Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагнитными называются устройства, предназначенные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.

В электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока.

Действие таких электромагнитов не зависит от направления тока в обмотке, они наиболее экономичны и благодаря разнообразию конструктивных исполнений их легко приспосабливать в различных конструкциях к различным условиям работы. Поэтому они получили наибольшее распространение.Физические процессы происxодящие в электромагнитаx, очень сложны.Они описываются сложными линейными уравнениями. Поэтому до последного времени инженерные расчеты электромагнитов производилось по упрощенным приближенным формулам. Требования, предъявляемые к электромагнитам в различныx областяx теxники, привели к большому разнообразию конструктивныx форм и исполнений электромагнитов. В настоящее время изготовляются от миниатюрныxс размерами миллиметров, до большиx с размерами, измеряемыми метрами ; масса иxот несколькиxграммов (у реле, датчиков) до несколькиxтысяч килограммов (подъемные, cеператорные) , они развивают тяговыx усилия от долей грамма до десятков тонн, могут перемещать якорем нагрузку на расстояние от единиц микроп до 1-2 м и потребляют мощность от милливатта до десятков киловатт. Данная статья представляет собой определение размеров и создание конструкции электромагнита по заданным параметром.

1. Исходные данные.

1. Тяговая электромагнитная сила P_ЭМ =15 Н;

2. Номинальное напряжение U_Н=220 В;

3. Конструкция электромагнита клапанная;

4. Ход якоря δ=2.5*10^-3 м;

5. Температура окружающего воздуха 20 ⁰C

6. Охлаждение естественное;

7. Исполнение открытое;

8. Режим работы длительный;

Тяговая сила P_ЭМ, развиваемая электромагнитом, вычисляется по формуле полученной на основе баланса энергии (энергетическая формула). В условиях равномерного распределения индукции в рабочем воздушном зазоре эта формула преобразуется в формулу Максвелла:

В_б- это индукция в воздушном зазоре, Тл.

S — площадь полюса,

- магнитная проницаемость воздуха.

Задав В_б=1.1 Тл, можно определить:

Для электромагнита клапанного типа (ЭМК) площадь полюса:

а диаметр стержня:

Магнитодвижущая сила обмотки (МДС):

F=2kH_δδ, А.

где k — коэффициент падения МДС в стали.

δ=0.0025 м — ход якоря.

— напряженность магнитного поля в воздушном зазоре.

Отсюда следует что:

F=2kH_δδ=4510.3503 А.

Среднее значение магнитной индукции в стали магнитопровода:

Bc=B,*σ= 1,1 Тл.

где σ=1 — коэффициент рассеивания магнитного потока.

По основной кривой намагничивания для низкоуглеродистой стали, находим среднее значение магнитной напряженности H_c в стали магнитопровода.

H_c =600.

Сторона квадрата окна под обмотку возбуждения ЭМК:

где

падение МДС (магнитного напряжения) в стали.Средняя длина витков обмотки ЭМК:

Сечение провода (по меди):

где удельное электрическое сопротивление меди при температуре нагрева 75°С.

Диаметр провода (по меди):

Округляем до стандартного значения из таблицы № 2.

По таблице № 2 также находиться толщина изоляции на одну сторону:

Коэффициент заполнения по меди:

где Ky=0,82 коэффициент укладки.

Число витков W находится по следующей формуле:

Сопротивление обмотки:

Потребляемый ток:

Мощность потерь:

Плотность тока в проводе:

если неравенство не выполняется, следует увеличить k (или уменьшить Вб ).

Это значение удовлетворяет неравенству.

Температура нагрева обмотки:

Поверхность охлаждения ЭМК:

Коэффициент теплопередачи с поверхности обмотки зависит от превышения температуры τ . Выберем τ=90, тогда получаем:

Средняя температура нагрева обмотки: