Xreferat.com » Рефераты по физике » Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Кафедра «Автоматика и управление в технических системах»


Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу:

«Элементы и устройства автоматики и систем управления»

по теме:


«Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52»


Выполнил:

Студент группы xxxxxxxxxxxx

xxxxxxxxxxxx

№ зачетной книжки - 03029

Принял:

xxxxxxxxx

xxxxxxxxxxx


Харьков 2006

Содержание


Введение

1. Техническое задание

2. Технические характеристики устройства

3. Расчет электромагнитного реле

4. Расчет и построение кривых намагничивания магнитной системы

5. Определение минимального числа ампер-витков срабатывания

6. Расчет и построение тяговой характеристики

7. Расчет обмоточных параметров реле

Вывод

Список литературы

Введение


Электромеханические элементы (наряду с электромагнитными) являются наиболее старыми электрическими элементами автоматики. Тем не менее, видоизменяясь и совершенствуясь, они успешно конкурируют с относительно новыми магнитными элементами.

Электромагнит – наиболее простой преобразователь электрического сигнала в механическое усилие и перемещение. Входной электрический сигнал подается на обмотку электромагнита, который притягивает подвижную часть, называемую якорем.

По роду тока в обмотке различают электромагниты постоянного и переменного тока. Электромагниты постоянного тока подразделяют на нейтральные и поляризованные. Нейтральные притягивают якорь при любой полярности тока в обмотке. В поляризованных электромагнитах направление усилия, действующего на якорь, изменяется при изменении полярности тока в обмотке.

Часто электромагниты являются приводными (тяговыми) и служат для перемещения таких исполнительных устройств, как клапаны, заслонки и т.п. Однако наибольшее распространение получили электромагниты, снабженные контактной системой – электромагнитные реле.

Электромагнитные реле являются одним из распространенных элементов многих систем автоматики, и выпускается свыше 200 типов только реле постоянного тока.

Реле предназначено для выполнения логических операций и непосредственного управления силовыми нагрузками небольшой мощности, устанавливаются в низковольтных комплектных устройствах управления промышленными объектами, а также в устройствах торговой, медицинской и подобной техники. По величине потребляемой при срабатывании мощности реле можно подразделить на высокочувствительные (до 10 мВт) и слаботочные нормальной чувствительности (до 1-5 Вт).

Реле можно разделить по временным параметрам на нормальные, быстродействующие и замедленные, так называемые реле времени.

К электромагнитным реле предъявляют разнообразные требования, которые не всегда удается удовлетворить в одной конструкции. Прежде всего задаются требования чувствительности и коммутируемой мощности. Часто реле должны иметь малые габариты, большое число переключаемых цепей (контактов), обладать большим сроком службы и достаточной надежностью работы в условиях вибрации, при резких колебаниях температуры и влажности, малым временем срабатывания и отпускания, а иногда и значительной выдержкой времени при срабатывании или отпускании.

В качестве средств автоматизации во всех отраслях промышленности широкое применение находят электромагнитные элементы автоматики, значительную долю которых составляют различные электромагнитные механизмы. В связи с этим знание теории, практики расчета и основ оптимального проектирования последних является необходимым для инженеров различных специальностей, особенно инженеров-электриков и инженеров-электромехаников.

Применение электромагнитных реле в радиоэлектронной аппаратуре предъявляет ряд существенных требований к технической документации, к литературе и, в конечном счете, к знаниям разработчиков аппаратуры. Оптимальное удовлетворение этих требований позволяет уменьшить массу и габариты, снизить стоимость, повысить стойкость к внешним дестабилизирующим факторам, надежность и долговечность радиоэлектронной аппаратуры.

1. Техническое задание


На курсовое проектирование по курсу:

«Элементы и устройства автоматики и систем управления»

Задание: «Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52»

Исходные данные:

Uпит = 24 В;

Материал: сталь низкоуглеродистая электротехническая марки Э отожженная;

Контакты: 2 разомкнутых, 2 замкнутых.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

введение, технические условия на устройство;

расчет магнитной цепи;

расчет и построение кривых намагничивания магнитной системы;

определение минимального числа ампервитков срабатывания;

расчет и построение тяговой характеристики;

расчет обмотки.


