Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл Электромагнитные явления.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

Электромагнитные явления.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Тема 7

Электромагнитные явления в электрических аппаратах
Магнитная система и материалы ЭА
Магнитная система – это совокупность проводников с током и магнитомягких элементов, предназначенных для создания заданной конфигурации магнитного поля и его значения в определенном месте пространства. Магнитные элементы образуют магнитопровод, который служит для уменьшения магнитного сопротивления потоку и подведения его к тому месту пространства, где поток используется.

Магнитная цепь – это упрощенное представление о магнитной системе и ее магнитном поле, при котором электромагнитные процессы описываются уравнениями, содержащими понятиями: МДС, магнитное напряжение, магнитный поток, магнитная проводимость, магнитное сопротивление. Эти понятия формально аналогичны понятиям: ЭДС, электрическое напряжение, ток проводимости, сопротивление электрической цепи.

Аналогия между электрическими и магнитными цепями формальна. Магнитные цепи большинства магнитных систем ЭА разомкнуты немагнитными зазорами, которые, однако, не прерывают магнитный поток, а только увеличивают магнитное сопротивление на его пути. Изоляционный промежуток в электрической цепи постоянного тока практически прерывает ток. Магнитная проницаемость зависит от потока, а электрическая удельная проводимость практически не зависит от тока (без учета нагрева проводника). Эти отличия делают расчеты магнитных цепей более сложными, чем расчеты электрических цепей.

Для расчета и анализа магнитных цепей постоянного тока используют три закона: первый и второй законы Киргофа и закон Ома для магнитных цепей.







Алгебраическая сумма магнитных потоков Ф в узле магнитной цепи равна нулю

Алгебраическая сумма магнит-ных напряжений на магнитных сопротивлениях любого произ-вольно выбранного контура равна алгебраической сумме МДС действующих в этом контуре

,

а – абсолютная магнит-ная проницаемость;

- удельная магнитного сопротивле-ния магнитного мате-риала

При расчете магнитной цепи решается обычно одна из двух задач: прямая и обратная. В прямой задаче известным является магнитный поток Ф (или магнитная индукция В) на некотором участке магнитной системы; требуется определить МДС обмотки F. В обратной задаче задана МДС обмотки, требуется определить поток (или индукцию). Как при прямой, так и при обратной задачах известны также все размеры магнитной системы и материал магнитопровода.

В большинстве случаев расчеты магнитных цепей постоянного тока проводится без учета гистерезиса намагничивания.

При изменении зазора происходит преобразование энергии и обеспечивается функционирование аппарата.
^ Магнитные материалы
В зависимости от значений коэрцитивной силы ферромагнитные материалы разделяются на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы (технически чистое железо, электротехнические стали, пермаллой) используются в магнитных системах как магнитопроводы, концентраторы магнитных потоков, якори электромагнитов. Эти материалы имеют малую коэрцитивную силу () высокие магнитную проницаемость и индукцию насыщения (, ^ Вs).

Магнитотвердые материалы имеют большую коэрцитивную силу () и в предварительно намагниченном состоянии используются как постоянные магнитыпервичные источники магнитного поля.

Наряду с ферромагнитными материалами применяют ферримагнетики (ферриты) – это полупроводники, в них значительно меньше потери энергии на вихревые токи в переменных полях. Ферриты бывают магнитомягкие (никелевые, марганцевые), так и магнитотвердыми (бариевые, строицевые).

Требования к материалам для магнитных цепей электромагнитов:

1. Магнитное сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости . Чем она выше, тем при меньшей м.д.с. обмотки и мощности возможно срабатывание магнита, при этом уменьшаются размеры обмоточного окна и всего магнита.

2. Важным параметром материала магнитопровода выступает индукция насыщения Вs тяговое усилие Qт пропорционально квадрату индукции. Поэтому, чем выше Вs, тем больше тяговое усилие электрического магнита при тех же размерах.

