Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию. 8 страница

При наличии трехфазного источника питания для уменьшения вибрации можно использовать естественный сдвиг потоков в этой системе.

Если принять, что в магнитном отношении все три фазы магнита симметричны и насыщение отсутствует, то величина силы, развиваемой под каждым полюсом:

(4.39)

 

Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме этих сил:

.                                (4.40)

Таким образом, в трехфазном электромагните резуль­тирующая сила, действующая на якорь, во времени не меняется. Однако и в этом электромагните вибрация якоря полностью не устраняется. При прохождении по­тока в каждой фазе через нуль сила, развиваемая этой фазой, также равна нулю. В результате точка приложе­ния электромагнитной силы перемещается. Поскольку точка приложения противодействующей силы неизменна, то возникает перекатывание якоря, т.е. вибрация.

Лекция №5

 Тяговые и механические характеристики
электромагнитов постоянного и переменного тока.
Динамика электромагнитов, время трогания
и движения. Ускорение и замедление срабатывания

Сравнение статических тяговых характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока. Для электромагнитов постоянного и переменного тока вели­чина силы может быть рассчитана по формуле Макс­велла:

.                       (5.1)

Если площади полюсов у электромагнитов одинаковы и одинаковы максимальные значения индукции в рабочих зазорах, то максимальное значение силы в электромаг­ните переменного тока будет равно силе, развиваемой электромагнитом постоянного тока. Поскольку среднее значение силы при переменном токе  равно ,то средняя сила, развиваемая электромагнитом переменно­го тока, в два раза меньше силы, развиваемой электромаг­нитом постоянного тока.

Таким образом, при той же затрате стали электро­магнит постоянного тока развивает в два раза большее усилие, чем электромагнит переменного тока.

Теперь сравним характеристики  для электро­магнитов постоянного и переменного тока клапанного типа. Как было показано, с ростом зазора вели­чина силы меняется обратно пропорционально квадрату зазора. В связи с этим либо клапанный электромагнит посто­янного тока имеет малый рабочий ход якоря, что­бы развить большую силу, либо катушка должна иметь большую н.с., чтобы создать необходимый поток при большом сопротивлении воздушного зазора.

В электромагните переменного тока средняя сила в два раза меньше, чем у электромагнита постоянного тока при том же значении индукции. Однако с ростом зазора, с одной стороны, растет магнитное сопротивление рабо­чего зазора, с другой – растет ток в обмотке, так что по­ток в рабочем зазоре падает только за счет активного падения напряжения в обмотке. Таким образом, элек­тромагнит переменного тока как бы имеет автоматиче­скую форсировку. При большом зазоре создается боль­шая н.с. обмотки, которая обеспечивает необходимую величину потока в рабочем зазоре. В связи с этим элек­тромагниты переменного тока могут работать при отно­сительно больших ходах якоря.

ДИНАМИКА И ВРЕМЯ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

а) Время срабатывания. До сих пор мы рассматри­вали только статические характеристики электромагни­тов, когда в их обмотке проходит неизменный ток, при­чем якорь либо неподвижен, либо движется, но ток в обмотке не меняется по своему действующему зна­чению, поскольку электромагнит имеет последователь­ную обмотку. В таком режиме работают тормозные и удерживающие электромагниты. В большинстве электромагнитов процесс имеет динамический характер. В этом случае после включения обмотки электромагнита про­исходит нарастание потока в магнитной цепи до тех пор, пока сила, развиваемая электромагнитом, не станет рав­на противодействующей силе. По достижении указанно­го равенства якорь начинает двигаться. При этом ток и поток меняются по весьма сложному закону, определяе­мому параметрами электромагнита и противодействую­щей силой. После того как якорь придет в свое конеч­ное положение, ток и поток в электромагните будут про­должать изменяться до тех пор, пока не достигнут уста­новившегося значения.

Рассмотрим более подробно все эти три стадии для электромагнита постоянного тока с параллельной обмот­кой. Первая стадия – с момента подачи напряжения до начала трогания якоря. Начиная с момента включения обмотки и до момента начала движения якоря напряже­ние источника уравновешивается активным падением на­пряжения и противо-э.д.с. в катушке:

.                                         (5.2)

Так как в начальном положении якоря рабочий зазор имеет относительно большое значение, магнитная цепь может считаться ненасыщенной, а индуктивность обмот­ки – постоянной величиной. Поскольку потокосцепление

 и ,                                  (5.3)

уравнение можно преобразовать:

.                                           (5.4)

Решение этого уравнения относительно тока, как из­вестно, имеет следующий вид:

,                                          (5.5)

где  – установившееся значение тока;

 – постоянная времени цепи.

Величина тока, при котором начинается движение якоря, называется током трогания , а время нараста­ния тока от нуля до  – временем трогания .

Для момента трогания можно записать следующее уравнение:

.                                      (5.6)

Решив его относительно времени трогания, получим:

.                                        (5.7)

Таким образом, во-первых, время трогания пропорцио­нально постоянной времени T, и, во-вторых, по мере при­ближения  к  время трогания начинает быстро расти. Как только начинается движение якоря, зазор умень­шается и индуктивность увеличивается, поскольку . Так как при движении якоря индуктивность изменяется, то уравнение напряжений примет вид:

.                                 (5.8)

При движении якоря , поэтому величина тока  и  начинают уменьшаться, поскольку сумма всех падений напряжения равна неизменному значению на­пряжения источника U . Зависимость тока от времени показана на рис. 5.1. Чем больше скорость движения якоря, тем боль­ше спад тока. В точке b якорь до­стиг своего крайнего положения и уменьшение тока прекратилось. По­сле остановки якоря ток будет уве­личиваться до тех пор, пока не до­стигнет установившегося значения  причем постоянная времени  будет больше, чем , посколь­ку конечный зазор  меньше, чем начальный зазор . Так как в притянутом положении якоря рабочий зазор мал, то возможно насыщение магнитной системы, и за­кон нарастания тока будет отличаться от экспоненци­ального, что необходимо учитывать при расчете времени установления потока.

Имеется целый ряд методов расчета процессов в электромагните при движении якоря. Как показано на рис. 5.1, в динамике начало движения имеет место при токе . При движении якоря ток вначале еще немного нарастает, а затем пада­ет до величины, меньшей то­ка трогания. Таким образом, в процессе движения якоря, когда зазор меняется от на­чального до конечного зна­чения, величина тока в об­мотке значительно меньше установившегося значения. Поскольку при движении якоря во всех точках его пу­ти ток в обмотке меньше установившегося значения, то и сила, развиваемая электромагнитом, в динамике значительно меньше, чем в статике при . С этим необходимо считаться при согласовании силы тяги элек­тромагнита и противодействующих сил.

Рис. 5.1. Зависимость тока от времени

 

Для ориентировочного определения времени движе­ния можно воспользоваться статической характеристи­кой. На рис. 5.2 изображены статическая тяговая ха­рактеристика электромагнита  и характеристика про­тиводействующей силы. Разность сил , идет на сообщение ускорения подвижным частям:

,                              (5.9)

где – масса подвижных частей, приведенная к рабочему зазору;
 – перемещение якоря;  – скорость движения якоря.

После интегрирования получим

.                             (5.10)

 Интеграл удобно рассчитывается графоаналитически. Скорость в точке хода δ:

,                                   (5.11)

где  – масштаб по оси силы;  – масштаб по оси перемещения;  – площадь, пропорциональная работе движущей силы.

 

Рис. 5.2. Статическая тяговая ха­рактеристика электромагнита
и характеристика про­тиводействующей силы

 

Зная скорость в любой точке хода, можно рассчитать время движения на всех участках и суммированием определить полное время движения.

Иногда во время движения ток мало меняется и со­ставляет некоторую долю от установившегося. В таких случаях рекомендуется строить статическую ха­рактеристику при .

