Материал: Конспект лекций по курсу Электрические и электронные аппараты. Гуляев А.А., Королев Н.И

31

При U2> U1 мощность, потребляемая обмоткой, увеличится и наоборот. Затем проводят тепловой расчет, учитывая режим работы ЭА.

Расчет токовой обмотки электромагнита постоянного тока ведут по известным F=I*w и Iн - номинальному току внешней цепи. Тогда

и производят тепловой расчет катушки. Аналогичен приведенному расчет токовой катушки электромагнита переменного тока.

Расчет обмотки напряжения электромагнита переменного тока начинают, имея значение питающего напряжения и МДС. Тогда

Т.к.R<<XL , то при первом приближении, пренебрегая R можно считать:

где 0,7=0,9 – коэффициент, учитывающий пренебрежение R.

Сечение провода определяют, задавшись его плотностью по режиму. Выбрав стандартный диаметр провода и способ его укладки по таблицам

находят fм и рассчитывают площадь окна, занимаемую проводом (формула 5.23). Затем определяют lср и сопротивление обмотки

Проверка по формуле 5.24 считается удовлетворительной, если левая часть уравнения отличается от правой не более чем на 10% (в противном случае меняют число витков).

Проверка нагрева катушки производится с учетом нагрева магнитопровода от потерь на гистерезис и на вихревые токи.

Пересчет катушки на другое напряжение ведут, исходя из условий:

32

Q1 fм1 Q2 fм2 ,

при этом потребляемая мощность остается постоянной, т.к. U1I1= U2I2.

Механическая характеристика электромагнитного устройства – это зависимость всех механических сил или моментов, приведенных к оси действия тяговой силы от величины хода якоря (т.е. от величины рабочего

зазора) или от угла поворота якоря Pмех=f( ); Mмех=f( ) - (рисунок 5.4), кривая 1.

Основными элементами кинематической схемы ЭА, создающими различные механические усилия, необходимые для работы аппарата, являются пружины (контактные, отключающие и т.д.), а также силы трения, тяжести и д.р. Для включения электромагнита (притяжение якоря) необходимо, чтобы

электромагнитные усилия (они называются также тяговыми - Pтяг) развиваемые им при различных зазорах были больше механических усилий.

Зависимость Pтяг=f( ) – называется тяговой характеристикой ЭА. Т.о.

условием срабатывания ЭА при включении является преобладание тяговой характеристики над механической.

Рассмотрим как определяются для различных . При включении катушки приложенное напряжение уравновешивается падением напряжения на активном сопротивлении и ЭДС самоиндукции:

энергия: i2 R dt - нагрев, i d - создание магнитного поля.

Механическая работа, совершаемая якорем, получается за счет изменения электромагнитной энергии при движении якоря. Построим одну из

разновидностей кривой намагничивания – =f(i) зависимость для некоторого воздушного зазора (рисунок 5.5а).

Величина записанной электромагнитной энергии при данном потокосцеплении 0:

что величина изменения электромагнитной энергии определится площадью между двумя кривыми (рисунок 5.5б).

Аналогичным образом, рассуждая относительно системы c F=var (рисунок 5.5в), можно получить выражение для тягового усилия:

Формулы 5.36 и 5.37 справедливы для равномерного магнитного поля рабочего зазора, но материал системы не должен быть насыщен, что обычно и

бывает при больших . Т.о. формулы 5.36 и 5.37 целесообразно применять при

больших зазорах, при малых же , когда поле в зазоре равномерно за счет усилий притяжения, ведется обычно по формуле Максвелла.

Вернемся теперь к рассмотрению тяговых характеристик электромагнитных систем различного типа, т.к. этот вопрос весьма важен с

точки зрения соотношения Pтяг=f( ) и Pмех=f( ). Т.к. Ф=FG, то по формуле 5.38

Тяговая характеристика системы F=const изображена на рисунке 5.6а и является довольно крутой квадратичной зависимостью. Характеристика с

учетом Ф имеет большую крутизну и сближается с характеристикой без учета Ф при малых зазорах, т.к. рассеяние при этом уменьшается.

Для систем с F=var МДС катушки зависит от и проводимости магнитной системы (рисунок 5.6б).

Впервом приближении, пренебрегая сопротивлением стали и

Pтяг также постоянна (рисунок 5.6б). Однако это утверждение справедливо лишь для малых . При больших за счет больших Ф поток в рабочем зазоре будет значительно меньше полного потока. Ход характеристики Pтяг=f( ) с учетом Ф отражен пунктиром (рисунок 5.6б).

Т.к. тяговое усилие возрастает с уменьшением , то крутизна тяговой характеристики значительно меньше, чем для системы с F=const; начальное усилие будет больше, а конечное меньше в 2раза.

Усилия притяжения в магнитной системе переменного тока

Поскольку на переменном токе значение тока меняется как по величине, так и по времени, то, очевидно, по такому же закону меняется Ф и Pтяг

среднюю силу за период тока, и переменную, причем величина амплитуды последней равна постоянной составляющей, а частота в 2 раза выше частоты магнитного потока. Отобразим это на рисунке 5.7.

Суммарная сила притяжения колеблется от двойного амплитудного значения до нуля. Противодействующие силы – Pмех, стремящиеся оторвать якорь, по величине больше нуля, поэтому в отдельные моменты t, когда их

35

величина больше Pтяг, якорь начинает отходить от сердечника, а затем вновь притягиваться и т.д., т.е. появляется вибрация.

Вибрация якоря сопровождается сильным шумом (f=100 Гц), износом поверхностей соприкосновения якоря и сердечника, некоторым перемещением замкнутых контактов, что приводит их к подгоранию. Однако все вышесказанное относится только к однофазному току.

В магнитной системе трехфазного тока, вследствие сдвига токов и магнитных потоков на 1200 друг относительно друга, силы от разных фаз суммируются в действии на один и тот же якорь, и результирующая сила постоянна.

Устранение вибрации в однофазной магнитной системе сводится к тому, чтобы в воздушном зазоре создавать два магнитных потока, сдвинутых друг относительно друга по фазе и в пространстве. Тогда в момент нулевых усилий от первого потока в воздушном зазоре будет проходить второй поток, который создает свое усилие и не дает возможности якорю оторваться. Очевидно, что

наиболее рациональным будет угол сдвига потоков =900, т.к. при этом нулевому усилию одного потока будет соответствовать максимальное усилие другого (рисунок 5.7б).

Наиболее распространенным методом создания двух потоков является метод к.з. экранирующего витка, который располагается непосредственно у рабочего зазора и охватывает приблизительно 2\3 полюсного наконечника

(рисунок 5.7в). Часть основного потока, проходящая через контур витка,

сдвинутый по отношению к основному потоку. В результате сложения Фк.з. с

Коэффициент возврата магнитной системы – Кв – это отношение тока или МДС катушки, при которых якорь отпадает, к току или МДС катушки, при которых якорь притягивается.