3. При обесточивании электрического магнита в магнитной системе существует остаточный магнитный поток ^ Фо, который определяется коэрцитивной силой Нс материала магнитопровода и проводимостью рабочего зазора.

Остаточный магнитный поток может оказаться таким, что произойдет так называемое залипание сердечника. Во избежании этого явления требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой (узкая петля гистериза).

Для устранения залипания в магнитной системе предусматривают конечный зазор, создаваемый специальными немагнитными прокладками.

^ Магнитные цепи электрических аппаратов
Магнитной цепью электрического аппарата называется совокупность его элементов, через которые замыкается магнитный поток.

Магнитный поток в аппаратах создается главным образом, обтекаемыми токами, значительно реже применяются постоянные магниты.

Магнитная система состоит из двух основных частей:

- сердечника электрического магнита – неподвижную часть магнитопровода, на которой установлена обмотка;

- якорь электромагнита – подвижная часть магнитопровода.

При подключении катушки электрического магнита к источнику питания часть электрической энергии, получаемой катушкой, превращается в тепловую, а остальная – расходуется на создание магнитного поля.

Магнитный поток, проходящий через якорь, создает электромагнитное усилие, вызывающее притяжение якоря к сердечнику. Таким образом, часть магнитной энергии, сообщаемой катушке электрического магнита, превращается при движении якоря в механическую.

Магнитные системы по роду тока делятся на системы:

- постоянного и переменного тока.

По способу действия: притягивающие; удерживающие.

Притягивающие служат для сообщения определенного движения подвижным частям аппарата.

Удерживающие служат для магнитного закрепления обрабатываемых деталей (электромагнитные плиты в плоскошлифовольном станке).

По характеру движения якоря магнитной системы делятся:

- с поступательным движением якоря;

- с поворотным якорем, имеющее вращательное движение.

По способу включения: с последовательной катушкой; с параллельной катушкой.

В первом случае катушка должна быть рассчитана на полный ток и сравнительно небольшое напряжение.

Во втором – на полное напряжение питания при сравнительно небольшом токе.

Магнитные системы аппаратов могут работать в различных режимах, определяющих условия их нагрева: длительный, ПКР, кратковременный.

Конструкции электромагнитных систем:

- клапанный тип – применяется как для постоянного, так и переменного тока. При отключении катушки от источника тока якорь отпадает от сердечника под действием отключающей пружины.

- с поворотным якорем – стремящемся установить в горизонтальном положении, преодолевая сопротивление отключающей спиральной пружины;

- со втягивающим якорем электромагнита броневого типа. Якорь втягивается в путь катушки при ее включенном состоянии.

- электромагниты с П-образного и Ш-образного типа. В электрических аппаратах переменного тока их магнитопровод выполняется шихтованием.

^ Особенности магнитных систем постоянного и переменного тока
Ток в катушках электромагнитов постоянного тока не зависит от положения якоря, т.е. от величины воздушного зазора, а зависит лишь от напряжения питающей сети и сопротивления цепи.

U = const, R = const, I = const.

Следовательно, при постоянном числе витков в катушке постоянного электромагнита н.с. Iw = const.

Изменение воздушного зазора между якорем и сердечником сопровождается в этом случае изменением магнитного потока, индукции и усилия, вызывающего притяжение якоря к сердечнику. Следовательно, Ф  const.



При переменном токе якоря электромагнита существенно влияет на величину тока. Питающий ток электромагнита зависит от величины не только активного, но и индуктивного сопротивления. При большом зазоре индуктивное сопротивление мало и ток значительно превосходит по величине ток при втянутом якоре. Таким образом, ток в катушке зависит от магнитного сопротивления магнитопровода, которое изменяется при изменении величины воздушного зазора, а поскольку I  const, н.с. Iw  const, магнитный поток

.



Рис. Формы магнитных систем электромагнитных аппаратов



Рис. Тяговые характеристики электромагнитных аппаратов:

^ 1 – короткоходовой магнит переменного тока; 2 – длинноходовой магнит переменного тока; 3 – то же постоянного тока



Рис. Кривые намагничивания и работа электромагнита



Рис. Кривая зависимости магнитной индукции от удельного электромагнитного усилия
Электромагниты
Магнит – это источник магнитного поля чаще всего в виде намагниченного ферромагнетика.