2. Технические характеристики реле РС52


Реле РС52 – открытое, одностабильное, с двумя контактными группами, с сочетанием размыкающих, замыкающих и переключающих контактов, предназначено для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой до 400 Гц.

Реле РС52 соответствует требованиям ГОСТ 16121-86 и техническим условиям КЩО-450-017ТУ.

Условия эксплуатации

Температура окружающей среды от – 60 до + 70 °C.

Циклическое воздействие температур -60 и +70 °C.

Повышенная относительная влажность до 98 % при температуре +20 °C.

Атмосферное давление от 2ґ103 до 106ґ103 Па.

Синусоидальная вибрация (вибропрочность и виброустойчивость) в диапазоне частот от 5 до 80 Гц – с ускорением не более 100 м/с2.

Ударная прочность

При многократных ударах с ускорением не более 1500 м/с2 – 250 ударов, с ускорением не более 750 м/с2 – 4000 ударов.

Постоянно действующие линейные ускорения не более 200 м/с2.

Технические характеристики

Ток питания – постоянный.

Сопротивление изоляции между токоведущими элементами, между токоведущими элементами и корпусом, МОм, не менее:

- в нормальных климатических условиях (обмотки обесточены) 200

- в условиях повышенной влажности 10

- при максимальной температуре (после выдержки обмотки под рабочим напряжением) 200

Испытательное переменное напряжение, В:

между токоведущими элементами, между токоведущими элементами и корпусом:

- в нормальных климатических условиях 900

- в условиях повышенной влажности 500

- при пониженном атмосферном давлении 250

между изолированными обмотками:

- в нормальных климатических условиях 500

- в условиях повышенной влажности 300

- при пониженном атмосферном давлении 250

Сопротивление электрического контакта в стадии поставки 0,5 Ом, в процессе эксплуатации и хранения 2 Ом. Масса реле не более 110 г.


3. Расчет электромагнитного реле


Расчет проводимости рабочего зазора

Расчет магнитной цепи сводится к вычислению магнитной проводимости рабочего и нерабочего воздушных зазоров, проводимости утечки, коэффициента рассеяния потока и производной проводимости рабочего зазора для нескольких положений якоря.


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Рисунок 1 - эскиз воздушных зазоров


Исходные данные:

Ширина полюсного наконечника d=0,017м;

Толщина полюсного наконечника c=0,00005 м.

Расстояние от оси вращения якоря до оси симметрии сердечника магнитной системы R0=0,01425 м.

5.толщина немагнитной прокладки Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52=0.001 м;

6.толщина скобы a=0,003 м;

Расчетная формула для проводимости имеет вид:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,(3.1.1)

где:d - величина рабочего воздушного зазора;

h0 =4pЧ10-7 Гн/м - магнитная постоянная;

К – коэффициент, учитывающий неравномерность магнитного поля

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52, r=2R0/d=1,68

где Rр – магнитное сопротивление рабочего воздушного зазора, Гн-1.

Затем рассчитаем магнитное сопротивление рабочего воздушного зазора Rр по формуле:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52; (3.1.2)

Производная магнитной проводимости имеет вид:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.(3.1.3)

Вычисления магнитной проводимости производятся для трех значений рабочих воздушных зазоров: d1=0,5Ч10-3 м; d2=1Ч10-3 м; d3=1,5Ч10-3 м.

Полученные значения магнитной проводимости и производной магнитной проводимости сводим в табл. 1.

