Материал: 1943

–электромагниты с втягивающимся якорем;

–электромагниты с внешним притягивающимся якорем;

–электромагниты с внешним поперечно движущимся якорем.

Кроме того, в зависимости от способа включения обмотки катушки различают электромагниты с обмотками параллельного или последовательного включения. В первом случае ток в цепи обмотки определяется только её параметрами, а во втором – параметрами остальных элементов цепи.

И наконец, электромагниты различаются по скорости их срабатывания. Циклический характер работы электромагнита определяется тем, что якорь совершает поступательное или вращательное движение в ограниченных пределах и периодически требует возврата в своё исходное

положение.

времени s = s(t) −положения якоря и I = I(t) −тока в обмотке катушки (рис.

1.7).

Первым этапом рабочего цикла является процесс срабатывания. Его продолжительность tсраб. Он начинается с момента подачи питания на обмотку, когда якорь переходит из своего начального состояния sн в конечное sк. Этот этап подразделяется на период tтр трогания и период

движения t/дв.

В период трогания ток в обмотке нарастает до iтр. Электромагнитная сила при этом достигает равенство с силами, противодействующими движению якоря.

Время трогания tтр, в течение которого ток достигает величины iтр, определяется как схемой включения обмотки и условиями её питания, так и параметрами самого электромагнита и его нагрузки. Характер движения зависит от соотношения движущих (электромагнитных) сил и противодействующих им сил, а также массы якоря, трения и т.д.

16

В период движения при срабатывании совершается работа, и ток в обмотке может уменьшиться (кривая 2). Это изменение связано с процессом установления тока в обмотке, который имел бы место при неподвижном якоре (кривая 1). Время движения при срабатывании при сложении с временем трогания определяет время срабатывания

t/дв + iтр = tсраб.

После перемещения якоря в положение sк следует период включенного состояния, в течение которого система находится в покое, а обмотка остаётся во включенном состоянии. В начальной стадии этого периода ток в обмотке нарастает до установившегося значения Iуст (кривая 3) и далее остаётся неизменным до конца данного периода.

Длительность включенного состояния зависит от требований эксплуатации. Температура нагрева обмотки при этом не должна превосходить допустимого значения.

Процесс возврата якоря в исходное состояние, так же как и

срабатывание, происходит в два этапа. Сначала при отключении обмотки ток

спадает до величины тока отпускания iотп, при котором электромагнитная сила становится равной силе, возвращающей якорь в исходное положение.

Длительность этого процесса характеризуетсяИпромежутком времени tотп, зависящим от нагрузки, условий отключения обмотки и от задерживающего действия вихревых токов в массивных частях электромагнита и

короткозамкнутых контурах, если такиеДимеются. Перемещение подвижных частей в исходное положение происходит в течение времени t//дв, которое зависит от ряда факторов и, в первую очередь, от величины усилий,

состояния, в течение которого обмотка обесточена и происходит её охлаждение.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие узлы электромагнитов являются общими для всех их видов? 2. Какие схемы включения электромагнита в цепь постоянного тока

существуют и в чём их отличия?

3. Из каких этапов состоит рабочий цикл электромагнита?

4. Что влияет на время срабатывания электромагнита?

1.7. Параметры и характеристики электромагнита постоянного тока

Наиболее общими являются динамические характеристики, которые учитывают изменение намагничивающей силы электромагнита в процессе его срабатывания за счёт действия ЭДС самоиндукции и движения, а также учитывают трение, демпфирование (амортизация, гашение колебаний) и инерцию подвижных частей. Для некоторых типов электромагнитов (быстродействующие приводы выключателей, электромагнитные вибраторы

17

и т.д.) знание динамических характеристик обязательно (только они в достаточной мере характеризуют их работу). Но в связи с тем, что определение динамических характеристик требует больших объёмов вычислений, в большинстве случаев ограничиваются рассмотрением лишь статических характеристик. Последние получаются, если не учитывать влияния на электрическую цепь движущегося якоря, изменения потокосцепления по времени, т.е. считать, что действующее значение тока в обмотке не меняется.

К статическим характеристикам электромагнита относятся:

1)электромеханическая характеристика – это зависимость от положения якоря электромагнитной силы для различных значений напряжения и

тока в обмотке: Fэм = f (s) при U = const и Fэм =ϕ(s) при I = const . Данная характеристика должна быть такой, чтобы в любом положении

sякоря электромагнитная сила была больше противодействующей;

2)нагрузочная характеристика связывает значение электромагнитной силы с напряжением на обмотке илиИс током в ней: Fэм = f (U ) иякоряпроизведение(s − s ) при I =s , на величину его возможногоДхода (W ) = F

=const ;

4)время срабатываниябэлектромагнита при прочих равных условиях является функцией начальной силы, противодействующей перемещениюиякоря tсраб = f (Fн) при U = const ;

5)характерист ка нагрева – это зависимость температуры нагрева от продолжительностиС включённого состояния ϑобм = f (t) ;

6)показатель добротности электромагнита – это отношение весаА

7) показатель экономичности – это отношение потребляемой мощности к

Все эти характеристики позволяют установить пригодность данного электромагнита к определённым условиям его работы.

К основным параметрам электромагнитов относят:

а) мощность, потребляемая магнитом, может ограничиваться как величиной допустимого нагрева его обмотки, так и условиями питания цепи обмотки. Для силового электромагнита, как правило, ограничением является его нагрев за период включенного состояния. Некоторые электромагниты (для реле регуляторов и др.) проектируют из расчёта получения

18

максимального усилия, т.е. минимального потребления мощности при заданной полезной работе. Такие магниты характеризуются небольшими ходами и легкими подвижными частями. Нагрев их обмоток значительно ниже допустимого. Путём увеличения катушки потребляемую мощность можно значительно снизить;

б) коэффициент запаса. Практически намагничивающую силу трогания можно считать равной намагничивающей силе срабатывания электромагнита. Отношение намагничивающей силы, соответствующей установившемуся значению тока, намагничивающей силе срабатывания,

в) коэффициент возврата – это отношение намагничивающей силы, при которой происходит возврат якоря, к намагничивающей силе срабатывания. Он повышается при уменьшении хода якоря.

1.В чем принципиальная разницаИмеду динамическими и статическими характеристиками электромагнита?

2.Перечислите статические характеристикиД электромагнита.

3.Назовите основные параметры электромагнитов.

4.Каковы причины Аограничения потребляемой мощности электромагнита? временипостояннойбсрабатывания

уменьшится время трогания и срабатывания;

19

б) включение дополнительного резистора RД , шунтируемого

дополнительным (вспомогательным) контактом K электромагнита или конденсатором C (рис. 1.9).

В первый момент времени контакт шунтирует резистор RД , и ток быстро достигает режима трогания из-за малого сопротивления обмотки RК .

После включения электромагнита вводится дополнительное сопротивление RД , ограничивающее значение установившегося тока.

Действие конденсатора аналогично. В момент включения ёмкость C представляет малое сопротивление и фактически шунтирует RД . После того,

как якорь трогается, происходит дешунтирование RД (конденсатор C

зарядится).

Замедление срабатывания можно осуществить с помощью

конструкциях в браторов, электромагнитных молотках и т.д. такая пульсация используется полезно. Однако для тяговых электромагнитов она не желательна (она приводит к вибрации якоря и уменьшению тяги электромагнита). Поэтому для таких электромагнитов принимаются специальные меры для уменьшения глубины пульсации силы.

Одним из способов уменьшения вибраций является применение магнитных систем с расширенными путями магнитного потока, по каждому из которых проходят переменные магнитные потоки, сдвинутые по фазе друг относительно друга. В этом случае суммарный магнитный поток, обтекающий такой электромагнит, будет не переменным, а пульсирующим, причём пульсации будут сглаживаться за счёт индуктивности обмотки электромагнита.

Воздушные зазоры, в которых возникает полезная сила, называются рабочими, а те зазоры, в которых не возникает усилия в направлении возможного перемещения якоря, называют паразитными.

20