Электромагнит – это ферромагнитный сердечник из магнитомягкого материала с обмоткой, обтекаемой током.

Электромагниты широко применяются в различных электромагнитных механизмах, действия которых происходит вследствие притяжения подвижной части устройства (якоря) к неподвижной части (сердечнику) магнитопровода.

В системах автоматики электоромагниты применяются в качестве чувствительных, промежуточных и исполнительных элементов.

По роду тока в обмотке различают электромагниты постоянного и переменного тока.

Электромагниты постоянного тока, в свою очередь, подразделяются на нейтральные, которые не реагируют на полярность входного сигнала, и поляризованные, у которых направление перемещения якоря определяется полярностью управляющего сигнала.
^ Нейтральные электромагниты (ЭМ)
Классификация

Любой нейтральный электромагнит по конструктивному исполнению (способу действия) может быть отнесен к одной из пяти групп:

1. ЭМ клапанного типа;

2. ЭМ с втягивающимся якорем (ЭМ соленоидного типа, прямоходовой ЭМ, втяжной ЭМ);

3. ЭМ с поперечно движущемся якорем;

4. электромагнитные пропорциональные управляющие элементы (балансные электромагнитные системы, электромагнитные исполнительные устройства);

5. ЭМ с поворотным якорем.

При выборе ЭМ следует иметь в виду, что большим усилием и хорошей чувствительностью обладают ЭМ клапанного типа, большие ход якоря и быстродействие у втяжных ЭМ, тяговую характеристику любой формы обеспечивают ЭМ с поперечно-движущимися и поворотным якорями при соответствующем выборе профиля последних.

По длине хода якоря различают короткоходовые (до 8 мм) и длинноходовые (до 150 мм) ЭМ.

По быстродействию ЭМ подразделяются на три группы в зависимости от времени срабатывания и отпускания при работе в качестве дискретного элемента:

- быстродействующие (tсрб, tотн  50 мс);

- нормальные (tсрб, tотн = 50-150 мс);

- замедленного действия (tсрб, tотн > 150 мс).

По назначению ЭМ делятся на:

- приводные;

- перемещающие;

- фиксирующие;

- специальные.

По способу подсоединения обмоток различают ЭМ последовательного и параллельного включения.
Тяговая и механическая характеристики
В соответствии со 2-м законом Киргофа в любое мгновение переходного процесса при включении ЭМ

,

где ^ U – напряжение на зажимах катушки, с числом витков  и активным сопротивлением R.

Умножив обе части этой формулы на idt, получим уравнение энергетического баланса

,

где ^ Uidt – электрическая энергия, поступающая в обмотку за время dt; – тепловые потери в ее активном сопротивлении; idФ – энергия, затраченная на создание магнитного поля ЭМ в механическую работу движения якоря.

Отсюда после интегрирования приходим к выражению

,

где t и Ф – текущие координаты.

Известно, что ток в обмотке ЭМ, включений на постоянное напряжение, нарастает по экспоненциальному закону.

В некоторый момент он достигает значения тока трогания (1), якорь приходит в движение, в процессе которого рабочий зазор уменьшается, индуктивность обмотки растет и ток в ней падает до тех пор, пока якорь не притянется к сердечнику (3). По окончанию движения якоря ток опять начинает возрастать, достигая установившегося значения в точке 4 (см. рис.).






, , – на постоянный ток.

При условии, что магнитопровод ненасыщен, т.е. весь поток проходит через рабочий зазор, и во время движения якоря ток в обмотке ЭМ не изменяется (линейная зависимость).







Таким образом, энергия, сообщенная электрическому магниту, равна энергии, поступившей из сети, за вычетом потерь в катушке. При установившемся режиме вся энергия, поступающая из сети, расходуется на потери в катушке.

