Помогите с расчетом эл/магнитного клапана

[Sanyo]

Добрый день! Принесли в ремонт "паровой котел" KARCHER. Проблема - пробой и выгорание катушки электро-магнитного клапана. Неделя поиска по всем фирмам и "барахолкам" ничего не дала! Был найден подобный, хотя с большим диаметром фирмы BOSCH, за 35$, что меня не устроило! Пытался найти пускатели и реле с подобным диаметром сердечника, но по длине они не становятся! Решил распилить родную катушку, чтоб перемотать! А оказалось, что это не совсем катушка, а замкнутый магнитный контур, типа пускателя, либо трансформатора! Вот теперь стоит дилемма, как рассчитать количество витков! Посчитать родные - нереально, максимум известен диаметр провода и мотать до заполнения....... Не знаю, вариант ли это? Хотелось подойти с научной стороны! Ну, за основу я взял, с детства знакомую формулу расчета маломощных трансформаторов: 50/Sсерд(см)=витков/1вольт. Диаметр сердечника ровно 10 мм, следовательно площадь у меня получилась 78 мм2. Далее по формуле получилось порядка 14000 витков! Но, так как тело самого клапана имеет латунную вставку, то реальный диаметр немного меньше (на сколько - я не знаю, он завальцован и герметичен), да и формула работает для наборного железа, а здесь монолит! Я на правильном пути, в своих расчетах?

Фото прилагаю!

[akegor]

Посчитать родные - нереально

Одним способом уже посчитали. Теперь площадь сечения обмотки поделить на сечение провода и учесть коэффициент укладки.
Сравнить два числа. И сделать выводы.

[Sanyo]

akegor, тоже вариант! Но, ведь родная отчего-то сгорела, причем броски напряжения исключаются!

[Alex9797]

Решил распилить родную катушку, чтоб перемотать! А оказалось, что это не совсем катушка, а замкнутый магнитный контур, типа пускателя, либо трансформатора!

Не совсем понятно, как устроен и как работает этот клапан. Если магнитопровод замкнут, то как он может двигать сердечник клапана. Неплохо бы нарисовать хотя бы простенький эскиз.

[Sanyo]

Alex9797, Нет, не постоянно замкнут! Только в момент срабатывания! На фотке сам клапан, а так же катушка в разборе! Вот в районе латунной части стоит сердечник, который в нормальном состоянии имеет зазор, около сантиметра, от стальной части с крепежной гайкой! При подаче напряжения - сердечник притягивается к стальной части, образуя уже замкнутый контур, со скобой которая находится вокруг катушки, ну реально, как реле, либо пускатели! 1 сантиметр - это приблизительно, но не больше!

[akegor]

ведь родная отчего-то сгорела

Катушка, видимо, на переменку? Весьма вероятны короткие витки.

[Sanyo]

akegor, ой, блин, не написал! Катушка на переменку 230 вольт 13ватт.

[Alex9797]

При подаче напряжения - сердечник притягивается к стальной части, образуя уже замкнутый контур

Это ключевая фраза, в 90% случаев дающая ответ на вопрос: "Почему сгорела катушка?"

Когда я занимался ну очень силовой электроникой, и когда 100 киловатт считались - ну, так себе, небольшая мощность, довелось получить важный урок. Надо было обеспечить управление от процессора мощным трехфазным контактором, который размыкал 1000 ампер при напряжении порядка 2000 вольт. Конечно, зазоры между контактами в разомкнутом состоянии были приличные, а между половинками сердечника - еще больше. Катушка тоже соответствовала, размеры внушительные. Диаметр провода тоже.

Измерения тока, потребляемого этой катушкой, показали 1...1,5 ампер. Ток небольшой, любой пятиамперный симистор легко справится. Я предпочитал делать запас побольше, чтобы по ночам спалось крепче, и поставил 10-амперный.
Попробовал управлять. Два-три раза контактор послушно щелкнул, а в очередной раз замкнулся, и больше не размыкался. Я проверил всю цепь, и оказалось, что симистор пробит. Заменил его на такой же - тот же результат. Некоторое время чесал репу, не понимая, как может 10-амперный симистор пробиться таким смешным током, менее 2 ампер? И возникла догадка - это ж я измерял ток, когда магнитопровод был замкнут. А когда разомкнут, индуктивность резко уменьшается, и ток будет больше?
Я вставил деревяшку между половинками сердечника, и подал напряжение на катушку. И офигел. В разомкнутом состоянии катушка жрала аж 45 ампер!
Тогда я проделал несколько замеров тока, при разных зазорах. Получилось, что такой большой ток держится почти на всем пути, и только при 5 миллиметрах начинает заметно снижаться. При зазоре 1мм ток был порядка 10 ампер. И снижался до 1...1,5 ампер только при полном замыкании сердечника.

Получается, что начиная с момента подачи питания на катушку проходит куча времени, пока массивная половинка сердечника стронется с места, пока преодолеет сопротивление пружин, пока пройдет весь длинный путь до замыкания - все это время катушка потребляет бешеный ток, в десятки раз превышающий номинальное значение.

Мораль сей басни такова:
Расчет катушек пускателей, клапанов и проч. подразумевает, что подвижная часть магнитопровода движется свободно, нигде не заклинивает, и при замыкании прилегает плотно по всей поверхности, без перекосов. И что этому прилеганию не мешают посторонние предметы. А если на катушку подано питание, а магнитопровод не замкнулся полностью, то через катушку будет протекать ток, в разы превышающий расчетное значение. При этом потребляемая мощность превышать расчетную в квадрат этих разов. И если это будет продолжаться достаточно долго, то катушка сгорит.

[Ан-162]

ведь родная отчего-то сгорела, причем броски напряжения исключаются!

Они изначально не блещут надежностью.
Я их на котельных переменял довольно много.
Тяжелый тепловой режим, если все время подавать номинальное питание.
После срабатывания желательно подавать пониженное.
Но для катушки на переменку это может быть проблематично.

И офигел. В разомкнутом состоянии катушка жрала аж 45 ампер!

10-амперный симистор с легкостью выдержит этот ток даже в течении секунды.
У тиристоров и симисторов очень хорошая перегрузочная способность.
Так как даже огромный контактор не срабатывает больше секунды, то причина не в этом.

А когда разомкнут, индуктивность резко уменьшается, и ток будет больше?

А какие применялись меры по защите симистора от dU/dt и превышения Uраб в момент выключения?

[Sanyo]

Тяжелый тепловой режим, если все время подавать номинальное питание

Да, там перегретый пар, примерно 120 градусов, плюс нагрев обмотки! А рабочая паспортная температура +145 на корпусе указана!

Народ, в своих расчетах я на правильном пути, либо тупо намотать до заполнения и не морочиться?