1avtoportal.ru


Горец почечуйный купить киев
16 1225

    Почему греется сердечник на электромагните переменного тока

    Раздел: Расширение вен Дата публикации: 08.11.2015, 20:48

    Чеботков Э.Г. Конспект лекций по ЭА
    скачать (4621 kb.)
    Доступные файлы (1):

    n1.doc


    Лекция №4.
    Тема лекции:
    Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Расчет силы тяги, формула Максвелла. Сила тяги электромагнитов переменного тока. Магнитный демпфер.
    СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

    а) Энергетический баланс электромагнита постоянно­го тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1,а). После включения цепи напряжение источ­ника уравновешивается активным падением напряжения и э. д. с. самоиндукции:

    (4.1)
    Умножив обе части уравнения на idt, получим:

    (4.2)
    Произведя интегрирование, получим:

    (4.3)
    где потокосцепление к моменту времени

    Левая часть равенства представляет энергию, кото­рая затрачена источником тока. Первый член правой части есть потери энергии в активном сопротивлении цепи, второй—энергия, затраченная на создание магнит­ного поля. До тех пор, пока сила, развиваемая элек­тромагнитом, меньше силы пружины, якорь электромаг­нита неподвижен, и потокосцепление нарастало при неизменном значении рабочего зазораА- Зависимость при этом зазоре представлена кривой 1 рис..

    Допустим, что при достижении значения потокосцепления Wt сила электромагнита стала больше силы пру­жины и якорь переместился в положение, при котором рабочий зазор стал равенТак как при меньшем за­зоре проводимость рабочего зазора возрастает, потокосцепление увеличится до значения _ Величина тока при этом увеличится до значения' Если изобразить зависимость при зазорето получим кривую 2 рис.4.1б. До начала трогания якоря энергия магнитного поля, запасенная в цепи, равна:
    (4.4)
    где масштаб по оси тока, А/мм; масштаб по оси потокосцепления, площадь криволинейного треугольника Оаb, мм

    Рис.4.1.К определению силы тяги электромагнита
    При движении якоря потокосцепление изменится от доЭнергия магнитного поля при этом возросла на величину .42, равную:

    (4.5)

    гдеплощадь криволинейной трапеции.

    При переходе от зазорак зазору_ якорь элек­тромагнита совершил механическую работу Л3.

    Энергия, накопленная в магнитом поле, к концу хода равна Л4:

    (4.6)

    На основании закона сохранения энергии можно на­писать:

    (4.7)

    Механическая работа, совершенная якорем электро­магнита, определяется из

    (4.8)

    Согласно рис. эта энергия равна:

    (4.9)
    б) Расчет силы тяги электромагнита постоянного то­ка. Средняя сила на ходе якоря от 6i до 62 равна:

    (4.10)

    гдеперемещение якоря, а уменьшение зазора.

    Следует учитывать, что(рис. 4.1,а). Тогда

    Для расчета силы, развиваемой электромагнитом, необходимо определить механическую работу Л3, совер­шаемую электромагнитом при небольшом перемещении якоря, после чего разделить эту работу на изменение зазора, что в пределе дает:

    (4.11)

    Силадействует в сторону уменьшения зазора.

    Очевидно, что для каждого элементарного переме­щения якоря можно определить свое А3 и найти сред­нюю силу, развиваемую на данном участке хода якоря.

    Зависимость тяговой силы электромагнита от вели­чины рабочего зазора при неизменном значении тока в его обмотке называется статической характеристикой электромагнита. Величина силы может быть найдена с помощью рис. 4.2:

    (4.12)

    Рис. 4.2. К определению силы тяги
    Эта сила развивается электромагнитом при среднем зазоре

    (4.13)

    Аналогично определяется сила

    (4.14)

    которая развивается при среднем зазоре

    (4.15)

    На готовом электромагните статическая характеристика может быть легко снята. Для этого в воздушный зазор электромагнита ставится немаг­нитная прокладка, после чего к электромагниту подводится напряжение. С помощью динамоме­тра постепенно увеличивается противодействующая сила до тех пор, пока якорь не оторвется от сердечника. Эта сила в момент отрыва будет равна статическо­му усилию при зазоре, равном толщине прокладки. После этого меняют толщину прокладки и опыт повторяют при новом значении зазора.