Величина запасенная в электромагните энергии на графике пропорциональна площади, ограниченной кривой (i) и осью ординат (заштрихованная площадь).



^ 1 – в цепи без стали;

2 – в цепи со сталью

Для системы со сталью индуктивность не является постоянной величиной, а зависит от степени насыщения системы тогда - на переменном токе.

Тяговой или электромеханической характеристикой ЭМ называют зависимость Qт() тягового усилия от длины воздушного зазора  при оговоренном характере изменений тока обмотки и противодействующих усилий во время срабатывания.

Различают статические и динамические тяговые характеристики. Статическая характеристика характеризует тяговое усилие ЭМ при фиксированном якоре. При движении якоря изменяется индуктивность системы и динамические характеристики, которые сохраняют в основном свой характер.

Статическая тяговая характеристика Qст – это зависимость электромагнитного усилия, действующего на неподвижный якорь от его положения, исчисляемого значением рабочего зазора при неизменной м.д.с.

Так как при ^ Iу = const энергия, забираемая из сети для превращения в механическую, максимальна. Статическая характеристика Qст расположена выше динамических, ей соответствует максимальная сила электромагнитного притяжения. Для данного значения напряжения трогания Uтр статическая характеристика единственная.



Динамические тяговые характеристики, их множество, определяются механическими характеристиками ЭМ. Это характеристики противодействующих сил.

Под механической, или противодействующей, характеристикой ЭМ понимают зависимость Qмех() результирующей силы сопротивления движения якоря, приложенной к нему и приведенной к рабочему зазору , от длины последнего.

Множество различных механических характеристик объясняется многообразием конструктивного исполнения и параметров механических элементов ЭМ.

Тяговые характеристики ЭМ ^ Qт() при срабатывании и отпускании должны быть согласованы с его механической характеристикой Qм().
Динамика электромагнита
Под инерционностью ЭМ понимают запаздывание перемещения якоря по сравнению с изменениями выходного напряжения. Она определяется отставанием изменения тока в обмотке от изменения приложенного к ней напряжения и механической инерции якоря и связанных с ним подвижных частей.

Динамические свойства ЭМ как элемента дискретного действия характеризуется двумя временными параметрами: временем срабатывания tср и временем отпускания tотп.

Время от подачи входного напряжения на зажимы обмотки ЭМ до полного притяжения якоря ( = к) называют временем срабатывания - tср, а от снятия входного напряжения до возвращения якоря в начальное положение ( = н) – временем отпускания - tотп.



где tдв, - время движения якоря соответственно от н до к и наоборот.

Для включения обмотки ЭМ на постоянное напряжение источника справедливо уравнение

.

Так как при срабатывании ЭМ начальный зазор н максимален, то до трогания якоря магнитопровод можно считать ненасыщенным и, следовательно, индуктивность обмотки постоянной (Lн = const, где Lн индуктивность при  = н.

Тогда , решением которого при скачкообразном ступенчатом увеличении входного напряжения от 0 до U служит выражение

,

где - установившееся значение тока в обмотке; - электромагнитная постоянная времени обмотки при  = н.

Ток i в обмотке увеличивается по экспоненте, пока якорь остается неподвижным.

По достижении i = Iтр тяговое усилие становится больше противодействующего и якорь начинается перемещаться

,

где Iтр – минимальный ток, обеспечивающий срабатывание.

С начала движения якоря ток перестает нарастать по экспоненте и начинает падать, так как индуктивность обмотки увеличивается

,

где  - число витков; R - магнитное сопротивление.

По окончании движения якоря зазор становится минимальным ( = к), а индуктивность – максимальной.

Ток достигает установившегося значения Iуст, нарастая по экспоненте с большей постоянной времени (). При малых скоростях движение якоря ток в катушке может не уменьшаться. При неподвижном якоре нарастание тока происходит по пунктирному участку. Время движения якоря tдв во многих случаях значительно меньше времени трогания tтр и часто считается приблизительно постоянным. При таких условиях tср зависит в основном от tтр.






