1. Электромагнит клапанного типа с двумя рабочими зазорами

 

Сила тяги, величина зазора, материал магнитопровода и марка про­вода даны в табл. 2. Требуется нарисовать схему потокораспределения, нарисовать в масштабе систему с фигурами проводимостей, определить намагничивающую силу (н.с.) и обмоточные параметры двух одинаковых катушек электромагнита. Напряжение питания выбирается студентом. Катушки соединены последовательно. Следует учитывать выпучивание, рассеяние и магнитное сопротивление стали магнитопровода.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ

1. Нарисовать схему распределения потоков ([1, с. 184, рис. 5-1].
Каждый студент по схеме должен ответить на вопрос, в каких сечениях магнитопровода поток наибольший, в каких – наименьший.

2. Рассчитать магнитные проводимости рабочих воздушных зазоров (с учетом выпучивания потока).

Так как система симметрична относительно вертикальной оси, то расчет магнитных проводимостей и магнитной цепи можно вести для одной ее половины.

Магнитные проводимости воздушного зазора проще всего определять методом разбивки поля на простые фигуры.

Левый зазор рассматриваемого электромагнита с фигура­ми проводимостей в трех проекциях показан на рис. 2.

Каждый студент должен сделать такой рисунок в масш­табе по размерам электромагнита своего варианта. Фигуры обозначены цифрами, соответствующими по порядку табл. 11, с. 295 [13]. Полная проводимость рабочего воздушного зазора

G = G₁ + G₇+G₈+ G₉+ G₁₀ + 3(G₁₁ + G₁₃) + C₁₂ + G₁₄.

Причемдля G₈ и G₁₀ l = b, а для G₇ и G₉ l = 2a + b.

Фигуры проводимостей на виде сверху в зоне внутренне­го угла полюса вболее круп­ном масштабе показаны на рис. 3.

Рис.2. Левый зазор электромагнита с фигура­ми проводимостей

в трех проекциях

 

Следует иметь ввиду, что в формуле для половины квад­ранта сферической (фиг.14) в работе [3] допуще­на опечатка. Следует читать

.

3. Рассчитать магнитные проводимости потока рассеяния. Фигуры проводимостей потока рассеяния показаны на рис.4 в сечении А-А.

Полная проводимость поля рассеяния (для одной половины системы)

.

Причем толщина слоя плоскопарал­лельного поля рассеяния для этих фигур берется соответственно

Проводимость рассеяния, приведенная по потоку, .

4. Рассчитать коэффициент рассеяния (по потоку). Коэффициент рассеяния по потоку для рассматриваемой систе­мы

.

5. Определить производную магнитной проводимости ра­бочего воздушного зазора. Для нашего электромагнита при­ближенноможно считать

.

 

Рис. 3. Фигуры проводимостей на виде сверху в зоне внутренне­го угла

 

 

Рис.4. Фигуры проводимостей потока рассеяния в сечении А-А

6. По заданной силе тяги определить магнитное напря­жение, приложенное к рабочему воздушному зазору, потоки в магнитопроводе.

Падение магнитного напря­жения в рабочем воздушном зазоре электромагнита по из­вестной силе тяги можно най­ти по энергетической формуле (5-56) [1, с. 216].

Следует иметь в виду, что в задании дана суммарная сила тяги на два зазора, а расчет магнитной цепи ведется на один зазор. Составляющую си­лы тяги, создаваемую в такой системе потоками рассеяния, можно не учитывать.

По закону Ома для магнит­ной цепи по , и (IW) опре­деляется поток в зазоре Ф , а по рассчитанному в п. 4 ко­эффициенту рассеяния – мак­симальный поток.

7. Разбить магнитную цепь на участки (рис.5) и оп­ределить падение магнитного напряжения на стали (IW) .

 

 

Рис.5. Магнитная цепь, разбитая по участкам

Длины участков равны

.

При расчете предполагаем, что через все сечения якоря (участка длиной l₁) проходит поток воздушного зазора ; через все сечения участка длиной l₃ проходит максимальный поток , и поток на длине участка l ₃ изменяется от до .

Приближенно можно считать, что магнитные свойства ста­ли марки 10895 по ГОСТ 11036-75 соответствуют магнитным свойствам стали марки Э.

Кривые намагничивания сталей марки Э и марки 10 при­ведены в работе [3, с. 259].

Если индукция окажется больше 2,ЗТл, то для стали 10895 и стали 10 напряженность магнитного поля можно прибли­женно определить по формуле

,

где H получается в А/м, если подставитьв формулу В вТл.

Искомая величина падения магнитного напряжения на стали равна

.

Здесь – средняя напряженность магнитного поля на втором уча­стке,

,

где – соответствует индукции в начале участка, создавае­мой потоком ; – соответствует индукции в конце участка, создаваемой потоком Ф_max

8. Искомая н.с. двух катушек определяется по выражению

.

9. Расчет катушки ведется по методике, описанной в [1, с.133-136, 150, 188, 205-270].

Необходимо определить:

а) поперечное сечение; диаметр провода по меди выбрать стандартный, например по табл. 14 -2 [31, с. 362].
Ка­тушка должна обеспечить требуемую н.с. при падении напряжения питания на 15% ниже номинального.

При расчете в формулу для поперечного сечения удельное электрическое сопротивление меди следует подставлять при температуре, допустимой для изоляции заданной марки про­вода. Класс нагревостойкости в зависимости от марки про­вода можно определить по табл. 14-1 [3, с. 361];

б) число витков катушки; коэффициент заполнения можно взять по рис. 14-4 [3, с. 368];

в) сопротивление катушки в нагретом состоянии;

г) ток горячей катушки и ток при напряжении на 15%^;
ниже поминального;

д) создаваемую при этом токе намагничивающую силу;

е) ток при поминальном напряжении питания;

ж) мощность, потребляемую при номинальном напряже­нии;
з) мощность, которую может отвести поверхность тепло­отдачи рассчитанной катушки при длительном режиме ра­боты. Ее можно определить по формуле Ньютона. Коэффи­циент теплоотдачи можно принять равным 10 Вт/м² °С;

и) определить, во сколько раз мощность, требуемая для создания заданной силы тяги, больше (или меньше) мощно­сти, допустимой для длительной работы. Сделать заключение о том, в каком тепловом режиме может работать рассчитанный электромагнит.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чунихин, А.А. Электрические аппараты / А.А. Чунихин. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005.

2. Родштейн, Л.А. Электрические аппараты / Л.А. Родштейн. – М.: Энергоатомиздат, CD-ROM, 2005.

3. Сахаров, П.В. Проектирование электрических аппаратов / П.В. Сахаров. – М.: Энергия, 1971.

4. Алиев, И.И. Электрические аппараты: справочник / И.И. Алиев, М.Б. Абрамов. – М.: Радио-Софт, 2004.

5. Розанов, Ю.К. Электрические и электронные аппараты / Ю.К. Розанов. -М.: Информэлектро, 2001.

ПРИЛОЖЕНИЕ

РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ, НЕОБХОДИМЫЕ
В ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ №1 И №2

1. Падение магнитного напряжения в воздушном зазоре электромагнита (необходимо для выполнения п. 6) рассчитывается по выражению

,

где – сила тяги электромагнита, заданная в исходных данных задания (табл. 2); – производная изменения магнитной проводимости воздушного зазора по изменению зазора, определена в предшествующих расчётах в п. 5.

2. К расчёту обмоточных данных электромагнита. Поперечное сечение провода обмотки определяется для выполнения п. 9(a) по выражению

,

где – удельное сопротивление обмоточной меди, соответственно равное при

;

с увеличением температуры удельное сопротивление возрастает в соответствии с выражением

,

где температурный коэффициент на ; – реальная температура меди, ; – намагничивающая сила обмотки, определённая в предшествующих расчётах в п. 8, выраженная в ; – напряжение питания обмотки, выбирается студентом из следующего стандартного ряда напряжений: 12 В, 24 В, 48 В, 110 В, 220 В; – наружный диаметр катушки обмотки, м; – внутренний диаметр катушки обмотки, м.

Примечание. Если сердечник полюса, на котором расположена катушка, прямоугольный, то поперечное сечение провода обмотки следует определять по выражению

,

где – средняя длина витка обмотки, определяемая по выражению

,

где – внутренний периметр обмотки, определяется как сумма размеров четырех сторон сердечника полюса, на котором расположена катушка обмотки:

,

где и – размеры полюса из задания (табл. 1); – технологический зазор между катушкой и полюсом, выбирается студентом самостоятельно; – наружный периметр катушки обмотки, определяется из условия возможных максимальных размеров обмотки студентом самостоятельно.

По определённому значению поперечного сечения провода выбирается стандартное сечение провода по табл. П1, ближайшее к расчётному.

3. Число витков обмотки. Определяется для выполнения п. 9 (б) по выражению

,

где – поперечное сечение окна, занятого обмоткой; – поперечное сечение изолированного провода, выбранное в предыдущем пункте по табл. П1; – коэффициент заполнения окна проводом, выбирается для провода в зависимости от сечения по табл. П1.

4. Расчёт активного сопротивления обмотки для выполнения п. 9 (в) проводится с использованием следующих выражений:

а) для круглого сердечника полюса

;

б)для прямоугольного полюса расчётное выражение для определения активного сопротивления обмотки имеет вид

,

где – стандартное сечение провода, определённое в предшествующих пунктах расчёта.

Сопротивление обмотки определить для холодного ( С) и горячего ( С) состояний обмотки.

5. Рассчитать ток обмотки для и для выполнения п. 9 (г) по выражению

.

6. Определить намагничивающую силу (н.с.) F_к, для выполнения п. 9 (д), обмотки по рассчитанным значениям числа витков обмотки W и величине тока I:

.

Полученное значение F_к сравнить со значением F_к , рассчитанным в п. 8. Если разница не превышает 10%, то результаты можно считать удовлетворительными, если превышает 10%, то следует изменить сечение провода таким образом, чтобы это условие было выполнено.

7. Рассчитать мощность, потребляемую обмоткой (для выполнения п. 9 (ж)).

Потребляемая мощность равна

,

где ток и сопротивление обмотки, значения которых определены в п. 9 (в и г).

8. Определить температуру наружной поверхности обмотки (по формуле Ньютона) для выполнения п. 9 (з).

Формула Ньютона имеет вид

,

где – поверхность охлаждения обмотки, м³; – температура окружающей среды (принять равной ); – температура наружной поверхности обмотки.

Величину коэффициента теплоотдачи принять равной

.

9. Определить допустимую мощность, которую может отвести в окружающую среду в виде тепла наружная поверхность обмотки, из условия, что допустимая температура нагрева для класса изоляции В составляет .

В формулу Ньютона подставить значения

,

и определить значение допустимой мощности

.

Сравнить это значение мощности с мощностью, выделяемой в обмотке, и сделать вывод о возможности работы электромагнита в длительном режиме.

10. Определить, для какого режима работы целесообразно использовать рассчитанный электромагнит (длительного, повторно-кратковременного или кратковременного).

За определяющий фактор принять величину допустимой плотности тока, которая равна

,

где ток, А;