НОВОСТИ    КНИГИ    КАРТА САЙТОВ    ССЫЛКИ    О САЙТЕ   






предыдущая главасодержаниеследующая глава

Расчет обмотки электромагнита и общих размеров прибора

Выбор провода. В первую очередь следует ориентировочно выбрать диаметр провода марки ПЭЛ или какой-либо другой марки. Так как расчет несложный, его можно выполнить для проводов различного сечения и выбрать тот, который дает наилучшие результаты по напряженности магнитного поля при минимальной мощности потребляемой электромагнитом.

Выбрав диаметр провода, необходимо вычислить для него площадь поперечного сечения 5пр и допустимую для него силу тока/, исходя из минимального ее значения плотности, равной 2 а/мм2,

I = 2Sпр. (16)

Для проводов марки ПЭЛ эти данные приведены в справочнике [21].

Определение длины провода в обмотке электромагнита. Общая длина провода lпр будет равна

(17)

где U - напряжение источника питания, в;

R - сопротивление обмотки, ом;

Snp - площадь поперечного сечения провода, м2;

ρ - удельное сопротивление меди, равное 1,7*10-8ом*м2/м;

I - допустимая сила тока, а.

Вычисление глубины выемки в сердечнике и расчет количества слоев (рядов) провода, умещающегося в ней. Зная глубину а [уравнение (15)] выемки в сердечнике электромагнита и отняв от нее толщину изоляции δи, находят активную глубину выемки

аак = а - δи. (18)

Эта величина позволяет вычислить количество слоев провода, умещающегося в этом пространстве. Так как каждый слой провода должен быть покрыт трансформаторной или конденсаторной бумагой слоем δми = 0,02 мм, то толщина каждого слоя обмотки будет составлять

dпр + δби = dпр + 0,02 мм.

Количество слоев nсл провода можно получить, разделив активную глубину аак выемки сердечника на толщину слоя, т. е.

(19)

Определение длины среднего витка обмотки. Для нахождение общего числа витков обмотки электромагнита требуется знать длину среднего витка. Для этого необходимо предварительно вычислить радиусы наименьшего и наибольшего витков обмотки. Радиус наименьшего витка rним, очевидно, будет равен сумме

rмин = rс + δи + rпр, (20)

где rс - радиус сердечника электромагнита, равный половине диаметра dп, мм;

δи - толщина слоя изоляции между сердечником и обмоткой, мм;

rпр - радиус провода с изоляцией, равный половине диаметра dпр, мм.

Радиус наибольшего витка rмакс будет равен

(21)

Зная радиусы наименьшего и наибольшего витков, не трудно вычислить радиус среднего витка как среднее арифметическое

(22)

Длина среднего витка lср будет равна

l = 2πr. (23)

Определение общего числа витков провода и количества их в одном слое. Разделив длину провода lпр, найденную ранее, на длину Среднего витка l, получают общее количество витков w в обмотке

(24)

Число витков wсл провода в одном слое можно найти, разделив общее число витков w на количество слоев nсл

(25)

Определение высоты выемки в сердечнике электромагнита. Эту величину hп вычисляют по уравнению

(26)

где wсл - число витков провода в одном слое;

dпp - диаметр провода с изоляцией, мм;

δи - толщина изоляции между полюсным наконечником и обмоткой, мм;

α - коэффициент неплотности намотки, который практически можно принять равным 0,98-0,99*.

* (При малых размерах катушки коэффициент α можно принять равным 1.)

Определение напряженности магнитного поля в зазоре электромагнита. Выше были определены размеры сердечника электромагнита, количество витков провода в нем и величина зазора между полюсными наконечниками и корпусом прибора. Теперь следует проверить соответствие габаритов и обмотки электромагнита с магнитными свойствами его. Для этого необходимо вычислить напряженность магнитного поля в зазоре, пользуясь уравнением закона полного тока

Iw = H0l0 + Нclc + Hтlт,

где I - сила тока в обмотке, а;

w - количество витков провода в обмотке;

Н0 - напряженность магнитного поля в зазоре, а/м;

l0 - величина зазора, м;

Нс - напряженность магнитного поля в сердечнике, а/м;

lс - величина средней линии сердечника, равная длине магнитного потока в нем, м;

Нт - напряженность магнитного поля в корпусе электромагнита, а/м;

lт - длина магнитного потока в корпусе прибора, м.

Величинами Нclc и Hтlт можно пренебречь, так как они малы по сравнению с величиной H0l0. Тогда уравнение закона полного тока в упрощенном виде будет иметь вид

Iw = H0l0,

отсюда

H0 = Iw/l0(27)

Такие магнитные системы обычно имеют коэффициент полезного действия Эф в пределах 0,8-0,9, поэтому расчет электромагнитной системы можно считать выполненным, если напряженность магнитного поля с учетом Эф, равного 0,8, будет не менее 130000-150 000 а/м, т. е.

H0Эф = 150 000.

Определение количества провода, необходимо для изготовления обмотки. В справочной литературе [18] приведен вес, m 100 м провода с изоляцией, выраженный в граммах. Общий вес тпр провода, необходимого для изготовления обмотки электромагнита, равен величине

mпр = lпрm/100 г (28)

Определение общей длины прибора. Ранее из уравнений (13) и (26) были найдены высота полюсных наконечников lп и высота выемки hп под обмотку электромагнита. По этим величинам можно определить длину сердечника Lс в миллиметрах

Lс = 2lп+hп (29)

К этой величине следует добавить Lк на крышку и днище с патрубками прибора и LB для свободного пропуска потока воды и размещения кожуха электромагнита в корпусе. Таким образом, общая длина прибора L выразится суммой L = LC + Lк + LB мм.