включение





отключение


Возможны два способа отключения реле:

- разрывом цепи обмотки;

- шунтированием обмотки.

В первом случае ток практически мгновенно падает до нуля, тогда tотпtдв, так как .

Во втором случае переходной процесс при отпускании протекает по экспоненте.

За время движения якоря индуктивность обмотки уменьшается от максимума Lк до минимума Lн, вследствие чего ток в это время увеличивается. По окончанию движения ток опять уменьшается по экспоненте, но уже с меньшей, чем до начала движения, постоянной времени Тэн < Тэк.

Время движения при отпускании определяется принципиально так же, как и при срабатывании.

Для ЭМ нормального быстродействия значения tср и tотп обычно оказываются равными 0,05-0,15 с. Увеличить или уменьшить их можно конструктивными и схемными способами.

Для получения быстродействующих ЭМ и ЭМ замедленного действия применяют различные конструктивные способы:

- чтобы снизить tср и tотп – уменьшение вихревых токов в магнитопроводе и ход якоря;

- чтобы увеличить tср и tотп – применение электромагнитных, механических, пневматических и гидравлических демпферов, присоединяемых к якорю.

Этими средствами можно снизить tср и tотп до нескольких миллисекунд и увеличить их до десятков секунд.

Электромагнитные демпферы выполняются в виде конструктивных элементов из электропроводящего материала, помещенных в магнитное поле.

Если требуется получить tср и tотп порядка одной или нескольких секунд, то прибегают к экранированию: на сердечник размещают медную втулку, охватывающую все его сечения; возникающий при движении якоря ток экрана затягивает нарастание и спадение потока в магнитопроводе. При спадении потока в к.з. обмотке наводится Э.Д.С. и возникает ток, препятствующий уменьшению потока системы. Выдержка до 10 сек.
Схемы увеличения tср








Увеличение активного сопротивления ведет к росту времени трогания, чем оно меньше, тем быстрее срабатывает ЭМ.

Ускорить срабатывание ЭМ при неизменных его габаритах можно с помощью схем форсировки.


Схема уменьшения tср




В первый момент времени незаряженный конденсатор ^ С уменьшает падение напряжения в резисторе Rд, благодаря чему обеспечивается форсировка ЭМ. В установившемся режиме ток в цепи ограничивается резистором Rд. Емкость выбирается из условия

(Гн / Ом).


Схемы увеличения tср за счет большего tтр











Приведение схемы обеспечивают стабильное снижение tср нормальных по быстродействию ЭМ до нескольких миллисекунд или увеличения их tотп до нескольких секунд.

Основной недостаток электромагнитного демпфера – зависимость выдержки времени от температуры окружающей среды. Изменение температуры окружающей среды на каждые 100С ведет к изменению выдержки времени на 4 %.
^ Электромагниты переменного тока
Расчет электромагнитной системы при переменном токе отличается от расчета магнитной системы постоянного тока в следующем.

При переменном токе и потоке в магнитопроводе за счет явлений гистерезиса и вихревых токов появляются потери энергии. Поэтому не весь ток, текущий по катушке является намагничивающим. Часть тока идет на покрытие указанных потерь.

Величина тока в катушке на переменном токе не равна подведенному напряжению, деленному на омическое сопротивление катушки, как это имеет место при постоянном токе.

Величина тока здесь должна быть такой, чтобы число потокосцепленной катушки соответствовало подведенному напряжению. Если пренебречь омическим падением напряжения в катушке (для обмотки напряжения R << L), то индуцированная Э.Д.С. е должна быть равна

.

Таким образом, если задано приложенное к катушке напряжение, то тем самым задан поток. По катушке течет ток i такой величины, чтобы создать необходимый поток.

Допустим, что поток в воздушном зазоре  равен Ф, и поток рассеяния отсутствует. Пренебрегая потерями м.д.с. в стали можно записать

  часть тока, которая уходит на создание м.д.с.

где ^ W   число витков, S – площадь.

