1 Краткое описание и принцип действия

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………..	8
1 Краткое описание и принцип действия…………………………………………………	9
2 Расчет бесконтактного магнитного реле …………………………………………….	12
2.1 Расчет удельного сопротивления материала магнитопровода…………………	12
2.2 Выбор материала магнитопровода……………………………….……………	12
2.3 Выбор тороидального сердечника и предварительный расчет обмоток……..	13
2.4 Определение из ряда электрических параметров нагрузки …………………	14
2.5 Расчет параметров рабочей цепи БМР …………………………….……………	15
2.6 Расчет коэффициента внешней ОС ……………………………..……………	16
2.7 Расчет параметров цепи ОС ………………………………………..……………	17
2.8 Расчет параметров цепи входного сигнала ………………………..……………	17
2.9 Расчет параметров обмотки смещения …………………………….……………	18
2.10 Расчет диаметров проводов обмоток …………………………………………	19
2.11 Конструктивный расчет БМР …………………………………………………	20
2.12 Температурный расчет БМР ……………………………………..……………	24
2.13 Уточнение параметров БМР ……………………………………..……………	24
2.14 Построение характеристики управления БМР ………………………………	25
2.15 Определение параметров БМР …………………………………..……………	26
2.16 Расчет и выбор вспомогательных элементов схемы БМР ……………………	28
3 Описание конструкции …………………………………………………..……………	33
Заключение ……………………………………………………………..….……………	34
Библиографический список ……………….……………………………....……………	35

Приложение А ……………………………………………………………………………. 36

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).

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.

1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО БМР

Бесконтактное магнитное реле выполняется на базе магнитных усилителей с самоподмагничиванием с внешней обратной связью, переводящей усилитель в релейный режим. Коэффициент внешней обратной связи больше (работа в критическом режиме).

вырезано

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 DB/Dt (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 (рисунок 1.1, 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 (1.1). 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 находиться на участке 1- 2. Рабочая точка позднее достигнет точки насыщения 2, угол as
увеличится и выходное напряжение (заштрихованная площадь) станет меньше.

На рисунке 1.1, 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
³ 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. 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 (рисунок 1.1, 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 рисунке 1.1, но сдвинуты на полпериода.

2 РАСЧЕТ БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТНОГО РЕЛЕ

2.1
Расчет удельного сопротивления материала провода при рабочей температуре БМР

r =
r0
(1 +
a
D
q )
(2.1)

r0

- удельное сопротивление провода при температуре t0
C;

a
- температурный коэффициент материала провода;

D
q
- превышение температуры над t0
C .

для медного провода при t0
0
= 200
С:

a = 0.004 град-1
;

r = 1.75× 10-8
Ом×м;

D
q =
qдоп
+ tокр
0
- t0
0
(2.2)

D
q
= 45 + 40 - 20 = 650

вырезано

2.5.2. Подбор вентиля рабочей цепи по среднему значению тока вентилей и обратному напряжению:

Среднее значение тока вентилей:

Iвср
=
IHN
/ 2 = 1.342 / 2 = 0.
671 [
A] ( 2.17 )

Максимальное обратное напряжение на вентилях:

Uвобр
=
Em
=
E*
p / 2 = 43.
389
×
p / 2 = 6
8.
155[
B] ( 2.18 )

По рассчитанным параметрам выбираются диоды типа 2Д237А, имеющие следующие параметры:

Прямой ток через вентиль Iпр.
max
= 1 А;

Обратный ток через вентиль Iобр.
max
= 5*10-6
А;

Прямое напряжении на диоде Uпр
= 1,3 В;

вырезано

2.9.7 Полное сопротивление цепи смещения:

(
2.3
6)

775[Ом
]

2.10. Расчет диаметров проводов обмоток

2.10.1. Для расчетов в первом приближении из удобства намотки провода внутренний диаметр тора сердечника в каркас принимают равным

d0
= (0.3
¸ 0.5)d = 0.3
×0.0
5 = 0.00
15 [ м ]

2.10.2 Площадь обмоточного окна:

(2.37)

[м]

2.10.3 Внешний диаметр сердечника с обмотками:

(
2.38)

= 0.0
93
[м
]

2.10.4. Средняя длинна витка всей обмотки

[м
]

2.10.5. Так как основная площадь обмоточного окна занята рабочей обмоткой, то коэффициент заполнения по меди

kм
= kмр
= 0,35

[ м2
]

S0
= 4.4
×
d
×
lm
= 4.4
× 0.05
× 0.118 = 0.
026 [м 2
]

2.10.6 Допустимая плотность тока в обмотках

(2.39)

2.10.7 Рассчитываем площади сечений проводов для каждой из обмоток БМР

[А
]

вырезано
<

/p>
2.12 Температурный расчет БМР

2.12.1 Определяем потери в стали.

( 2.49 )

где ( 2.50 )

[Вт
]

2.12.2 Определяем потери в меди

Для этого находим сопротивления обмоток.

( 2.51 )

Суммарные потери в меди:

( 2.52 )

Iimax

- максимальный ток в i-ой
обмотке.

вырезано

Pвх.отп
=
I 2
вх.отп
×
Rвх
=
[Вт]

Pвх.п
=
I 2
вх.п
×
Rвх
=
[ Вт]

PHN
=
UHN
2
/
RH
= 3
5 2
/
25 =
49 [ Вт ]

2.15.4 Временные параметры реле БМР с Нв

( 2.66 )

где kз
= 1.2

Bm
=
D
Bm
/2 = 2.6 / 2 = 1.3[ Т
]

Bs
=
D
Bmax
/2 = 2.8 / 2 = 1.4[ Т
]

e
=Bm
/ Bs
= 1.3/1.4 = 0.929

;

=1.914 [c]

( 2.67 )

[
с]

2.16 РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ БМР

2.16.1 Рассчитываем резисторы цепи смещения

вырезано

2.16.4.6 Конструктивный расчет трансформатора

Рассчитываем геометрические параметры каркаса.

Т.к. d = 64 мм > 20 мм то “толщина” каркаса: dk
= 1
×10 -3
м

По формулам (2.40),(2.41),(2.42) определяем:

dk
=
0.064 – 0.002 =
0.062 [м]

Dk
= D + 2
d
k
=
0.1+ 0.002 = 0.102 [м]

bk
= b + 2
d
k
= 0.032+ 0.002 = 0.034 [м]

Площадь окна, занимаемого каркасом, по ( 2.43 ):

[м2
]

Выбираю изоляцию:

Изоляция для катушки и между обмотками:

– пленка из фторопласта-4 (толщина 0.04 мм,
пробивное напряжение – 4000 В)

Наружная изоляция:

– плёнкоэлектрокартон (толщина 0.16 мм
,
пробивное напряжение – 3500 В)

Коэффициенты намотки для каждой обмотки расчитываю по

Для сетевой обмотки: =0,419

Для рабочей обмотки:

Для обмотки смещения:

По (2.44) определяем обмоточное пространство, занимаемое в катушке каждой обмоткой:

Расчет диаметров после намотки каждой обмотки.

Рассчитываем внутренние диаметры после намотки каждой обмотки. Первой наматывается сетевая обмотка, затем рабочая и смещения в указанном порядке.

Определяем внешние диаметры после намотки каждой обмотки:

Подсчитываем высоту каждой из обмоток bi
:

[м]

[м]

[м]

Полученные значения и являются истинными .

Определяем среднюю длину витка каждой обмотки.

[м]

[м]

[м]

По рассчитанным параметрам выбираем намоточные станки, параметры которых приведены в таблице 2.16.2.

Таблица 2.16.2 – Параметры намоточных станков

Обмотка	du мм	Тип станка	d0 min мм	Диаметр провода	Высотанамоткпри d0 min	Высота намоткпри b0макс	d0 при b0макс	D0макс мм
Сети	0.32	СНТ-14	14	0.2-0.7	40	60	18	120
Рабочая	0.75	СНТ-40	40	0.6-2,2	100	126	45	200
Смещения	0.07	СНТ-8	8	0.05-0.25	10	40	25	85

вырезано

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 34НКМП обладающий сравнительно высокой чувствительностью.

Уточнение параметров показало, что h не снизился, а даже возрос и составил h=0,836, что говорит о высокой эффективности данного БМР.

Цепь смещения не увеличивает инерционность БМР, т.к. в нее включен резистор, составленный из постоянного ограничительного и переменного подстроечного резисторов, что к тому же обеспечивает возможность подстройки таких величин, как и , и и .

Разработанный БМР обладает такими характеристиками:

· = 1,914 с

· = 2,08 с

· = A

· = A

В приложении к курсовому проекту на листе формата А1 представлены:

· Сборочный чертёж БМР

· Принципиальная схема

· Графический расчёт

Для удобства просмотра чертежа, в связи с малыми размерами, обмотки постоянного тока БМР показаны в виде одной.

В приложении А находится названия деталей БМР.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Хорьков Э.В., Конспект лекций доцента Семёнова В.И./ Хорьков Э.В., рукопись, 2006г.

2. Электромагнитные устройства автоматики. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Элементы и устройства автоматики»/ Разраб. В.И. Семёнов. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2005 – 54 с.

3. Миловзоров В.П., Электромагнитные устройства автоматики/Миловзоров В.П., -Москва: Высшая школа ,1974.-437с. с ил.

4. Усатенко С.Т., Выполнение электрических схем по ЕСКД / Усатенко С.Т.- Москва: Высшая школа ,1989 .-257с. с ил.

Приложение А

Перечень элементов

Поз обозначение	Наименование		Кол	Примечание
1	Стальная пластина	1
2	Болт		2
3	Обмотки трансформатора		1
4	Защитный кожух		1
5	Обмотки БМР		1
6	Печатная плата		1
7	Сердечник БМР		2
8	Каркас сердечника БМР		2
9	Обмотки постоянного тока БМР		2
10	Латунный болт		1
11	Текстолитовый каркас		2
12	Сердечник трансформатора		1
13	Обмотки трансформатора		1
14	Каркас сердечника трансформатора		1
15	Построечный резистор		2
16	Ограничивающий резистор		2
17	Штекерное соединение		1
18	Диод		4
19	Выпрямительный мост		1