Лекция№6 электромагнитные механизмы

Большинство электрических аппаратов имеет в своём составе электромагнит. Конфигурация магнитной цепи электромагнита зависит от назначения аппарата и может быть самой разнообразной. Рассмотрим магнитную цепь простейшего электромагнитного механизма (ЭММ) (рис.23).

Рис.23. Магнитная цепь простейшего электромагнитного механизма

Магнитная цепь включает:

· якорь (1), подвижную часть ЭММ, механически связанную с тем, что необходимо переместить, перевернуть, например, с контактом магнитного пускателя КМП.

· Сердечник (2), жёстко закрепленную неподвижную часть ЭММ на которой сидит намагничивающая обмотка (3).

· воздушный (рабочий) зазор (4), размером – δ и площадью S_δ.

Кроме того в состав ЭММ входит возвратная пружина (5), воздействующая на якорь силой F_п.

При подаче напряжения на катушку создается магнитодвижущая сила F_мдс, под действием которой возбуждается магнитный поток Ф. Якорь намагничивается и притягивается к полюсам сердечника с силой магнитного притяжения F_м.

, (51)

где - магнитный поток в рабочем зазоре; - магнитная проницаемость воздуха; - площадь сечения воздушного зазора.

Задачей расчета магнитной цепи является либо определение магнитодвижущей силы катушки, необходимой для создания требуемого магнитного потока в рабочем зазоре (прямая задача), либо определение магнитного потока в рабочем зазоре по известной магнитодвижущей силе катушки.

Требуемый магнитный поток в рабочем зазоре определяется из выражения (1) при заданной F_м > F_п.

Прямая и обратная задачи могут быть решены с помощью двух законов Кирхгофа применительно к магнитной цепи:

1. Алгебраическая сумма потоков в узле магнитной цепи равна нулю.

(52) Сумма магнитодвижущих сил в отдельных, j -х частях магнитного контура равна сумме падений магнитных напряжений в этих частях.

, (53)

где - магнитное сопротивление j -о участка; - напряженность магнитного поля j -о участка; - длина j -о участка.

Электромагниты постоянного тока.

Электромагнитный поток в данной конструкции создаётся обмоткой постоянного тока. Действие не зависит от направления тока.

Тяговая статическая характеристика - зависимость силы магнитного притяжения от величины зазора.

- сила магнитного притяжения обратно пропорциональна величине зазора. Якорь по мере притягивания двигателя с ускорением, сила всё время увеличивается.

Согласование тяговой характеристики с нагрузкой электромагнита производится путём построения в одних осях тяговой характеристики и характеристик противодействующих пружин (рис.24). Такое согласование даёт возможность сделать заключение о работоспособности электромагнита.

Рис.24. Согласование тяговой характеристики с нагрузкой электромагнита

Для нормального срабатывания ЭММ необходимо, чтобы тяговая характеристика во всём диапазоне изменения хода якоря (от начального зазора δ_н до конечного δ_к) проходила выше характеристик противодействующих пружин. После замыкания контактов (зазор δ_кон) силе магнитного притяжения начинает противодействовать сила контактных пружин F_кп, сила противодействующих пружин F_п + F_кп, в этот момент возрастает скачком, а затем монотонно. Для чёткого возврата, отпускания якоря, необходимо, чтобы тяговая характеристика проходила ниже противодействующих характеристик. Если будет общая точка, то происходит зависание электромагнита.

Динамика срабатывания электромагнитов постоянного тока ( рис.25 ).

Рис.25. Кривая нарастания тока в катушке при включении электромагнита постоянного тока

Участок 0-a. Ток мал, тяговое усилие электромагнита меньше силы противодействующих пружин, якорь неподвижен. Время от момента приложения напряжения до момента трогания якоря – время трогания на включение t_тр.

Участок a-b. Точка а соответствует моменту, когда тяговое усилие электромагнита начинает превышать силы противодействующих пружин. Якорь трогается и движется до момента соответствующего конечному зазору δ_к. Точка b соответствует остановке якоря. Время от момента трогания до момента остановки якоря – время движения t_движ.

Участок b-с. Ток катушке нарастает до установившегося значения.

t_тр + t_движ – время включения.

Отключение электромагнита осуществляется путем обрыва тока в катушке. В зависимости от скорости гашения дуги на контактах выключающего аппарата ток в катушке и магнитный поток будут уменьшаться по некоторой кривой. В некоторый момент времени тяговое усилие электромагнита становится меньше силы противодействующих пружин, якорь начнет двигаться в положение соответствующее начальному зазору δ_н. Время от начала обрыва тока в катушке до момента трогания якоря – время трогания на отключение.

Время от начала момента трогания до остановки якоря – время движения.

время трогания на отключение + время движения – время отключения.

В некоторых случаях необходимо замедление или ускорить действие электромагнита. Широко применяется замедление действия электромагнита при помощи короткозамкнутого витка, имеющего малое электрическое сопротивление (рис.26)

Рис.26. Короткозамкнутый виток

При включении питающей обмотки в магнитной цепи нарастает магнитный поток Ф₁. Этот поток наводит в короткозамкнутом витке э. д. с. Последняя вызывает ток такого направления, при котором магнитный поток короткозамкнутого витка Ф₂ направлен навстречу потоку Ф₁. Результирующий поток равен алгебраической сумме этих потоков.

При отсутствии короткозамкнутого витка нарастание магнитного потока Ф и соответствующей ему силы магнитного притяжения F_м происходило бы по кривой 1 рис.27.

Рис.27. К пояснению принципа работы электромагнита постоянного тока с короткозамкнутым витком

При наличии короткозамкнутого витка скорость нарастание суммарного магнитного потока Ф и соответствующей ему силы магнитного притяжения F_м уменьшается и происходит по кривой 2 рис.27. При этом поток и сила магнитного притяжения достигнут требуемого для трогания значения через время t₂ > t₁. Время включения будет замедленно на время ∆t – выдержку времени на включение.

При отключении электромагнита замедляющий эффект выше 8-12 раз, чем при включении.

Электромагниты переменного тока.

Параметры и характеристики аналогичны электромагнитам постоянного тока. Основное отличие в характере силы магнитного притяжения. Так как ток, протекающий по катушке, изменяется по синусоидальному закону, то и магнитный поток также синусоидален. Поэтому сила магнитного притяжения также изменяется по гармоническому закону.

Чтобы якорь хорошо притянулся необходимо, чтобы среднее значение F_м было больше силы противодействующих пружин F_п + F_кп. Но существуют моменты времени, когда F_м < F_п + F_кп. В результате получается вибрация

якоря и шум при работе электромагнита переменного тока.

Вопросы для самопроверки:

· Магнитная цепь простейшего электромагнитного механизма.

· Расчет магнитной цепи.

· Как производится согласование тяговой характеристики с нагрузкой?

· Динамика срабатывания электромагнитов постоянного тока.

Дата добавления: 2014-01-20