Согласно приведенному выражению при принятых допущениях ток в катушке пропорционален величине воздушного зазора. В действительности из-за наличия потоков рассеяния изменение намагничивающего тока происходит медленнее, чем изменяется воздушный зазор.

С ростом зазора  уменьшается индуктивные сопротивления, при этом ток будет расти, а поток   уменьшаться

.

В реальных электромагнитных системах аппаратов ток катушки при разомкнутом якоре (пусковой ток) превосходит ток в катушке при замкнутом якоре (рабочий ток) в 6-10 раз.

Потери на гистерезис и вихревые токи являются активными потерями. Составляющая тока, идущая на покрытие этих потерь будет активной составляющей. Составляющая тока, идущая на создание м.д.с. является реактивной составляющей. Таким образом для цепи катушки имеем

.

И так, с ростом рабочего зазора в электрическом аппарате как в катушках постоянного, так и переменного тока магнитный поток падает.

Однако, в магнитных цепях переменного тока это является следствием роста падения напряжения на активном сопротивлении обмотки, а в целях постоянного тока – ростом магнитного сопротивления воздушного зазора.
Тяговая характеристика
Якорь ЭМ притягивается к сердечнику и при подаче в обмотку переменного тока. Предполагая поток в магнитопроводе синусоидальным по формуле Максвелла найдено выражение

,

где   амплитуде тягового усилия, неизменного по знаку и пульсирующего с удвоенной частотой.



Притяжение якоря определяется средним значением тягового усилия Qт.ср, т.е. его постоянной составляющей.

Следует иметь ввиду, что постоянная составляющая тягового усилия ЭМ переменного тока в два раза меньше тягового усилия ЭМ постоянного тока и при прочих равных условиях

ЭМ постоянного тока развивает большую силу притяжения, чем ЭМ переменного тока.

Если на постоянном напряжении , то на переменном напряжении ,ибо от  зависит индуктивность ^ L. Этим и объясняется различие статических тяговых характеристик ЭМ постоянного тока и переменного тока, представленных на рис. Если тяговая характеристика 1 ЭМ постоянного тока круто поднимается с уменьшением , то тяговая характеристика 2 на переменном токе более пологая, ибо здесь уменьшается и числитель из-за роста индуктивности обмотки. Если R = 0, то согласно 2-му закону Кирхгофа приложение к обмотке напряжения уравновешивается только э.д.с. самоиндукции, т.е

,

откуда и .




При , и следовательно, тяговая характеристика ЭМ имеет вид горизонтали ^ 3.

Таким образом, форма тяговой характеристики ЭМ переменного тока зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивления цепи его обмотки.


Способы устранения вибрации якоря
Как видно из формулы ^ Qт и рисунке в некоторые моменты времени тяговые усилия Qт обращается в нуль. При наличие противодействующей силы Qмех, изменяющейся в соответствии с механической характеристикой ЭМ и стремящейся оторвать якорь от сердечника, это может привести к вибрации якоря, когда Qмех > Qт якорь отходит от сердечника, а при Qт > Qмех снова притягивается. Если чистота t = 50 Гц, то якорь совершает 100 колебаний в секунду, что нежелательно, ибо происходит повышенное механическое изнашивание и возникает шум.

Одно из эффективных средств против вибрации якоря – уменьшение пульсаций тягового усилия с помощью магнитных экранов (к.з. витков), охватывающих часть сечения сердечника, и многофазных ЭМ. К.З. виток из проводниковых материалов (медь, латунь) охватывает 70-80 % полюса ЭМ.



Принцип работы к.з. витка заключается в следующем. Общий поток ЭМ ^ Ф разветвляется на поток Ф1, который происходит по неохваченной витком части полюса, и на поток Ф2, который проходит через часть, охватывающую к.з. витком.








При этом в витке индуцируется э.д.с. ек.з. и возникает iк.з., сдвинутых по отношению к lк.з. на угол 0 и определяют весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем 0 = 0.

Это ток возбуждает магнитный поток ^ Фк.з, который охватывает к.з. виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф2, проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во времени по отношению к потоку Ф1 на угол .