б) Ускорение и замедление срабатывания и отпуска­ния электромагнита постоянного тока. Полное время срабатывания состоит из времени трога­ния и времени движения:

 .                                                    (5.12)

В большинстве случаев основную часть времени сраба­тывания составляет время трогания. Поэтому при уско­рении и замедлении срабатывания воздействуют прежде всего на , согласно

.                                        (5.13)

Допустим, что ток трогания не меняется (неизменна си­ла противодействующей пружины). Рассмотрим влияние активного сопротивления цепи при неизменной величине индуктивности и питающего напряжения. После включе­ния электромагнита ток в обмотке изменяется, и скорость нарастания тока:

                             (5.14)

Таким образом, скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи и определяется только питающим напряжением и индук­тивностью цепи. Изменение тока во времени для двух значений активного сопротивления цепи показано на рис. 5.3. Поскольку  можно записать: . Обе кривые в начале координат имеют общую касательную, так как  не зависит от активного сопротивления. Постоянная времени для первого случая – , для второго – ;так как , . При уменьшении сопротивления R увеличивается установившийся ток и величина  уменьшается.

Можно показать, что логарифм уменьшается быстрее, чем растет постоянная времени Т. Таким образом,  несмотря на то, что . Чем меньше активное сопротивление цепи, тем быстрее будет срабатывать электромагнит.

При уменьшении активного сопротивления обмотки растет мощность Р, потребляемая ею:

.

Для ограничения температуры нагрева необходимо развивать у катушки поверхность охлаждения, т.е. ее размеры. Увеличение размеров обмотки потребует уве­личения размеров магнитопровода.

Для ограничения разме­ров электромагнита в насто­ящее время широко приме­няется форсировка по схеме рис. 5.4. В отключенном по­ложении сопротивление  шунтировано размыкаю­щим контактом, связанным с якорем электромагнита.

После замыкания контакта К малое сопротивление обмотки R способствует быстрому нарастанию тока до тока трогания. После начала движе­ния якоря контакт размыкается и в цепь вводится сопро­тивление , благодаря чему ограничивается мощность Р,выделяемая в обмотке:

.                                  (5.15)

Иногда для ускорения срабатывания сопротивление  шунтируют конденсатором. В первый момент времени конденсатор уменьшает падение напряжения на этом со­противлении, благодаря чему обеспечивается форсировка электромагнита. В установившемся режиме величина то­ка в цепи ограничивается сопротивлением . Величи­ну емкости конденсатора в рекомендуется брать равной:

,                                 (5.16)

где L – индуктивность обмотки, Гн; R – ее активное сопротивление, Ом; Rдоб – добавочное сопротивление, Ом.

 

Рис. 5.3. Изменение тока во времени для двух значений
активного сопротивления

 

 

Рис. 5.4. Схема форсировки электромагнита

 

Теперь рассмотрим влияние питающего напряжения на время трогания. При уменьшении питающего напря­жения уменьшается величина установившегося тока, что ведет к увеличению .

 При  время трогания .

С ростом напряжения время трогания уменьшается в соответствии с уменьшением .

Иногда возникает необходимость ускорить срабаты­вание уже готового электромагнита. Увеличение питаю­щего напряжения без измене­ния активного сопротивления цепи ведет к ускорению сраба­тывания, но катушка электро­магнита может сгореть, если при номинальном значении пи­тающего напряжения темпера­тура обмотки равна предельно допустимой. В этих случаях рекомендуется при повышении питающего напряжения в цепь включать добавочное сопротивление, чтобы величина установившегося тока оставалась неизменной и равной I_у. При этом ускорение срабатывания происходит за счет уменьшения постоянной времени. Величина  остается неизменной.

На рис. 5.4 показано изменение токов в обмотке электромагнита при неизменном установившемся токе. Кривые показывают, что в данном случае чем больше постоянная времени, тем больше время трогания.

В заключение отметим, что при прочих равных усло­виях увеличение натяжения противодействующей пру­жины ведет к росту , при этом  также увеличивается.

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 63; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!