Пример. Расчет прибора для магнитной обработки воды на двигателе ЗИЛ-130. Расстояние между патрубками, находящимися на радиаторе, до патрубка на водяном насосе составляет 0,24 м (240 мм). Ориентировочно размер всего прибора можно принять равным 0,2 м (200 мм).

Площадь поперечного сечения Sз кольцевого зазора следует взять равной площади поперечного сечения шланга с внутренним ∅ 0,045 м (45 мм) и с площадью поперечного сечения 0,0016 м2 (1600 мм2).

Исходя из свободного пространства, имеющегося на двигателе, ?Дружный диаметр корпуса Dк прибора можно взять равным 120 мм.

При толщине стенок корпуса 4 мм внутренний диаметр корпуса прибора должен быть

dк = 120 - 8 = 112 мм.

Диаметр кожуха электромагнита Dк0 будет равен согласно уравнению (11)


Диаметр Dп полюсного наконечника равен [по уравнению (12)]

Dп = Dк0 - 2 (δк + δи) = 104 - 4 = 100 мм.

Высота полюсного наконечника lп составит [см. уравнение (13)]

lп = Dп/4 = 100/4 = 25 мм

Диаметр сердечника электромагнита dп согласно уравнению (14)


Конструктивно можно эту величину сократить до 40 мм, т. е. dп = 40 мм. Глубина а выемки под обмотку электромагнита согласно уравнению (15)

d = Dп - dп/2 = 100 - 40/2 = 30 мм.

Величина зазора l0 между корпусом электромагнита и полюсным наконечником равна

l0 = dK - Dп = 112 - 100 = 12 мм (0,012 м).

Пример. Расчет обмотки электромагнита. Пусть для изготовления обмотки выбран провод ПЭЛ с диаметром 0,9 мм и с площадью поперечного сечения 0,6362*10-6 мг (0,6362 мм2). Допустимая сила тока для данного сечения провода [18] равна 1,27 а.

Сопротивление всей обмотки электромагнита составляет

R = U/I*12*/1,27 = 9,45 ом.

* (Напряжение источника питания - аккумуляторной батареи.)

Длина провода lпр для намотки электромагнита

lпр = RSпр/ρ = 9,45*0,6362*10-6/1,7*10-3 = 353 м.

Активная глубина выемки по уравнению (18) равна

аак = а - δи = 30 - 1 = 29 мм.

Количество слоев провода псл, умещающегося в этом пространстве, согласно уравнению (19) равно

псл = а - δи/dпр + 0,02 = 29/0,96 + 0,02 = 29,6 или 29 слоев.

Радиус rмин наименьшего витка [по уравнению (20)] равен

rмин = rс + δИ + rпр = 20 + 1 + 0,48 = 21,48 мм.

Радиус максимального витка [по уравнению (21)] равен

rмакс = rмин + (dпр + 0,02) (псл - 1) = 21,48 + 0,98*29 = 49,9 мм.

Радиус среднего витка rср [см. уравнение (22)]

rср = rмин + rмакс/2 = 21,48 + 49,9/2 = 35,69 мм.

Длина среднего витка составит по уравнению ,(23)

lср = 2πrср = 3,14*71,38 = 224 мм (0,224 м).

Общее количество витков провода в обмотке электромагнита со гласно уравнению (24) равно

ω = lпр/lср = 353/0,224 = 1576 витков.

Количество витков провода в одном слое [ом. уравнение (26)]

ωсл = ω/nсл = 1576/29 = 54,35 витков.

Для данного количества витков провода необходимо пространство, равное величине hп [по уравнению (26)] при а = 1

hп = 54,85*0,96 + 2 = 54 мм.

Общая высота сердечника Lc электромагнита по уравнению (29)

Lc = 2lп + hп = 2*25 + 54 = 101 мм.

Напряженность магнитного поля в зазоре магнитной системы, вычисленная по упрощенному уравнению закона полного тока, будет равна [см. уравнение (27)]

H0 = /l0 = 1,27*1576/0,012 = 166,8 тыс. а/м (2085 э).

При коэффициенте полезного действия магнитной системы, равном Эф = 0,8, напряженность магнитного поля будет равна 133 440 а/м (1668 э) и близка к рекомендуемой 120 тыс. а/м (1500 э).

Для изготовления обмотки электромагнита потребуются провода [21] см. уравнение (28)

mпр = lпрm/100 = 353*574/100 = 2100 г.

Мощность Р, потребляемая электромагнитом,

P = UImк = 12*1,27*1 = 15,24 вт,

где mк - число катушек электромагнита.

Если высота сердечника Lc по расчету равна 104 мм, то к этой величине следует прибавить LK = 90 мм и LB = 25 мм. Тогда общая длина прибора L составит

L = Lc + LK + LB = 104 + 90 + 25 = 219 мм.

Для более свободного размещения прибора необходимо укоротить нижний патрубок, идущий от радиатора, на 30-35 мм. Это увеличит расстояние между патрубками до 275 мм. Если прибор прикрепить на резьбе к нижнему патрубку, то расстояние между прибором и патрубком на водяном насосе будет равно 70-75 мм, что будет вполне достаточным для размещения резинового шланга. Для того чтобы прибор не висел на отрезке шланга на двигателе, на блоке цилиндров следует установить кронштейн и к нему прикрепить прибор при помощи хомута.

предыдущая главасодержаниеследующая глава










© MOTORZLIB.RU, 2001-2020
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна:
http://motorzlib.ru/ 'Автомобилестроение, наземный транспорт и организация движения'
Рейтинг@Mail.ru