Сила притяжения ЭМ складываются из двух пульсирующих составляющих, но сдвинутых во времени.

Благодаря сдвигу по времени общая сила притяжения пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше силы отталкивая, чем и исключается вибрация якоря.



Пульсации ^ Qт зависят от угла , они будут отсутствовать при двух условиях:

1) Ф1 = Ф2; 2) 2 = , т.е. угол = 900.

Под пульсациями усилия понимают отношения значений переменой составляющей к постоянной.

В системах с к.з. витком сдвиг потоков на 900 практически невозможен. На практике  = 50-800.

Минимальные значения пульсаций получается при соблюдении первого условия.

В трехфазном ЭМ результирующая сила, действующая на якорь во времени не меняется. Однако вибрация якоря полностью не устраняется. При прохождении магнитного поля в каждой фазе через нуль сила, развиваемая этой фазой равна нулю.

В результате точка приложения равнодействующей силы тяги всех трех фаз перемещается по телу якоря. Поскольку точка приложения противодействующей силы неизменна, то из-за этого возникает вибрация якоря.
^ Динамика ЭМ переменного тока
В ЭМ переменного тока происходит наибольшее пиковое значение магнитного потока и Qт в начале включения, через 0,01 с после включения, чем объясняется малое время трогания, причем не требуется применение специальных мер для его сокращения.
^ Магнитные цепи с постоянными магнитами
Для создания постоянного магнитного поля используют постоянные магниты, изготавливаемые из магнитотвердых материалов с широкой петлей гистерезиса.

Они будучи намагниченными способны за счет запасенной энергии служит источником магнитного поля.

В этом случае не требуется непрерывное подведение электрической энергии. Определенная энергия тратится только на предварительное намагничивание постоянного магнита.

Магнитные поля магнита сохраняется бесконечно долга без затраты энергии извне.

Для намагничивание постоянного магнита в его теле создается магнитное поле, напряженность которого во много раз превышает коэрцитивную силу Нс магнитотвердого материала. После снятия этого поля материал постоянного магнита остается намагниченным.

В процессе работы магнита наблюдается уменьшения потока в рабочем зазоре – старение магнита.

Различают: структурное, механическое, магнитное старение.

При структурном   материал магнита после закалки или отливки имеет неравномерную структуру, но со временем это неравномерность переходит в более равновесное   стабильное состояние. При этом в металле исчезают внутренние напряжение. Одновременно уменьшаются значения Вr и Нс.

Механическое старение наступает при ударах и вибрациях магнита и влияние высоких температур, которые ослабляют поток магнита.

Магнитное старение состоит в изменении свойств материала под действием высших магнитных колебаний для стабилизации характеристик постоянного магнита его подвергают термообработке (отпуску), механическим воздействием (ударом, вибрации) и предварительному размагничиванию током небольшой напряженности.

Важной характеристикой материала постоянного магнита является кривая размагничивания, представляющая собой часть предельной петли гистерезиса В = f (Н) этого материала, расположенная во втором квадранте осей В и Н.

Поляризованные магнитные системы отличаются от неполяризованных тем, что имеет два вида источника магнитного поля   поляризующий и управляющий. Источником поляризующего поля в большинстве случаев являются постоянные магниты, но иногда для этих целей используется специальная обмотка с током.

Управляющее поле создается МДС управляющей обмотки. Основной отличительной особенностью поляризованной магнитной системы является зависимость ее действия не только от значения, но и от направления тока в управляющей обмотке. При отсутствии тока в этой обмотке на подвижную часть магнитной системы   якорь действует электромагнитная сила, создаваемая поляризующим полем.

Применение постоянных магнитов позволяет получить фиксированное положение якоря независимо от наличия или отсутствие источника тока и исключает потребление энергии в нерабочий период.

Наличие поляризующего поля определяет также высокую чувствительность и быстродействие ЭА на основе поляризованных магнитных систем. Это объясняется тем, что при срабатывании таких аппаратов магнитное поля не создается вновь полностью, а происходит только перераспределение магнитных токов.