при δр1= 0,5 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

при δр2=1,0 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

при δр3=1,5 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52


Таблица 1 – Значения магнитной проводимости и производной магнитной проводимости.

dpЧ10-3, м 0,5 1,0 1.5
GpЧ10-7, Гн 7,305 3,98 2,82
RpЧ10-7 , Гн-1 0.1369 0.2513 0.355

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Ч10-4, Гн/м

12.98 3.419 1.572

Построим график зависимости Gp=f(dp) Рисунок 2


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52


Расчет магнитной проводимости нерабочего зазора

Рассчитаем магнитную проводимость нерабочего воздушного зазора, который находится между прямоугольным якорем, расположенным под углом, и прямоугольной скобой. При этом принимаем следующие допущения:

зазор образован двумя параллельными плоскостями;

краевые потоки равны нулю и магнитная проводимость определяется по упрощенной формуле:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,(3.2.1)

гдеGн- магнитная проводимость нерабочего зазора, Гн;

Sн- площадь нерабочего зазора, м2;

δн- величина нерабочего зазора, м;

значение нерабочего зазора определяется посередине скобы магнитной системы.

Исходные данные:

толщина скобы a = 0.003 м;

ширина скобы b = 0,0155 м;

постоянная часть нерабочего воздушного зазора Δ = 0,00005 м.

Нерабочий зазор состоит из изменяющейся части, зависящей от величины рабочего зазора и постоянной части, обусловленной немагнитной прокладкой: Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.2.2)

где δн’- изменяющаяся часть нерабочего зазора, м.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.2.3)

В соответствии с принятыми значениями рабочего воздушного зазора рассчитаем значения нерабочего воздушного зазора по (3.2.2), его магнитную проводимость по (3.2.1) и магнитное сопротивление по (3.1.2).

при δр1=0,5 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

при δр2=1,0 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

при δр3=1,5 ·10-3м:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Результаты расчетов приведены в таблице 2:


Таблица 2

dpЧ10-3,м 0.5 1.0 1.5
d’нзЧ10-3,м 0,1026 0,1553 0,2079
GнЧ10-7, Гн 5,69 3,761 2,809
RнЧ107, Гн 0,176 0,2659 0,356

Рассчитаем магнитную проводимость нерабочего воздушного зазора между прямоугольной скобой и основанием цилиндрического сердечника (зазор обусловлен наличием немагнитного покрытия этих деталей и неплотностью их прилегания). Магнитную проводимость рассчитаем без учета краевых потоков по формуле (3.2.4).

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.2.4).

Исходные данные:

примем зазор равным δн1=15·10-6м;

диаметр сердечника dс=9 ·10-3м.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Магнитное сопротивление этого зазора:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Расчет проводимости зазора утечки

Рассчитаем магнитную проводимость зазора утечки, образованного параллельными цилиндрическим сердечником и прямоугольной скобой (рисунок 3).


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Рисунок 3. Упрошенное изображение магнитного поля


Магнитный поток утечки (рассеивания) замыкается помимо рабочего воздушного зазора. Потоки рассеяния являются распределенными и замыкаются внутри контура магнитопровода и вне его. При расчете будем учитывать только магнитные потоки, замыкающиеся внутри контура магнитопровода. Примем высоту зоны рассеяния равной высоте катушки электромагнита.

Удельная магнитная проводимость зазора утечки определяется по формуле (3.3.1).

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.3.1),

гдеK=0.87 - коэффициент, зависящий от соотношения b и h.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.3.2).

Полная проводимость зазора утечки:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.3.3),

гдеH – высота катушки, м.

Приведенную магнитную проводимость воздушного зазора для потока рассеяния определим по формуле (3.3.4).

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.3.4).

Исходя из вышеприведенных формул, определим удельную и приведенную магнитную проводимость зазора утечки.

Исходные данные:

расстояние от сердечника до прямоугольной скобы h=11,25 ·10-3м;

высота катушки H=47 ·10-3м.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Приведенное магнитное сопротивление зазора утечки:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Расчет коэффициентов рассеяния тока

Коэффициент σ рассеяния потока определяется через магнитные проводимости по формуле (3.4.1).

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(3.4.1).