    Величина силы, развиваемой электромагнитом, мо­жет быть рассчитана с помощью формулы Максвелла. Если поле в рабочем зазоре равномерно и по­люсы ненасыщены, то формула Максвелла для силы в одном зазоре имеет вид

    (4.16)

    в) Аналитический расчет силы для ненасыщенных электромагнитов. Исходя из закона сохранения энергии, можно показать, что энергия, полученная магнитным полем при элементарном перемещении якоря, равна механической работе, произведенной якорем, и измене­нию запаса электромагнитной энергии:

    (4.17)

    гдеэлементарная энергия, полученная полем при перемещении якоря;элементарная работа, произведенная якорем;приращение магнитной энергии.
    Из уравнения легко получить:

    (4.18)

    Учитывая, что (для линейной магнитной цепи), получаем:

    (4.19)

    Для статической тяговой характеристики так как ток в цепи не меняется. Тогда

    (4.20)

    Для клапанного электромагнита потокосцепление зависит от рабочего потока и потока рассеяния:

    (4.21)
    Поскольку цепь линейна (пренебрегаем насыщением стали), то потокосцепление обусловленное рабочим потоком Фг, равно:

    (4.22)

    Потокосцепление Ч7в, обусловленное потоком рассеяния, в свою очередь равно:

    (4.23)
    Подставив , получим:
    (4.24)

    Поскольку проводимость рассеяния от зазора б не за­висит, тоСила, развиваемая электромагни­том, будет равна:

    (4.25)
    Если известна аналитическая зависимость, то находится дифференцированием. В уравнение (4.25) подставляется интересующего нас значения зазора Если G6 определяется в результате графического построения поля, то вначале производится расчетдля ряда положений якоря, после чего графически строится зависимостьi и производится графическое дифференцирование.

    При достаточно малом зазоре для системы рис. 3.1

    (4.26)

    Тогда величина силы F равна:

    (4.27)
    Согласно выражению сила, развиваемая электромагни­том, пропорциональна квадрату н. с. катушки, площади полюса и обратно пропорциональна квадрату величины зазора. Зависимостьпри неизменной н. с. катушки представлена на рис. 4.3 (кривая 1). По мере уменьшения б величина силы резко возрастает, причем при б = 0 сила принимает бесконечное значение. В дей­ствительности при б = 0 величина потока в системе опре­деляется магнитным сопро­тивлением цепи, которое резко возрастает по мере насыщения материала магнитопровода, и сила имеет конечное значение. Кривая 2 на рис.4.3 изображает зависимость, снятую эксперимен­тально. Сравнение этих кри­вых показывает, что при больших зазорах, когда поток в системе мал и паде­нием магнитного потенциала в сердечнике можно пре­небречь, расчетная и экспериментальная кривые почти полностью совпадают. При малых зазорах сила, разви­ваемая электромагнитом, имеет конечное значение.

    Рис. 4.3. Тяговая характеристика
    Многочисленные исследования пока­зали, что для расчета силы в насыщенных электромаг­нитах можно пользоваться формулой (4.25), но только вместоберется падение магнитного потенциала в рабочем зазоре:

    (4.28)

    Величинунаходят в результате расчета магнитных цепей.

    Поскольку формула Максвелла учитывает реальную индукцию между полюсами, то она также мо­жет быть использована при условии, что поле в зазоре равномерно и вектор индукции перпендикулярен к по­верхности полюса.

    г) Сила тяги электромагнита переменного тока. Рас­смотрим задачу применительно к клапанному электро­магниту с двумя рабочими зазорами, сделав следующие допущения: магнитное сопротивление стали, активное сопротивление обмотки и потери в стали рав­ны нулю; напряжение, ток и поток меняются по синусо­идальному закону.

    В этом случае поток, а следовательно, потокосцепление не зависят от величины зазора .

    Тогда мгновенное значение силы будет равно:

    (4.29)

    Подставив, получим:

    (4.30)
    Поскольку при данном зазорене зависят от времени, можно записать:


    (4.31)

    Производная может быть найдена графическим дифференцированием зависимости, которая получается из расчета магнитной цепи. Величинаопределяется приложенным напряжением.