В зависимости от схемы магнитной цепи они делятся на: магнитные системы с последовательной, дифференциальной и мостовой магнитными цепями. Наибольшее распространение в настоящее время получили последнее два вида.

Повышение быстродействия поляризованных электромагнитов (несколько микросекунд) по сравнению с нейтральными достигается как конструктивными приемами – шихтованный магнитопровод, небольшой ход и масса якоря, малая электромагнитная постоянная времени обмотки, так и связано непосредственного с его прицепом действия: при срабатывании и отпускании поток в магнитопроводе не возникает и не исчезает, а перераспределяется или изменяет свое значение.

Еще одна особенность поляризованных электромагнитных систем заключается в возможности различных фиксированных положений якоря при обесточенной рабочей обмотке.

Если тяговые усилия определяются разностью сил притяжения в образуемых двух зазорах магнитной системы (параллельные магнитные цепи), то такие магнитные цепи называются дифференцированным в мостовой схеме   4 воздушных зазора.

При изменении полярности рабочего напряжения якорь перебрасывается к противоположному полюсу.

В дифференциальных схемах на ось якоря или плоской пружины действуют значительные усилия, причиной которых являются воздействие электромагнитных сил на якорь (силы трения сказываются на чувствительность аппарата).

Мостовые схемы лишены этого недостатка.

Еще одним недостатком дифференциальных схем является невозможность полного разделения поляризующего потоков в якоре. Это вызывает необходимость увеличения площади поперечного сечения, и, следовательно, массы якоря, что снижает быстродействие и его устойчивость к внешним механическим воздействиям.

В отличие от дифференциальных схем, имеющих практически два зазора, мостовые схемы характеризуются как минимум четырьмя зазорами. Это в ряде случаев дает возможность уменьшить примерно вдвое магнитное сопротивление управляющему потоку по сравнению с аналогичным сопротивлением схем с двумя зазорами, так как магнитные сопротивления зазоров на пути управляющего потока расположены попарно параллельно.






дифференциальная схема

мостовая схема


Применение постоянного магнита позволяет получить фиксированное положение якоря независимо от наличия или отсутствия источника тока и исключает потребление энергии в нерабочий период. Наличие поляризующего поля определяет также высокую чувствительность и быстродействие электрических аппаратов на основе поляризованных магнитных систем. Поэтому такие системы являются основой высокочувствительных быстродействующих реле, электромагнитных преобразователей электрического сигнала в пропорциональное угловое или линейное перемещение, быстродействующих автоматических выключателей, блокирующих устройств.
^ Сравнительная оценка электромагнитов




Тяговые характеристики электромагнитов:

1 – постоянного тока;

2 – переменного тока

- Как видно из графика сила тяги у магнита переменного тока снижается в меньшей степени, чем у электромагнита постоянного тока.

- При включении в сеть электромагниты переменного тока потребляют ток в 20-30 раз больше, чем в рабочем состоянии.

- Коэффициент мощности их при включении составляет 0,1-0,35.

- Выбор коммутационных аппаратов для электромагнитов переменного тока производится по пусковому току In

,

где ^ Iн – номинальный ток коммутационного аппарата; Кз – коэффициент запаса (Кз = 1,5-2).

Промышленность выпускает одно- и трехфазные электромагниты переменного тока с тяговым усилием 15-1400 Н и ходом якоря 20-80 мм.

- Электромагниты постоянного тока имеют меньше массу и габаритные размеры по сравнению с электромагнитами переменного тока при одном и том же тяговом усилии.

- Электромагниты постоянного тока короткоходовые.

- Основной недостаток реле – относительно большое время срабатывания (tвкл = 0,15-2,5 с) : (tоткл = 0,1-0,6 с); необходимость в источнике питания постоянного тока, тяжелые условия коммутации мощных электромагнитов.

- Для уменьшения времени срабатывания применяют форсировку.


Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации