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

Коэффициент возврата характеризует чувствительность магнитной системы конкретного ЭА к изменению тока в катушке. Для различных систем он может колебаться в широких пределах 0,05-0,95. Искусственным путем при

помощи различных схем включения катушки можно получить Кв=1.

Кв зависит от соотношения тяговых и механических характеристик (рисунок 5.8а). Для того чтобы якорь притянулся при включении ЭА

т.к. срабатывание произойдет тогда, когда усилие притяжения будет равно противодействующему усилию. Усилие отпадания Pотп определяется величиной противодействующего усилия при притянутом якоре и

Из тяговых и механических характеристик (рисунок 5.8а) видно, что Кв качественно характеризует P=Pотп-Pср. Очевидно, что чем больше P, тем

ниже Кв.

Т.о. для получения магнитной системы с высоким Кв необходимо максимальное сближение тяговых и механических характеристик, на чем и

основаны приведенные ниже способы увеличения Кв (рисунок 5.8).

1 Применение специальных исполнений магнитной системы, имеющих пологую тяговую характеристику, близко подходящую к механической: соленоиды, системы с F=var и магнитные системы с F=const, но имеющие разомкнутую магнитную цепь, вследствие чего суммарный конечный зазор такой системы всегда незначителен. Существенный недостаток последних в ослаблении тяговых усилий, но Кв может достигать 0,95.

2 Введение немагнитной прокладки.

По сути это частный случай системы с незамкнутой магнитной цепью,

разница в том, что если в незамкнутой магнитной цепи величина к весьма значительна (до десятков мм), то толщина прокладки обычно 2-3 мм. Такие системы имеют те же усилия притяжения, что и без прокладок, но конечное усилие, которое резко возрастает именно на последних двух-трех миллиметрах хода якоря существенно уменьшается. При этом Кв=0,3-0,5.

3 Увеличение противодействующих усилий в конце хода якоря (рисунок

5.8б).

Обычно это увеличение осуществляется за счет специальной пружины, имеющей предварительный натяг и жесткую характеристику, вступающей в

37

действие на последних 2-3 мм хода якоря. Увеличения Кв можно достичь и за счет увеличения контактного нажатия замыкающих пружин, но, конечно, это увеличение не должно приводить к повышенному износу или увеличению Iср.

Кв до 0,6.

4 Форсирование катушки (рисунок 5.8в).

При этом способе в конце хода якоря в цепь катушки вводятся

добавочное сопротивление Rд (рисунок 5.8г), которое уменьшает ток в

катушке и тем самым уменьшает во включенном состоянии. Существенным достоинством этого способа является то, что во включенном состоянии уменьшается потребление энергии.

Динамика и время срабатывания электромагнита

В большинстве электромагнитов процессы включения и отключения носят динамический характер, т.е. после включения обмотки электромагнита

происходит нарастание Ф до тех пор, пока Pтяг не станет равна противодействующей: тогда якорь начинает двигаться. При этом ток и поток меняются по весьма сложному закону, определяемому параметрами электромагнита и противодействующей силой.

Рассмотрим две наиболее важных стадии в процессе включения электромагнита. Первая – с момента подачи напряжения до начала трогания якоря. Известно уравнение переходного процесса в этом случае:

Решение этого уравнения относительно тока имеет вид:

t

трогания - iтр, а время его нарастания от 0 до tтр – временем трогания, тогда:

t тр

сближении iтр и Iу.

38

После начала движения якоря начинает увеличиваться L, т.к. L=w2G. Уравнение переходного процесса для второй стадии движения будет:

Этот процесс характеризуется участком а-б (рисунок 5.9). Причем, чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока в цепи катушки. В точке б якорь полностью притянут к магнитопроводу, движение его прекратилось, и прекратился спад тока. После остановки якоря начинается третья стадия: нарастание тока до установившегося значения Iу=U/R .Постоянная времени

экспоненциальным, в случае если к очень мало и магнитная система достигла насыщения. В процессе движения якоря величина тока в обмотке значительно ниже Iу (рисунок 5.9), т.о. сила, развиваемая электромагнитом в динамическом процессе меньше, чем в статическом при Iу=const.

Ускорение и замедление срабатывания и отпускания

Полное время срабатывания состоит из времени трогания и времени движения:

Как правило основной частью является время трогания. Поэтому при ускорении и замедлении действуют в основном на tтр.

Как же влияют различные факторы на tтр?

Уменьшение активного сопротивления цепи обмотки приводит к уменьшению tтр, т.к. в этом случае хотя и растет постоянная времени T, но

одновременно растет и мощность, потребляемая обмоткой, что может привести к ее перегреву и выходу из строя. Ограничение температуры нагрева может быть за счет увеличения размеров катушки, что в свою очередь требует увеличения размеров магнитопровода, а это уже невыгодно. Для ограничения размеров электромагнита в настоящее время широко применяется форсировка по схеме (рисунок 5.10).

Здесь в отключенном состоянии Räîá шунтирован размыкающим контактом электромагнита. При замыкании К малое сопротивление R способствует быстрому нарастанию тока до величины Iтр. После начала движения якоря БК размыкается и в цепь последовательно включается Räîá,

39

благодаря чему ограничивается мощность, выделяемая в обмотке до уровня

момент времени конденсатор уменьшает падение напряжение на Räîá, благодаря чему обеспечивается режим форсировки. В установившемся же режиме ток в цепи ограничивается Räîá.

Большое влияние на оказывает величина питающего напряжения

(рисунок 5.11). При уменьшении питающего напряжения уменьшается Iу, что

напряжения tтр уменьшается в соответствии с уменьшением логарифма

(рисунок 5.11).

Ускорение срабатывания уже готового электромагнита можно провести путем увеличения питающего напряжения, однако, при этом обмотка электромагнита значительно разогревается. В этом случае необходимо в цепь

включать добавочное сопротивление так, чтобы величина Iу оставалась неизменной. Ускорение срабатывания в этом случае происходит за счет постоянной времени, а ln остается постоянным.

Далее отметим, что при прочих равных условиях увеличение натяжения противодействующей пружины ведет к росту iтр, при этом tтр также увеличивается.

Время отпускания якоря состоит из времени спадания потока до потока отпускания, при котором сила электромагнита становится равной противодействующей и времени движения при отпускании (это зеркальное отображение кривой на рисунке 5.8).

Определяющим в большинстве случаев является время движения.

Для создания электромагнитов замедленного действия используется к.з. обмотки или гильза (рисунок 5.12).

При включении нарастающий поток от рабочей обмотки наводит в гильзе ЭДС, которая вызывает ток такого направления, при котором поток к.з. обмотки (гильзы) направлен встречно намагничивающему. Скорость нарастания основного потока уменьшается, а время трогания увеличивается. Однако замедление на включение в этом случае получается небольшим (до 0,5

с).

При отключении электромагнита с к.з. обмоткой можно считать, что ток в первичной обмотке практически мгновенно падает до нуля из-за быстрого нарастания сопротивления дугового промежутка отключающего аппарата.

40

Изменение потока определяется процессом затухания тока в к.з. обмотке. Наведенная ЭДС в этом случае вызывает ток, направленный так, что поток от к.з. обмотки препятствует уменьшению первичного потока. Благодаря тому, что рабочий зазор в притянутом состоянии в десятки и сотни раз меньше, чем в отпущенном, постоянная времени уравнения (5.4) получается весьма значительной (индуктивность сильно увеличена), поэтому можно получить время трогания или отпускания до 10 с. Для получения еще большей выдержки желательно после отключения рабочей обмотки закоротить ее концы. Закорачивание рабочей обмотки в настоящее время нашло широкое применение. Его можно проводить различными способами, приведенными на рисунке 5.12.

В случае 5.12а закорачивание обмотки производится НЗ блок контактом. Недостаток способа в том, что должен четко соблюдаться порядок включения и выключения контактов, иначе можно либо не получить выдержки времени (если замыкание контактов 1 запаздывает) или получить к.з. (если 1 включается слишком рано).

Схема 5.12б дает небольшое время выдержки и имеет

непроизводительный расход энергии в . Rä.

Схема 5.12в – поляризованная схема. В случае неправильного включения или пробоя диода получается к.з.

Схема 5.12г – емкостное закорачивание, для получения большой выдержки времени необходима большая емкость конденсатора, вследствие чего конденсаторная цепь имеет большие габариты.

6 КОНТАКТНЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ ЭА

Коммутационная аппаратура – устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических целей. Бывают ручного РУ, дистанционного и автоматического управления.

Ручные подразделяются на: коммутацию силовых целей и целей управления (различные токи и напряжения). Все аппараты ручного управления имеют обязательные узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и