Подставим в (3.4.1) значения проводимостей рабочего и нерабочего зазоров и проводимость утечки:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Результаты расчетов приведены в таблице 3


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

0,5 1,0 1,5

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

1,322 1,592 1,732

4. Расчет кривых намагничивания и их построение


Кривые намагничивания позволяют определить связь между магнитным потоком и МДС катушки электромагнита. При срабатывании реле изменяется рабочий воздушный зазор и его магнитная проводимость. Каждому значению рабочего воздушного зазора соответствует своя кривая намагничивания.

Для расчета кривых намагничивания разбиваем магнитопровод на участки, каждый из которых имеет постоянное сечение и обтекается одним и тем же магнитным потоком (рис. 4).

В таблице 4 приведены значения поперечных сечений и средних силовых линий каждого участка.


Таблица 4 - параметры участков магнитной системы

Участок

Площадь сечения,

10-6м2

Длина силовой линии, 10-3м
1 Сердечник 63,59 40,5
2 Якорь 23,25 15,75
3 Верхняя часть скобы 38,75 40,5
4 Нижняя часть скобы 38,75 16,75

Полная схема замещения магнитной системы в этом случае будет выглядеть следующим образом рис. 5.


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Рисунок 4 – Эскиз магнитной системы разбитой на участки


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Рисунок 5 – полная схема замещения электромагнита


Задаемся значениями рабочего магнитного потока. Для этого найдем по характеристике намагничивания для стали низкоуглеродистой электротехнической марки Э отоженная минимальную Вmin и максимальную Вmax индукции, а затем подставим в выражения:

Фр.min= ВminЧSmax,(4.1)

Фр.max= ВmaxЧSmin,(4.2)

где:Smax и Smin – максимальная и минимальная площадь поперечного сечения участков магнитопровода.

Фр.min=0,1 Ч 63.59 Ч 10-6= 6,36 Ч10-6 Вб,

Фр.max=1,3 Ч 23,25 Ч 10-6=30,23 Ч 10-6 Вб.

Также зададимся промежуточным значением рабочего магнитного потока Фр.пр = 18,3 Ч 10-6 Вб.

Определяем индукцию для каждого участка магнитной системы при минимальном, промежуточном и максимальном значении рабочего магнитного потока:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,(4.3)

где:Si – площадь поперечного сечения участка.

По кривой намагничивания материала магнитопровода (приложение) определяем напряженность магнитного поля, по вычисленным выше значениям магнитной индукции.

Падение магнитного напряжения на стальных участках по закону полного потока:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,(4.4)

где:Hi – напряженность магнитного поля;

li – длина силовой линии на участке.

Падение магнитного напряжения в нерабочих зазорах:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52 ,(4.5)

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,(4.6)

где:Gнз1 и Gнз2 – проводимости нерабочих зазоров.

Суммарная намагничивающаяся сила в стали и в нерабочих зазорах магнитопровода:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.(4.7)

Кривые намагничивания строятся для трех значений рабочих воздушных зазоров.

В табл. 5 представлены значения величин, вычисленных по формулам (4.3) – (4.7).


Таблица 5 – Значения индукции, напряженности и намагничивающейся силы для всех участков магнитной системы.

ФрЧ10-6, Вб Пара-метры Участки Fнз1, А Fнз2, А FS, А


Деталь 1 Деталь 2 Деталь 3 Деталь 4


dр=0,5Ч10-3 м, s=1,322
6,36 В, Тл 0,1 0,27 0,16 0,16 11,18 1,58 12,76


0,132
0,21




Н,А/м 0,006 0,0095 0,0083 0,0075



F, А 0,00024 0,00015 0,00034 0,00013


18,3 В, Тл 0,29 0,79 0,47 0,47 32,16 4,54 36,7


0,38
0,62




Н,А/м 0,011 0,017 0,0135 0,013



F, А 0,00045 0,00027 0,00055 0,00022


30,23 В, Тл 0,48 1,3 0,78 0,78 53,13 7,51 60,64


0,63
1,03




Н,А/м 0,014 0,045 0,02 0,017



F, А 0,00057 0,00071 0,00081 0,00028


dр=1,0 Ч 10-3 м, s=1,592
6,36 В, Тл 0,1 0,27 0,16 0,16 16,91 1,9 18,81


0,16
0,25




Н,А/м 0,0065 0,0095 0,0083 0,0075



F, А 0,00026 0,00015 0,00034 0,00013


18,3 В, Тл 0,29 0,79 0,47 0,47 48,66 5,47 54,13


0,46
0,75




Н,А/м 0,011 0,017 0,0145 0,013



F, А 0,00045 0,00027 0,00059 0,00022


30,23 В, Тл 0,48 1,3 0,78 0,78 80,38 9,04 89,42


0,76
1,24




Н,А/м 0,015 0,045 0,027 0,017



F, А 0,00061 0,00071 0,0011 0,00028


dр=1,5 Ч 10-3 м, s=1,732
6,36 В, Тл 0,1 0,27 0,16 0,16 22,64 2,07 24,71


0,17
0,28




Н,А/м 0,007 0,0095 0,0085 0,0075



F, А 0,00028 0,00015 0,00034 0,00013


18,3 В, Тл 0,29 0,79 0,47 0,47 65,15 5,95 71,1


0,5
0,81




Н,А/м 0,012 0,017 0,0153 0,013



F, А 0,00049 0,00027 0,00062 0,00022


30,23 В, Тл 0,48 1,3 0,78 0,78 107,62 9,83 117,45


0,83
1,35




Н,А/м 0,0153 0,045 0,046 0,017



F, А 0,00062 0,00071 0,0019 0,00028



По полученным данным построены кривые намагничивания, которые приведены на рис. 6.


5. Определение минимального числа ампервитков срабатывния


По таблице 5 построим кривые намагничивания (рис.6).

По формуле (5.1) определим углы, соответствующие проводимостям рабочих зазоров.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(5.1)

где p- коэффициент, учитывающий отношение масштабов осей ординат и абсцисс для графика, представляющего кривые намагничивания магнитной системы.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Определим углы проводимостей:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

По рис.6 найдем точку, в которой значение критической намагничивающей силы будет максимальным. Для обеспечения надежного срабатывания реле необходимо ввести коэффициент надежности:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(5.2)

Зададимся по формуле (5.2) коэффициентом надежности, равным 1.2. По рис.6 находим Fmin ср = 47 А.

Полученное значение подставим в формулу (5.2) и найдем Fкр:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

При помощи найденных по формуле (5.1) значений углов находим Fрi:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(5.3)

гдеFi- значения намагничивающих сил, найденных из рис.6 при помощи углов, рассчитанных по формуле (5.1).

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.


6. Расчет и построение тяговой характеристики


Электромагнитную силу в рабочем воздушном зазоре определим по энергетической формуле:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(6.1)

гдеРасчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52- электромагнитная сила, Н;

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52- падение магнитного напряжения в рабочем зазоре, А;

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52- производная магнитной проводимости рабочего зазора, Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Подставим в формулу (6.1) найденные выше значения:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Н,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Н,

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52Н.

По полученным данным построим тяговую характеристику электромагнита:


Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

График 8.1. Тяговая характеристика электромагнита


7. Расчет обмоточных параметров реле


Расчет катушки сводится к определению диаметра провода, числа витков и сопротивления, определению превышения температуры при наиболее неблагоприятных условиях работы и уточнению ее габаритных размеров.

Найдем длину среднего витка катушки по формуле:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(7.1)

гдеDвн = 9 мм- внутренний диаметр обмотки катушки;

Dн = 16,25 мм- наружный диаметр обмотки катушки.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52.

Найдем площадь поперечного сечения провода обмотки:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(9.2)

гдеРасчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52- удельное сопротивление меди при температуре 378єK;

U=24 В – рабочее напряжение.

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52

Рассчитаем диаметр провода обмотки по формуле:

Расчет электромагнитного реле постоянного тока типа РС52(9.3)

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: