В результате расчета магнитной цепи определяется необходимая МДС обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемую МДС, а с другой — чтобы ее максимальная температура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.
В зависимости от способа включения различают обмотки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряжение, приложенное к обмотке, постоянно по своему действующему значению, во втором — сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.
Расчет обмотки электромагнита постоянного тока.
На рис. 4.8 показаны магнитопровод и катушка электромагнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2.
Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.
Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение и МДС.
Сечение обмоточного провода находим, исходя из потребной МДС:
, (4.13)
откуда , (4.14)
где — удельное сопротивление; — средняя длина витка (рис. 4.8); — сопротивление обмотки, равное .
Из (4.13) следует, что при неизменной средней длине витка и заданном МДС определяется произведением .
Если при неизменном напряжении и средней длине витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число витков. Ток в обмотке возрастет, так как сопротивление ее уменьшится за счет уменьшения числа витков и увеличения сечения провода.
По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится ближайший стандартный диаметр провода.
Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла, определяется следующим образом: .
Число витков обмотки при заданном сечении катушки определяется коэффициентом заполнения по меди , где – площадь, занимаемая медью обмотки; – сечение обмотки по меди. Число витков . Тогда мощность, потребляемая обмоткой, определится выражением
.
Для расчета обмотки тока исходными параметрами являются МДС и ток цепи .
Число витков обмотки находится из выражения . Сечение провода можно выбрать исходя из рекомендуемой плотности тока, равной 2…4 А/мм2 для продолжительного, 5…12 А/мм2 для повторно-кратковременного, 13…30 А/мм2 для кратковременного режимов работы.
Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы обмотки и электромагнита не превышает 500 ч. Площадь окна, занимаемого рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода
.
Зная , можно определить среднюю длину витка, сопротивление обмотки и потери в ней. После этого может быть проведена оценка нагрева обмотки.
Расчет обмотки электромагнитов переменного тока.
Исходными данными для расчета обмотки напряжения являются амплитуды МДС, магнитного потока и напряжение сети. Напряжение сети уравновешивается активным и реактивным падениями напряжения
, (4.15)
где и – действующие значения напряжения и тока, соответственно.
Поскольку ток и сопротивление могут быть рассчитаны только после определения числа витков, то формула (4.15) не позволяет сразу найти все параметры обмотки. Задача решается методом последовательных приближений.
Так как активное падение напряжения значительно меньше реактивного, то в начале расчета принимают .
Тогда число витков обмотки .
Поскольку при расчете мы пренебрегли активным падением напряжения, то действительное число витков должно быть несколько меньше. Обычно . Тогда .
Сечение провода определяют, задавшись плотностью тока в зависимости от режима работы. Выбрав стандартный диаметр и способ укладки провода, находим коэффициент заполнения и площадь окна обмотки .
После этого определяем среднюю длину витка и активное сопротивление обмотки .
Если после подстановки полученных данных в (4.15) левая часть отличается от правой более чем на 10 %, то необходимо варьировать число витков до получения удовлетворительного совпадения.
После расчетапроводится проверка обмотки на нагрев. Расчет ведется так же, как и для обмоток постоянного тока.
Особенностью является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод выделяемого в обмотке тепла через сердечник затруднен, точка с максимальной температурой лежит на внутреннем радиусе обмотки. Для улучшения охлаждения стремятся увеличивать поверхность торцов катушки при уменьшении ее длины.