    Мгновенное значение силы при наличии двух рабо­чих зазоров может быть найдено по формуле Максвел­ла (4.16). Для амплитуды силы получим:

    Поскольку при изменении зазора амплитуда потока и индукции не изменяются, амплитуда силы от зазора не зависит. Однако если учесть активное сопротивление обмотки, то, как было показано, с ростом зазора поток в системе уменьшается, что приводит к уменьше­нию амплитуды силы.

    Рассмотрим теперь изменение силы во времени. Со­гласно (4.31) сила меняется во времени по следующему закону:

    (4.32)
    Мгновенное значение силы пульсирует с двойной часто­той по отношению к частоте тока. Среднее значение силы равно половине амплитудного значения:

    (4.33)
    Для притяжения якоря необходимо, чтобы среднее зна­чение силы было больше противодействующего усилия.

    Изменение силы во времени отрицательно сказывает­ся на работе электромагнита. В определенные моменты времени сила противодействующей пружины становится больше силы электромагнита, при этом происходит от­рыв якоря от сердечника. По мере нарастания силы электромагнита снова происходит притяжение якоря. В результате якорь электромагнита будет непрерывно вибрировать, создавая шум и ненормальные условия ра­боты механизма или контактов. В связи с этим прини­маются меры для устранения вибрации.

    В однофазных электромагнитах наибольшее распро­странение получило использование короткозамкнутого витка. Эскиз полюса такого электромагнита представ­лен на рис.4.4. Наконечник полюса расщеплен, и на большую его часть насажен короткозамкнутый виток, выполненный из меди или алюминия. Для получения бо­лее ясной картины примем, что сопротивление стали рав­но нулю и существует только один рабочий зазор.

    Благодаря наличию короткозамкнутого витка поток отстает по фазе относительно на угол. Каждый из потоков под своей частью по­люса создает свою силу.

    Рис. 4.4. Полюсный наконечник с к.з. витком

    В верхней части полюса развивается сила F\, равная:

    (4.34)
    В нижней части полюса развивается сила F2, равная:

    (4.35)
    Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме сил

    Если изобразить соответствующими векторами, то амплитуда пе­ременной составляющей может быть найдена из вектор­ной диаграммы

    (4.36)

    Обычно электромагнит проектируется таким образом, чтобы минимальная сила FMI№, развиваемая электромаг­нитом, была больше противодействующей силы:

    (4.37)

    Очевидно, что чем меньше, тем меньше будет пульсация силыИз уравнения следует, что равно нулю при. При таком соотношении величин в момент перехода через нуль силы сила достигает максимального значения. В любой точке сумма равна постоянной величине. Поскольку короткозамкнутый виток уменьшает поток под нижней частью полюса, то с целью выравнивания Fcpi иэтот виток охватывает большую часть полюса (обычно 2/3).

    Угол сдвига фаззависит от магнитного сопротив­ления зазора R Ь2 и параметров короткозамкнутого витка:

    (4.38)

    Откуда следует, что чем больше рабочий зазор, а сле­довательно, итем меньше будет уголВ связи с этим короткозамкнутый виток оказывает положительный эффект только при малых зазорах. При больших зазорах
    иугол . Следовательно, никакого сдвига фаз между потоком не будет. Индуктивное сопротивление виткатакже уменьшает уголпоскольку при этом уменьшается . Обычно

    При наличии трехфазного источника питания для уменьшения вибрации можно использовать естественный сдвиг потоков в этой системе.

    Если принять, что в магнитном отношении все три фазы магнита симметричны и насыщение отсутствует, то величина силы, развиваемой под каждым полюсом, будет равна:

    (4.39)

    Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме этих сил:

    (4.40)

    Таким образом, в трехфазном электромагните резуль­тирующая сила, действующая на якорь, во времени не меняется. Однако и в этом электромагните вибрация якоря полностью не устраняется. При прохождении по­тока в каждой фазе через нуль сила, развиваемая этой фазой, также равна нулю. В результате точка приложе­ния электромагнитной силы перемещается. Поскольку точка приложения противодействующей силы неизменна, то возникает перекатывание якоря, т.е. вибрация.

    Лекция № 5.
    Тема лекции:

    Тяговые и механические характеристики электромагнитов постоянного и переменного тока.

    Динамика электромагнитов, время трогания и движения. Ускорение и замедление срабатывания
    г) Сравнение статических тяговых характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока. Для электромагнитов постоянного и переменного тока вели­чина силы может быть рассчитана по формуле Макс­велла

    (5.1)

    Если площади полюсов у электромагнитов одинаковы и одинаковы максимальные значения индукции в рабочих зазорах, то максимальное значение силы в электромаг­ните переменного тока будет равно силе, развиваемой электромагнитом постоянного тока. Поскольку среднее значение силы при переменном токе FCp равно Fm/2, то средняя сила, развиваемая электромагнитом переменно­го тока, в 2 раза меньше силы, развиваемой электромаг­нитом постоянного тока.

    Таким образом, при той же затрате стали электро­магнит постоянного тока развивает в 2 раза большее усилие, чем электромагнит переменного тока.

    Теперь сравним характеристики F = f(б) для электро­магнитов постоянного и переменного тока клапанного типа. Как было показано, с ростом зазора вели­чина силы меняется обратно пропорционально квадрату зазора. В связи с этим клапанный электромагнит посто­янного тока либо имеет малый рабочий ход якоря, что­бы развить большую силу, либо катушка должна иметь большую н. с, чтобы создать необходимый поток при большом сопротивлении воздушного зазора.

    В электромагните переменного тока средняя сила в 2 раза меньше, чем у электромагнита постоянного тока при том же значении индукции. Однако с ростом зазора, с одной стороны, растет магнитное сопротивление рабо­чего зазора, с другой — растет ток в обмотке, так что по­ток в рабочем зазоре падает только за счет активного падения напряжения в обмотке. Таким образом, элек­тромагнит переменного тока как бы имеет автоматиче­скую форсировку. При большом зазоре создается боль­шая н. с. обмотки, которая обеспечивает необходимую величину потока в рабочем зазоре. В связи с этим элек­тромагниты переменного тока могут работать при отно­сительно больших ходах якоря.

    ОСНОВЫ ТЕОРИИ, ДИНАМИКА РАБОТЫ И ВРЕМЯ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

    В большинстве электромагнитов, имеющих обмотку напряжения, процесс срабатывания имеет динами­ческий характер.

    После включения обмотки электромагнита происходит нарастание магнитного потока до тех пор, пока сила тяги не станет равна противодействующей силе. После этого якорь начинает двигаться, причем ток и магнитный поток изменяются по весьма сложному закону, определяемому параметрами электромагнита и противодействующей силой. После достижения якорем конечного положения ток и маг­нитный поток будут продолжать изменяться до тех пор, пока не достигнут установившихся значений. Время сраба­тывания электромагнита — это время с момента подачи на­пряжения на обмотку до момента остановки якоря:

    где —время трогания, представляющее собой время с начала подачи напряжения до начала движения якоря; — время движения, т. е. время перемещения якоря из положения при зазоре до положения при зазоре.

    К моменту остановки якоря переходной процесс еще не закончен и ток в обмотке продолжает возрастать от значе­ния до установившегося значения .

    Рассмотрим подробно все эти стадии для электромагни­та постоянного тока с обмоткой напряжения.
    а) Время трогания.

    После включения цепи напряжение источника уравновешивается активным падением напряже­ния и противо-ЭДС обмотки:
    U
    Так как в начальном положении якоря рабочий зазор относительно велик, то магнитную цепь можно считать не насыщенной, а индуктивность обмотки — постоянной. По­скольку и , можно преобразовать:

    .

    Решение этого уравнения имеет вид

    ,
    где — установившееся значение тока; — постоянная времени цепи.

    Ток обмотки, при котором начинается движение якоря, называется током трогания , а время нарастания тока от нуля до — временем трогания .

    Для момента трогания выражение для тока можно записать в виде

    Решив относительно , получим

    .

    Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения , увеличиваясь с приближени­ем этого отношения к единице.

    б) Движение якоря.
    Как только начинается движение якоря (точка а на рис.1), зазор уменьшается и его магнитная проводимость возрастает и индуктивность обмотки увеличиваются, поскольку. Так как при движении якоря индуктивность из­меняется, то примет вид

    .
    При движении якоря поэтому и начи­нают уменьшаться, поскольку сумма всех слагаемых равна неизменному значению напряжения источника U. Зависимость тока от времени показана на рис. Чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока. В точке b, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается. Далее ток меняется по закону

    где— постоянная времени при.

    Начало движения якоря имеет место при (рис.). При движении якоря ток вначале еще немного нара­стает, а затем падает до значения, меньшего . Таким образом, во время движения якоря, когда зазор меняет­ся от начального до конечного , ток в обмотке зна­чительно меньше установившегося значения . Поэтому и сила тяги, развиваемая электромагнитом в динамике, зна­чительно меньше, чем в статике при .
    в) Отпускание электромагнита.
    При размыкании цепи обмотки электромагнита магнитный поток в нем начинает уменьшаться из-за введения в цепь большого сопротивления дугового или тлеющего разряда между контактами. Маг­нитный поток уменьшается, и в момент, когда сила тяги электромагнита становится меньше усилия пружины, проис­ходит отпускание якоря. Время отпускания состоит из времени спада потока от установившегося до потока отпускания и времени движения .

    Процесс отпускания описывается уравнением
    ,
    где — сопротивление искры (дуги); — индуктивность цепи обмотки при конечном зазоре.

    Если положить, что, то решение уравнения примет вид

    где — постоянная времени, равная . Обыч­но .

    Так как велико, то очень мало. Процесс спада тока, а следовательно, и магнитного потока протекает очень быстро. Если сердечник, на котором размещается обмотка, сплошной и имеет большое сечение, то спад магнитного потока замедляется, так как в сердечнике возникают вих­ревые токи, поле которых стремится поддерживать спада­ющий поток . Это необходимо учитывать при рас­чете .

    После трогания якоря его движение происходит за счет усилия противодействующей пружины. Время движения при отключении определяется выражением
    ,
    где

    –среднее значение усилия противодействующей пружины при конечном и начальном зазоре,

    масса подвижных частей электромагнита.
    г) Ускорение и замедление срабатывания и отпускания электромагнитов постоянного тока.
    В большинстве случаев основную часть времени срабатывания составляет время тро­гания. Поэтому для изменения времени срабатывания воз­действуют прежде всего на .

    Допустим, что ток трогания не изменяется (неизменна сила противодействующей пружины). Рассмотрим влияние активного сопротивления цепи при неизменных индуктивно­сти и питающем напряжении. После включения электромагнита ток в обмотке изменяется по выражению

    .

    Скорость на­растания тока
    .

    И при
    .
    Таким образом, скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи и определяется только питающим напряжением и индуктив­ностью цепи, . Изменение тока во времени при различных значениях активного сопротивления цепи и показано на рис.1.

    Следует отметить, что, поскольку и— одинакова для обоих случаев кривая тока идет выше кривой тока и, что обеспечивает ускорение срабатывания при . Это же следует из анализа. По мере увеличения сопротивления уста­новившийся ток приближается к току, знаме­натель у логарифма стремится к нулю, а сам лога­рифм растет до бесконечно большого значения. Поэтому увеличение активного сопротивления ведет к росту времени трогания . Постоянная времени Т с ростом сопротивления уменьшается, и, следовательно, снижается время трогания, но влияние этого множителя меньше, чем влияние логарифма. Чем меньше активное сопротивление цепи, тем быстрее будет срабатывать электромагнит. Для уменьшения сопротивления R при неизменной индуктивности L необходимо увеличивать сечение обмоточного прово­да q, что вызывает увеличение окна Q0 и габаритов элект­ромагнита в целом. Мощность, рассеиваемая в виде тепла, также возрастает, что требует увеличения по­верхности охлаждения катушки. Ускорить срабатывание электромагнита при неизменных его габаритах можно с по­мощью специальных схем форсировки. Для того чтобы до­биться эффекта уменьшения сопротивления R при неизмен­ных размерах электромагнита, широко применяется схема форсировки (рис. 1). Введенный в схему добавочный резисторшунтирован размыкающим контактом К1, связанным с якорем электромагнита. После замыкания кон­такта К2 малое сопротивление обмотки R способствует быстрому нарастанию тока до тока трогания. После начала движения якоря контакт К1 размыкается и в цепь вводится сопротивление, благодаря чему мощность Р, выделяе­мая в обмотке, ограничивается в соответствии с выраже­нием

    Иногда вместо контакта К.1 используется конденсатор С. В первый момент времени незаряженный конденсатор уменьшает падение напряжения на резисторе , благода­ря чему обеспечивается форсировка электромагнита. В установившемся режиме ток в цепи ограничивается резисто­ром . Емкость конденсатора, мкФ, рекомендуется брать равной
    ,
    где L — индуктивность обмотки электромагнита, Гн; R — ее активное сопротивление, Ом; — сопротивление до­бавочного резистора, Ом.

    а) б)

    Рис.1. Изменение тока в обмот­ке при включении. Схема форсировки электромагнита (а); ток в обмотке элек­тромагнита при различных активных сопротивлениях цепи (б).
    Рассмотрим влияние питающего напряжения на время трогания. При уменьшении питающего напряжения умень­шается значение установившегося тока, что ведет к уве­личению значения . При время трогания .

    Минимальное напряжение, при котором электромагнит может сработать, . С ростом питающего напряже­ния время трогания уменьшается в связи с уменьшением из-за роста. Зависимость изображена на рис.1. Иногда возникает необходимость ускорить срабатывание уже готового электромагнита, не затрагивая его конструк­цию и входящие в нее узлы и детали. Увеличение питающе­го напряжения без изменения активного сопротивления цепи ведет к ускорению срабатывания, но обмотка электромаг­нита может сгореть, если при номинальном значении пита­ющего напряжения ее температура близка к предельно до­пустимой. В этих случаях рекомендуется при повышении питающего напряжения в цепь включать добавочный рези­стор, сопротивление которого обеспечивает неизменность тока . Ускорение срабатывания происходит за счет умень­шения постоянной времени. Величина остается неизменной.

    На рис.2 показаны зависимости при различ­ных значениях и при неизменном установившемся токе электромагнита. Кривые показывают, что чем больше по­стоянная времени, тем больше время трогания.

    Рис.2.Зависимость времени трогания от напряжения питания и зависимости i=f(t) при различных постоянных времени и неизменном значении .
    Отметим, что при прочих равных условиях увеличение натяжения противодействующей пружины ведет к росту и .

    Для создания электромагнитов замедленно­го действия применяется короткозамкнутая обмотка. Та­кая обмотка может иметь всего один виток в виде медной или алюминиевой гильзы, надеваемой на сердечник элект­ромагнита. Электромагнит с короткозамкнутой обмоткой w2 показан на рис. 3.

    При включении питающей обмотки и нарастании созда­ваемого ею магнитного потока в короткозамкнутой обмотке наводится ЭДС. Последняя вызывает ток такого направле­ния, при котором магнитный поток короткозамкнутой обмот­ки направлен встречно потоку питающей обмотки. Резуль­тирующий поток равен разности этих потоков. Скорость нарастания потока в электромагните уменьшается и время трогания увеличивается.

    Если принять, что короткозамкнутая обмотка пронизы­вается тем же потоком, что и питающая (отсутствует рас­сеяние), то поток нарастает по экспоненте с суммарной по­стоянной времени :

    где – установившийся поток; ; — постоянные времени обмоток.

    Если пренебречь потоками рассеяния, то индуктивности обмоток согласно равны:

    ;

    При отпущенном якоре и значение мало. Суммарная постоянная времени невелика, и замед­ление электромагнита при срабатывании получается не­большим.

    Рис.3. Электромагнит замедленного действия, изменение тока в обмотках электромагнита при отключении
    При отключении электромагнита можно считать, что ток в питающей обмотке практически мгновенно спадает до нуля из-за быстрого нарастания сопротивления дугового промежутка в отключающем аппарате К (рис. 3).

    Поскольку магнитный поток в системе мгновенно не мо­жет измениться, в короткозамкнутой обмотке возникает ток
    .

    Спадание магнитного потока определяется процессом за­тухания этого тока. При спадании потока в короткозамкнутой обмотке наводится ЭДС и возникает ток, направленный так, что поток, создаваемый обмоткой , препятствует уменьшению потока в системе. Замедленное спадание пото­ка создает выдержку времени при отпускании.

    Для короткозамкнутой обмотки и ненасыщенной маг­нитной системе можно записать

    ,
    Решив уравнение, получим

    где — начальное значение тока в короткозамкнутой об­мотке (при t=0); — индуктивность короткозамкнутой обмотки при притянутом якоре. Очевидно, что . Ум­ножив обе части на получим

    где—установившийся магнитный поток при включенной питающей обмотке.

    Рабочий зазор при притянутом якоре в десятки и даже, в сотни раз меньше, чем при отпущенном. Поэтому посто­янная времени при притянутом якоре и замед­ление времени трогания при отпускании может достигать 10 с, тогда как задержка времени трогания при срабатыва­нии составляет доли секунды.

    После затухания тока i2 в цепи устанавливается оста­точный магнитный поток, определяемый кривой размагни­чивания материала магнитопровода и воздушным зазором . Возможны случаи, когда остаточный магнитный по­ток создает силу притяжения большую, чем сила, развива­емая пружиной. Происходит так называемое залипание яко­ря, когда якорь остается в притянутом положении после отключения питающей обмотки. Для устранения залипания на торце сердечника или якоря устанавливается тонкая не­магнитная прокладка. Наличие этой прокладки обеспечива­ет фиксированный достаточно малый конечный зазор, что приводит к снижению остаточного магнитного потока и устранению залипания.

    В электромагнитах для реле времени магнитная система при притянутом положении якоря сильно насыщена. В этом случае справедливо уравнение

    Решив уравнение относительно , получим

    ,

    где — магнитный поток, при котором усилие пружины равно электромагнитной силе; — начальное значение по­тока.

    Выдержка времени при отпускании при прочих равных условиях определяется начальным потоком Фу уравнения. Этот поток определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку на­пряжение и ток в обмотке пропорциональны, зависимость повторяет в другом масштабе зависимость . Если система при номинальном напряжении не на­сыщена, то поток Фу сильно зависит от питающего напря­жения. При этом выдержка времени также зависит от на­пряжения обмотки. Для независимости выдержки времени от питающего напряжения магнитная цепь электромагнитов делается сильно насыщенной. На рис.4 представлена кривая намагничивания магнитной системы . В зо­не насыщения колебания питающего напряжения на ведут к незначительному изменению установившегося по­тока и колебанию времени отпускания в пределах от до . Вся рабочая зона лежит в области напряжений вы­ше . При работе в ненасыщенной зоне даже небольшие колебания питающего напряжения приво­дят к значительному изменению потока Фу и выдержки времени на отпускание.

    В разнообразных схемах автоматики, в которых исполь­зуются электромагниты, напряжение на их питающие обмот­ки может подаваться кратковременно. В этом случае для стабильности выдержки времени при отпускании необходи­мо, чтобы длительность приложения питающего напряжения была достаточна для достижения потоком установившегося значения.

    Рис.4.. Характеристика намагничивания магнитной системы и зави­симость времени отпускания от напряжения питания

    Это время называется временем подготовки или зарядки. Если длительность приложения напряже­ния меньше этого времени, то выдержка времени уменьша­ется. Время зарядки зависит от габаритов реле и состав­ляет около 1 с.

    На выдержку времени электромагнита влияет темпера­тура короткозамкнутой обмотки. Согласно

    .

    Здесь t — время отпускания; — температура нагретой короткозамкнутой обмотки.

    Заводы-изготовители гарантируют работу таких элект­ромагнитов в диапазоне температур от -– 40 до +60 °С. Если температура короткозамкнутой обмотки равна окру­жающей, то при указанном изменении температуры сопро­тивление, а следовательно, и выдержка времени изменятся почти в 1,5 раза. В среднем можно считать, что изменение температуры на каждые 10 °С ведет к изменению времени выдержки на 4 %. Зависимость выдержки времени от температуры является одним из основных недостатков электро­магнитов с короткозамкнутой обмоткой.


    Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Расчет силы тяги, формула Максвелла. Сила тяги электромагнитов переменного тока. Магнитный демпфер

    Источник: http://nashaucheba.ru/v48495/чеботков_э.г._конспек...

О сайте

1avtoportal.ru