ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 1. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО БМР 3 2. РАСЧЕТ БСКОНТАКТНОГО МАГНИТНОГО РЕЛЕ 5 2.1. Расчет удельного сопротивления материала провода при рабочей температуре БМР. 5 2.2. Выбор материала магнитопровода 5 2.3. Определение размеров магнитопровода и предварительный расчет обмоток 6 2.4. Неизвестные из ряда электрических параметров нагрузки 7 2.5. Расчет параметров рабочей цепи БМР 7 2.6. Расчет коэффициента внешней ОС 8 2.7. Расчет параметров цепи ОС 8 2.8. Расчет параметров цепи входного сигнала 9 2.9. Расчет обмотки смещения 9 2.10. Расчет диаметров проводов обмоток 10 2.11. Конструктивный расчет БМР 11 2.12. Температурный расчет БМР 14 2.13. Уточнение параметров БМР 15 2.14. Построение характеристики управления БМР 15 2.15. Определение параметров БМР. 16 2.16. РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ БМР 18 3. Описание конструкции 22 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 24
ВВЕДЕНИЕ
Бесконтактное магнитное реле (БМР) - электромагнитное устройство, использующее зависимость возвратной магнитной проницаемости от постоянного подмагничивающего поля, для усиления входного сигнала, который создает или изменяет это постоянное поле.
Классификация БМР происходит следующим образом:
1. по виду статической характеристики: нереверсивный и реверсивный;
2. по типу обратной связи (ОС): БМР без ОС; БМР с внутренней ОС; БМР с внешней ОС; БМР со смешанной ОС.
БМР отличаются высокой надежностью; способностью суммировать входные сигналы; немедленной готовностью к работе; удобно согласуются с источником входного сигнала и нагрузкой; имеют низкий порог чувствительности (до 10-19 Вт); большую выходную мощность (105 Вт); высокий КПД (0,7 - 0,95); высокий коэффициент усиления по мощности.
Данная курсовая работа посвящена проектированию одного из БМР. Внутренняя ПОС достигается тем, что постоянная составляющая имеет величину, которая зависит от величины входного сигнала и создает поле, которое или складывается, или вычитается из поля входного сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО БМР
Рассмотрим работу элементарной схемы (рис. 1, а), которая является основой всех схем усилителей с самонасыщением. Пусть напряжение, питающее рабочую цепь схемы uc, синусоидально (рис. 1, г), а вентиль Д - близок к идеальному. остановимся на режиме вынужденного намагничивания при Iy = const, создающем напряженность Hy.
Работу схемы удобно разделить на рабочий полупериод, когда напряжение схемы uc стремится закрыть вентиль, а индукция приобретает значение, соответствующее напряженности управляющего сигнала Hy.
Примем за исходное положение рабочую точку 1 на статистической петле гистерезиса (рис. 1, б). Предположим сначала (для упрощения), что точка 1 совпадает во времени с началом рабочего полупериода.
Под действием напряжения uc, приложенного к обмотке wp, через открытый в рабочий полупериод вентиль проходит ток ip, создающий напряженность Hp (рис. 1, а и б), направленную противоположно напряженности Hy и заставляющую рабочую точку перемещаться по частному циклу на участке 1 - 2. При этом питающее напряжение почти полностью уравновешивается на данном участке ЭДС e (рис. 1, г), наводящейся в обмотке wp. Скорость изменения индукции dB/dt в каждый момент времени определяется мгновенным значением этой ЭДС, а напряженность - частным циклом динамической петли гистерезиса. Ток ip, пропорциональный напряженности Hp, создает небольшое падение напряжения (заштриховано на рис. 1, г) на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи, состоящем из сопротивления нагрузки Rн, активного сопротивления рабочей обмотки Rр и активного сопротивления вентиля в открытом состоянии Rд:
R( = Rн + Rp + Rд (1)
В момент времени, обозначенный (s на рис.1, индукция достигает насыщения (точка 2 на рис.1, д) и, следовательно, престает изменяться. ЭДС е падает до нуля, переставая уравновешивать напряжение uс . Ток ip скачком возрастает (участок 2 - 3 на рис.1, е) и напряжение uс в оставшуюся часть рабочего полупериода полностью уравновешивается падением напряжения на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи. При этом рабочая точка перемещается по насыщенному участку петли гистерезиса (принятому горизонтальным) сначала на участке 2 - 3 (рис. 1, б), а затем по мере уменьшения напряжения uс и пропорционального ему тока ip на участке 3 - 4, достигая в точке 4 начала нисходящего (вертикального) участка статической петли.
Казалось бы, что ток ip в рабочей цепи должен прекратиться и вентиль запереться в момент ( перехода питающего напряжения через нуль. Однако, начиная с момента 4, под действием разности напряженностей Hy - Нp (имеются в виду их абсолютные значения) сердечник начинает размагничиваться, т.е. рабочая точка опускается по нисходящему участку петли гистерезиса (участок 4 - 5 на рис. 1, б). Индукция на этом участке изменяется и в обмотке wp наводится ЭДС, поддерживающая ток iр в рабочей цепи (рис. 1, г, д и е).
Когда напряжение uс (оно отрицательно в управляющий полупериод и стремится запереть вентиль) будет по абсолютной величине больше ЭДС е, вентиль запрется и ток iр прекратится (точка 5). На участке 5 - 6 сердечник находится под действием только Hy, которая и определяет скорость изменения индукции на этом участке. При принятой прямоугольной аппроксимации петли гистерезиса эта скорость (B/(t (а значит, и ЭДС е) будет постоянной и ее величина будет определяться шириной динамической петли в точке Hy = Нс. дин.
К Концу управляющего полупериода, когда напряжение uc становится меньше ЭДС е (рис. 1, г), вентиль снова может открыться (точка 6) и появится ток iр. Разность напряжений Нy - Hp будет уменьшаться, а скорость изменения индукции и ЭДС - снижаться (участок 6 - 1), пока в точке 1 индукция не достигнет статической петли гистерезиса и ЭДС в обмотке wp не обратится в нуль. Таким образом, процесс размагничивания может закончиться (точка 1) лишь в начале следующего, рабочего полупериода.
Назовем выходным напряжением падение напряжения, создаваемое током ip на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи (1). Управление этим напряжением происходит следующим образом. При большем (по абсолютному значению) токе, а значит, и напряженности управления размагничивание будет происходить по более широкой петле гистерезиса и с большей скоростью изменения индукции, тока 1 в управляющий полупериод опустится ниже и в рабочий полупериод индукция дольше будет находится на участке 1- 2. Рабочая точка позднее достигнет точки насыщения 2, угол (s увеличится и выходное напряжение (заштрихованная площадь) станет меньше.
На рис. 1, б пунктиром показано перемещение рабочей точки по предельному для данной частоты питающего напряжения циклу, при котором в точке 1’ индукция достигает насыщения Bs . Ширина предельного цикла характеризуется напряженностью Hc дин.пред. . В этом случае, очевидно, ЭДС рабочей обмотки уравновесит наибольшую возможную часть напряжения Uc и выходное напряжение станет минимальным (режим холостого хода).
При уменьшении по абсолютному значению тока управления напряжение на выходе возрастает, достигая наибольшего значения при напряженности Hy, соответствующей точке 4, когда рабочая точка будет перемещаться только по насыщенному горизонтальному участку петли 4 - 3 - 4, не достигая нисходящей ее части.
Выходное напряжение будет оставаться наибольшим и при Hy ( 0, потому что размагничивания в управляющий полупериод происходить не будет.
В рассмотренной элементарной схеме в обмотке wy наводится переменная ЭДС. Для ее уменьшения магнитные усилители с самонасыщением выполняют из двух элементарных схем (рис. 2). Обмотки wр и диоды соединят так, чтобы в одно и то же время один из сердечников находился в состоянии управляющего полупериода, а другой - рабочего. Так как кривые изменения индукции в рабочий и управляющий полупериоды близки по своему характеру (рис. 1, д) и направлены в противоположные стороны, то их действие на обмотку управления частично компенсируется и в ней наводятся только четные гармоники ЭДС, а основная и нечетная гармоники подавляются, как в дроссельном усилителе.
Если усилитель работает в режиме вынужденного намагничивания, то можно считать, что процессы в каждом сердечнике аналогичны рассмотренным на рис. 1, но сдвинуты на полпериода.
2. РАСЧЕТ БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТНОГО РЕЛЕ
2.1. Расчет удельного сопротивления материала провода при рабочей температуре БМР.
( = (0 (1 + ( (() (1)
(0 - удельное сопротивление провода при температуре t0C;
( - температурный коэффициент материала провода;
(( - превышение температуры над t0C .
для медного провода при t00 = 200С:
( = 0.004 град-1;
( = 1.75( 10-8 Ом(м;
(( = (доп + tокр0 - t00
(( = 60 + 35 - 20 = 750
( = 1.75 ( 10-8 (1 + 0.004( 65) = 2.2 ( 10-8 (Ом(м)
2.2. Выбор материала магнитопровода
Материал магнитопровода: 79HM
2.2.1. Толщина ленты магнитопровода:
[pic] (2)
[pic]0.096
2.2.2. Из промышленного ряда толщин выбираем ( = 0.05 мм.
По табл. 7.1 [2] задаемся способом изготовления сердечника: ленточный торроидальный из железоникелевых сплавов; вид изоляции – накатывание.
Коэффициент заполнения стали: kc =0.85
2.2.3. По динамической кривой размагничивания (приложение1) определяем координаты точек M и N.
[pic]
2.2.4. Амплитудное значение магнитной индукции:
[pic]0.66 (3)
2.2.5 Коэффициент, учитывающий неполное насыщение сердечников в номинальном режиме:
[pic] (4)
[pic]0.871
2.3. Определение размеров сердечника и предварительный расчет обмоток
2.3.1 Задаемся необходимыми параметрами и определяем Г1.
( = 60
(р = 0.85 ( 0.9 — относительная площадь рабочей обмотки
(р = 1 — относительная длина витков рабочей обмотки. кmp = 0.3(0.4 — коэффициент заполнения по меди рабочей обмотки. кт = 10 Вт/(м * 0С) - коэффициент теплоотдачи катушки; кс = 0.85 - коэффициент заполнения по стали;
( =1 - коэффициент полезного действия рабочей цепи.
Кфр =1.11 – коэффициент формы рабочего тока
[pic] (5)
[pic]
[pic]
Т. к. для данной частоты (400 Гц) Г1>0.4 то расчет ведем следующим образом:
2.3.2. Уточняем параметры kт и (.
[pic] (6)
[pic] Вт/(м * 0С)
[pic] (7)
[pic]
2.3.3. Рассчитываем второе приближение фактора Г1.
[pic] (8)
[pic]
2.3.4.Предварительный расчет показал, что для размещения обмоток требуется сердечник с Г1 = 4.51. d = 28 mm - внутренний диаметр тора;
D = 40 mm - внешний диаметр тора; b = 10 mm - высота тора; s = 0.6 cm2 - поперечное сечение магнитопровода; lc = 10.7 cm - средняя длина магнитной линии; lМ = 5.28 cm - средняя длина всей обмотки.
2.3.5. Пересчитываем ( и kт.
[pic] Вт/(м * 0С)
[pic]
Определение неизвестных из ряда электрических параметров нагрузки:
[pic] (9)
[pic] В
[pic] (10)
[pic] В
[pic] (11)
[pic] В
[pic] (12)
[pic] А
2.5. Расчет параметров рабочей цепи БМР
2.5.1. Число витков рабочей обмотки:
[pic] (13)
[pic] (витков)
Выбираем вентиль рабочей цепи по среднему значению тока вентилей:
Iвср = IHN / 2 = 0.183 / 2 = 0.091 A (14)
Uвобр = Em = E ( / 2 = 174.617(( / 2 = 274 B (15)
Диод 2Д254Г. Параметры:
Iпр.max = 0.1 А; Iобр.max = 0.5 мкА;
Uпр = 1 В; Uобр = 300 B.
Rво = Uво /Iво = 300/(0.5(10-6) = 6(108 (Ом) (16)
Rвпр = Uвпр /Iвпр = 1/ 0.1 = 10 (Ом) (17)
Hво = Iво Wp /lc = 0.5(10-6(3000/(10.7(10-2) = 0.015 (A/м) (18)
Проверяем выполнение условия:
(H(N - H(M) >> Hво (19)
(3.2-1.42) >> 0.015; 1.78 >> 0.015
2.6. Расчет коэффициента внешней ОС
2.6.1. Определяем критический коэффициент обратной связи, при котором работа усилителя переходит в релейный режим:
[pic] (20)
[pic] Ом
Наибольший наклон ДКР на линейном участке:
[pic]=0.494
[pic] (21) где Sc = kc*S = [pic]
[pic]2477Гн
[pic] (22)
[pic]
2.6.2. Задаемся превышением [pic] над [pic]: n = 3
2.6.3. Определяем коэффициент внешней ОС:
[pic]
2.7. Расчет параметров цепи ОС
Способ осуществления ОС – по напряжению. Исходя из этого, коэффициент, учитывающий влияние цепочки из ограничивающего и подстроечного резисторов на ток обратной связи, [pic] = 0.01 ( 0.001. Зададимся [pic] = 0.001.
[pic] (23)
[pic]410 (витков)
Для обеспечения регулирования глубины ОС витки берутся с запасом ( = 1.5 (2476 витков).
Выполняются отпайки от витков, которым соответствуют ( = 1, ( = 1/1.5, т.е. от 2476-го и 1465-го витков соответственно. 2.8. Расчет параметров цепи входного сигнала
2.8.1. Определяем число витков входной обмотки.
[pic]
(24)
[pic] A
[pic] (25)
[pic]= 1905 (витков)
2.8.2. Реальное число витков берется с запасом ( = 1.3 (2476 виток).
Выполняются отпайки от витков, которым соответствуют ( = 1,
( = 1/1.3, т.е. от 1905-го и 1465-го витков соответственно.
2.9. Расчет обмотки смещения
2.9.1. Определяем напряженность переключения.
[pic]
(26)
[pic] = 3.56 А/м
2.9.2. Напряженность срабатывания реле:
[pic] (27)
[pic] = 7.12А/м
Т.к.КВ(1 ,то БМР с нормально отключенными контактами (НО), Hвх.сраб(0.
Учтем влияние ОС.
[pic] (28)
[pic]= 14.288 В
[pic] (29)
[pic] А
[pic] (30)
[pic] 0.7131 А/м (31)
2.9.4. Определяем напряженность смещения.
[pic] (32)
[pic] –11.051 А/м
2.9.5. Задаемся током смещения: Iсм = 4
2.9.5 Число витков обмотки смещения
[pic] (33)
[pic]= –296 ( витка )
2.9.5 Входное сопротивление:
[pic] (34)
[pic]= 2500 Ом
2.9.5 Полное сопротивление цепи смещения:
[pic] (35)
[pic]6020 Ом
2.10. Расчет диаметров проводов обмоток
2.10.1 Задаем внутренний диаметр тора после помещения сердечника в каркас, намотки всех обмоток, внешней изоляции и пропитки.
d0 = (0.3 ( 0.5)d = 0.5(0.028 = 0.014 ( м )
2.10.2. Площадь обмоточного окна:
[pic] (36)
[pic]
2.10.3. Внешний диаметр сердечника с обмотками:
[pic] (37)
[pic]= 0.047
4. Т.к. основная площадь обмоточного окна занята рабочей обмоткой, то коэффициент заполнения по меди
kм = kмр = 0.4
[pic]
S0 = 4.4( d( lm = 4.4 ( 0.028 ( 0.053 = 0.006505 ( м 2 )
2.10.5. Допустимая плотность тока в обмотках:
[pic] (38)
[pic]
2.10.6. Рассчитываем площади сечений проводов для каждой из обмоток БМР:
[pic]
[pic]
2.10.7. Выбираем провода марки ПЭВ-2. Данные проводов для каждой обмотки приведены в табл. 1.
Данные выбранных проводов
Таблица 1
|Обмотка |[pic] |I, A |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|рабочая |[pic] |0.203 |0.03973 |0.05627|0.27 |0.32 |
|входная |[pic] |[pic] |[pic] |0.00196|0.05 |0.07 |
|обратной|[pic] |[pic] |[pic] |0.00196|0.05 |0.07 |
|связи | | | | | | |
|смещения|[pic] |0.004 |[pic] |0.00196|0.05 |0.07 |
2.11. Конструктивный расчет БМР
2.11.1. Рассчитываем геометрические параметры каркаса.
Т.к. d = 36 мм ( 20 мм то “толщина” каркаса: (k = 1(10 -3 м
dk = d - 2(k = 0.028 – 0.002 = 0.026 ( м ) (39)
Dk = D + 2(k = 0.040 + 0.002 = 0.042 ( м ) (40)
bk = b + 2(k = 0.001+ 0.002 = 0.003 ( м ) (41)
Площадь окна, занимаемого каркасом:
[pic] (42)
[pic]
2. Выбор изоляции.
Изоляция для катушки и между обмотками: пленка из фторопласта-4
(толщина 0.04 мм, пробивное напряжение – 4000 В)
Наружная изоляция:
– Стеклоткань ЛСК-7 (толщина 0.11 мм, пробивное напряжение– 1800 В)
2.11.3. Расчет обмоточного пространства, занимаемого в катушке каждой обмоткой.
Коэффициент намотки:
[pic] (43) ky = 0.8 – коэффициент укладки; dм – диаметр провода для изоляции; dи – диаметр провода с изоляцией.
Для рабочей обмотки:
[pic]
Для остальных обмоток:
[pic]
Обмоточное пространство, занимаемое в катушке каждой обмоткой:
[pic] (44)
[pic]
2.11.4. Расчет диаметров после намотки каждой обмотки.
[pic]
Рассчитываем внутренние диаметры после намотки каждой обмотки. Первой наматывается рабочая обмотка, затем входная, обратной связи и смещения в указанном порядке.
[pic] (45) где (i-1) - индекс обмотки, предшествующей данной, обозначенной (i); для первой рабочей обмотки размеру с индексом (i-1) соответствует [pic]
[pic]
2.11.5. Определяем внешние диаметры после намотки каждой обмотки:
[pic] (46)
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
6. Подсчитываем высоту каждой из обмоток bi.
Рабочие обмотки наматываются отдельно на каждый тор.
[pic] (47)
[pic]0.02183 м
Остальные обмотки наматываются совместно, т.е. на два сердечника.
Высота входной обмотки:
[pic] (48)
[pic]0.04413 м
Высоты обмоток обратной связи и смещения.
[pic] (49)
[pic]= 0.044297 м
[pic]= 0.04458 м
Полученные значения [pic] и являются истинными [pic]:
[pic] 2.11.7 Определяем среднюю длину витка каждой обмотки.
Средняя длина витка для рабочей обмотки:
[pic] (50)
[pic]= 0.05966 м
Средняя длина витка для входной обмотки:
[pic] (51)
[pic]= 0.12392 м
Средние длины витков обмоток обратной связи и смещения:
[pic] (52)
[pic]= 0.12519 м
[pic]= 0.126091 м
2.11.8 Определяем поверхность охлаждения устройства:
[pic]
(53)
[pic]
9. Уточняем диаметр провода входной обмотки.
[pic]
(54)
[pic]
Сечение выбранного провода больше уточненного сечения
10. Выбираем намоточные станки.
Данные выбранных станков
Таблица 2
|b, мм |d, мм |[pic] |Станок |
|21.8 |12.2 |0.32 |CНТ-10 |
|44.1 |11.57 |0.07 |СНТ-8 |
|44.2 |11.3 |0.07 |СНТ-8 |
|44.5 |11.03 |0.07 |СНТ-8 |
2.12. Температурный расчет БМР
2.12.1. Определяем потери в стали.
[pic] (55) где [pic] (56)
[pic]
[pic] Вт
2. Определяем потери в меди.
Для этого находим сопротивления обмоток.
[pic] (57)
[pic]
Суммарные потери в меди:
[pic] (58)
Iimax - максимальный ток в i-ой обмотке.
[pic]3.1
2.12.3. Запас по температуре перегрева:
(зап = (доп - (пер (59)
где (пер = ( Рм + Рс ) / ( kтS0 ) (60)
(пер = (3.1+0.002 ) / (14.7*0.01) = 20.8 [pic]
(зап = 60 – 20.8 = 39.182 [pic]
2.13. Уточнение параметров БМР
2.13.1. Уточняем (:
[pic] (61)
[pic]
2.13.2. Уточняем ЭДС питания:
[pic] (62)
[pic]174.617 В
3. Ток холостого хода:
[pic] (63)
[pic]А
2.14. Построение характеристики управления БМР
2.14.1. ДКР, записанная в координатах (В=(В( Н( ) переводится в координаты Uн=Uн( Н( ) c помощью выражения:
[pic] (64)
Полученные данные приведены в табл. 3.
Таблица 3
|H, A/м |(B, Тл |Uн, В |
|–3 |1.230 |23.46 |
|–2.72 |1 |38.1 |
|–2.5 |0.883 |52.02 |
|–2.2 |0.7 |73.82 |
|–2 |0.57 |89.29 |
|–1.68 |0.4 |109.5 |
|–1.5 |0.337 |117.0 |
|–1.25 |0.278 |124.06 |
|–1 |0.24 |128.58 |
|–0.672 |0.207 |132.5 |
|0 |0.17 |136.9 |
Строится характеристика обратной связи:
[pic] ( 65 )
где [pic]
[pic] A/м
2. По полученным кривым и известной напряженности смещения строим зависимость Uн = Uн(Нвх), где Нвх определяется:
[pic] ( 66 )
2.14.3. Осуществляется переход на оси абсцисс от переменной
Hвх к переменной Iвх по формуле:
[pic] ( 67 )
2.15. Определение параметров БМР.
2.15.1. Уточняем токи срабатывания и отпускания.
Ток срабатывания Iвх.ср=0.4 ( mА )
Ток отпускания Iвх.отп=0.2 ( mA )
2. Минимальное и номинальное напряжения на нагрузке:
UHN = 136.9 В; UHM = 14.28 В;
2.15.3. Коэффициент возврата:
[pic] ( 68 )
Iвхn= | Iвх.ср – Iвх.отп | = 0.4-0.2 = 0.2 ( mA ) ( 69 )
Pвх.ср=I 2вх.ср(Rвх=( 0.0004 )2 ( 2500 =[pic] ( Вт)
Pвх.отп = I 2вх.отп(Rвх=( 0.0002 )2 ( 2500 =[pic] ( Вт)
Pвх.п = I 2вх.п(Rвх=( 0.0002 )2 ( 2500 = [pic] ( Вт)
PHN = UHN 2 /RH = 136.9 2 / 750 = 25 ( Вт )
2.15.4. Временные параметры реле БМР с НО:
[pic]
[pic] ( 73 )
где Kз = 1.5;
Bm = (Bm/2 = 1.247 / 2 = 0.623 Тл;
Bs = (Bmax/2 = 1.32 / 2 = 0.66 Тл;
( =Bm / Bs = 1.3/1.4 = 0.9;
[pic];
[pic]= 0.152 c
[pic] ( 74 )
[pic]
2.16. РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ БМР
1. Рассчитываем резисторы цепи обратной связи.
[pic] ( 75 )
[pic] = 7.5 [pic]Ом
[pic]Ом
[pic]Ом
Мощности этих резисторов:
[pic] Вт
[pic] Вт
Ограничительный резистор в цепи обратной связи: МЛТ-0.25 56 кОм
Подстроечный резистор в цепи обратной связи: СП3-1 47 кОм
2. Рассчитываем резисторы цепи смещения.
[pic]Ом
[pic]Ом
Мощности этих резисторов:
[pic] Вт
[pic] Вт
Ограничительный резистор в цепи смещения: МЛТ-0.125 3.9 кОм
Подстроечный резистор в цепи смещения: СП3-1 3.3 кОм
3. Выбираем выпрямитель в цепи смещения:
диодная сборка КЦ302Г.
Параметры: Iпр = 0.3 А, Uобр = 180 В, (Uпр = 2 В, Iобр.max = 15 мкА
4. Выбираем конденсатор в цепи смещения:
К50-16. Напряжение – 50 В. Емкость – 100мкФ.
5. Расчет питающего трансформатора.
2.16.5.1. Расчет питающего трансформатора ограничен определением габаритов, задаваемых полной мощностью Pтр в ражим максимальной нагрузки. Т.к. расчет трансформатора ориентировочный, можно принять мощности всех вторичных обмоток активными: Pi = Ei(Ii. Некоторое завышение полной мощности при этом позволяет не учитывать ток холостого хода трансформатора:
Pтр = (EiIi = EpIp + EсмIсм ( 76 ) где Eсм = 1.11 IсмRсм = 1.11(0.004 (6022 = 26.74 B
Pтр = 174.6(0.203+26.74(0.004 = 35.49 Вт 2.16.5.3. Выбираем магнитопровод: ОЛ Э310. Для него Вм = 1.36 Тл.
2.16.5.4. Сечение сердечника трансформатора определяется по полуэмпирической формуле:
[pic] ( 77 )
( - отношение масс сердечника. Для обеспечения наименьшего веса берем ( = 2 ); с = 0.6 – коэффициент, учитывающий форму сердечника;
( = 4.56 А/мм2 – допустимая плотность тока.
[pic]= 1.01 мм2
Выбираем стандартное сечение [pic]= 0.9 мм2
Геометрические параметры: d = 32 мм - внутренний диаметр тора;
D = 50 мм - внешний диаметр тора; b = 10 мм- высота тора; s = 0.9 мм2 - поперечное сечение магнитопровода; lc = 12.9 см - средняя длина магнитной линии; lМ = 6.12 см - средняя длина всей обмотки.
2.16.4.5. Числа витков обмоток:
[pic] ( 78 )
Ei - напряжение на рассчитываемой обмотке трансформатора;
(U =16% – потери напряжения в обмотке, для первичной обмотки – “–”, для вторичной – “+”.
Ec= 220 В – стандартное напряжение сети.
[pic]= 931 витков
[pic]= 868 витков
[pic]= 130 витка
2.16.5.6. Расчет диаметров проводов обмоток
Задаем внутренний диаметр тора после помещения сердечника в каркас, намотки всех обмоток, внешней изоляции и пропитки.
d0 = (0.3 ( 0.5)d = 0.5(0.032 = 0.016 ( м )
Площадь обмоточного окна по (36):
[pic]
Внешний диаметр сердечника с обмотками по (37):
[pic] 0.057
Рассчитываем площади сечений проводов для каждой из обмоток трансформатора:
Ic = Pтр / Uc = 35.6/220 = 0.162 A
[pic]
2.10.7. Выбираем провода марки ПЭВ-2. Данные проводов для каждой обмотки приведены в табл. 1.
Данные выбранных проводов
Таблица 5
|Обмотка |[pic] |I, A |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|сетевая |[pic] |0.162 |0.035 |0.04155 |0.23 |0.28 |
|рабочая |[pic] |0.203 |0.045 |0.43008 |0.25 |0.30 |
|смещения|[pic] |0.004 |[pic] |0.00196 |0.05 |0.07 |
6. Конструктивный расчет трансформатора.
Рассчитываем геометрические параметры каркаса.
Т.к. d = 32 мм > 20 мм то “толщина” каркаса: (k = 1(10 -3 м
По формулам (39),(40),(41) определяем:
dk = 0.032 – 0.002 = 0.03 м
Dk = D + 2(k = 0.05 + 0.002 = 0.052 м
bk = b + 2(k = 0.008+ 0.002 = 0.012 м
Площадь окна, занимаемого каркасом, по ( 42 ):
[pic]
Изоляция для катушки и между обмотками:
– пленка из фторопласта-4 (толщина 0.04 мм, пробивное напряжение – 4000 В)
Наружная изоляция:
– Стеклоткань ЛСК-7 (толщина 0.11 мм, пробивное напряжение – 1800 В)
Коэффициенты намотки по ( 43 ):
Для сетевой обмотки:
[pic]
Для рабочей обмотки:
[pic] Для обмотки смещения:
[pic]
По (44) определяем обмоточное пространство, занимаемое в катушке каждой обмоткой:
[pic]
Расчет диаметров после намотки каждой обмотки.
[pic]
По ( 45 ) рассчитываем внутренние диаметры после намотки каждой обмотки. Первой наматывается сетевая обмотка, затем рабочая и смещения в указанном порядке.
[pic]
Определяем внешние диаметры после намотки каждой обмотки по ( 46 ):
[pic]
[pic]
[pic]
Подсчитываем высоту каждой из обмоток bi по ( 47 ):
[pic]0.013716 м
[pic]0.015539 м
[pic]0.015773 м
Полученные значения [pic] и являются истинными [pic]:
[pic] Определяем среднюю длину витка каждой обмотки по ( 50 ).
[pic]= 0.049433м
[pic]= 0.05651 м
[pic]= 0.060624м
Выбираем намоточные станки.
Данные выбранных станков
Таблица 6
|Обмотка |b, мм |d, мм |[pic] |Станок |
|сетевая |13.71 |27.83 |0.28 |СНТ-10 |
|рабочая |15.55 |25.42 |0.30 |СНТ-10 |
|смещения |15.77 |25.18 |0.07 |СНТ-8 |
3. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ БМР
БМР имеет этажерочную конструкцию. Сердечники с обмотками устанавливаются на стальное шасси . Между БМР и шасси, а также между
БМР и трансформатором предусмотрены карболитовые детали и .
Сердечники БМР и трансформатора ( и ) помещаются в текстолитовые каркасы и , поверх которых наматываются обмотки, соответственно рабочие и сетевая. В БМР поверх рабочих обмоток на оба сердечника наматываются обмотки постоянного тока . Поверх сетевой обмотки трансформатора наматываются рабочая и обмотка смещения .
Трансформатор и БМР крепятся на шасси при помощи латунного болта .
Также на шасси устанавливается разъем . К внутренней стороне стальной лицевой панели ( ) крепится печатная плата ( ) с элементами: подстроечными резисторами и соответственно цепей обратной связи и смещения, а также постоянными ограничительными резисторами и соответственно цепей обратной связи и смещения
. также на плате припаивается конденсатор – фильтр цепи смещения
, диодная сборка , и диоды рабочей цепи – и . На внешней стороне лицевой панели расположена ручка . На лицевой панели предусмотрены отверстия для отвертки, необходимые для настройки БМР.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения курсового проекта было спроектировано бесконтактное магнитное реле с выходом на постоянном токе.
Материал магнитопровода оказывает влияние на размеры усилителя, его статические и динамические параметры. Так, чем выше индукция насыщения материала, тем меньше размеры БМР, что объясняет возможность уменьшить поперечное сечение магнитопровода при сохранении величины магнитного потока. Поэтому, чем выше качество материала, тем ближе характеристики усилителя к идеальным. При проектировании данного БМР был выбран материал 79НМ, обладающий сравнительно высокой чувствительностью.
Расчет велся по геометрическому фактору Г1. В выбранном сердечнике Г1 значительно больше расчетного, из-за большого тока нагрузки и, как следствие, большого сечения провода.
Уточнение параметров показало, что ( снизился на 4,3%, что находится в пределах нормы.
Трансформатор выбран из условия получения минимальной мощности.
Сечение трансформатора взято несколько меньше расчетного, т.к. предварительный расчет показал целесообразность этого.
Цепь смещения не увеличивает инерционность БМР, т.к. в нее включен резистор, составленный из постоянного ограничительного и переменного подстроечного резисторов, причем сопротивление постоянного составляет 70%, а переменного - 60% от (Rсм - Rwсм), где Rwсм - сопротивление обмотки смещения.
Таким образом, спроектированное БМР полностью отвечает требованиям технического задания.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Семенов В.И., Лекции по курсу ЭМТ, 1999 г.
1. Семенов В.И., Методические указания к выполнению курсовой работы,1989 г.
2. Миловзоров В.П., Электро - магнитные устройства автоматики, 1974 г.
3. Усатенко С.Т., Выполнение электрических схем по ЕСКД, 1989 г.