Динамика и время срабатывания
Электромагнитов
До сих пор мы рассматривали только статические характеристики электромагнитов, т.е. предполагалось, что в их обмотках проходит неизменный ток независимо от того, неподвижен якорь либо движется. В таком режиме работают тормозные и удерживающие электромагниты. В большинстве электромагнитов, имеющих обмотку напряжения, процесс срабатывания имеет динамический характер, при этом существенное значение имеет время.
С точки зрения времени срабатывания различают три вида электромагнитов:
· быстродействующие (t ср изменяется от единицы до десятков миллисекунд);
· обыкновенные (t ср составляют десятки-сотни миллисекунд);
· замедленного действия.
Время срабатывания t ср электромагнита – это время с момента подачи напряжения на обмотку до момента остановки якоря:
t ср = t тр + t дв,
где t тр – время трогания, время с начала подачи напряжения до начала движения якоря; t дв – время движения, т.е. время перемещения якоря из положения при зазоре dн до положения при зазоре dк.
При движении якоря изменяется индуктивность системы, поэтому динамические характеристики электромагнита отличаются от статических. Работа электромагнита имеет циклический характер, так как якорь обычно совершает поступательное и вращательное движение с последующим возвратом в исходное положение.
Рабочий цикл электромагнита можно разбить на отдельные этапы (рис.14).
|
|
|
1. Первым этапом является процесс срабатывания электромагнита, когда якорь переходит от начального положения S н в конечное S к (рис.14, а). Этот этап подразделяется на периоды трогания якоря 
и его движения t ¢дв. В период трогания ток в обмотке электромагнита (рис.14, б) возрастает до значения i тр (кривая 1), при котором обеспечивается равенство электромагнитной силы силам, противодействующим движению, т.е. F = F прот. Уравнение, описывающее этот процесс, имеет вид
U = iR + d Y/ dt. (8)
Поскольку в начальном положении якоря рабочий зазор относительно большой, магнитная цепь может считаться ненасыщенной, а индуктивность обмотки – постоянной величиной, тогда при Y = Li и L = const получим
U = iR + Ldi / dt.
Решим это уравнение относительно i:
,
где I y = U/R – установившееся значение тока; T = L/R – постоянная времени цепи.
Ток, при котором начинается движение якоря, называется током трогания i тр, а время нарастания тока от нуля до i тр является временем трогания 
.
Для момента трогания запишем
. (9)
Решив (9) относительно t тр, получим
. (10)
Из выражения (10) видно, что время трогания якоря t тр пропорционально Т = L / R. При приближении тока трогания i тр к установившемуся значению тока I y нарастание тока замедляется.
|
|
|
2. Второй этап – движение якоря.Сила тяги становится больше противодействующих сил, т.е. F > F прот.. Начинается движение якоря (рис.14, б), зазор уменьшается, индуктивность увеличивается, поскольку 
, где w – число витков катушки, G d – магнитная проводимость воздушного зазора. Уравнение (8) примет следующий вид:
U = iR + 
. (11)
При движении якоря dL/dt > 0, поэтому i и di / dt начинает уменьшаться (поскольку сумма всех падений напряжений, т.е. правая часть уравнения (11), равна неизменному значению напряжения источника питания U). Этому режиму соответствует кривая 2 на рис.14, б. Чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока. Якорь достигает своего крайнего положения, и уменьшение тока прекращается.
Работа, произведенная электромагнитом за время движения t¢ дв, затрачивается на увеличение кинетической энергии (
где m – масса подвижных частей, V – скорость перемещения якоря) его подвижной части и преодоление противодействующих сил F прот.
Таким образом, время срабатывания
t ср = t тр + t¢ дв.
3. Третий этап – период включенного состояния t вкл.сост. После окончания перемещения якоря система находится в состоянии покоя. Ток меняется по закону
i = I 0 
+ I у 
,
где T 1 = L к /R к – постоянная времени при d = dк; t = t вкл.сост.
|
|
|
Ток увеличивается до установившегося значения I y = U/R, причем T 1 > T, поскольку конечный зазор меньше начального зазора, т.е. dк < dн. Таким образом, величина тока в переходном режиме (i тр) значительно меньше установившегося значения и сила, развиваемая электромагнитом, в динамике значительно меньше, чем в статике при I y = const.
4. Четвертый этап – время возврата t возвр якоря электромагнита в исходное положение. В исходное положение якорь возвращается двумя ступенями.
Сначала при отключении обмотки (рис.14, б) ток спадает до тока отпускания i отп (кривая 4), при котором электромагнитная сила становится равной силе, стремящейся возвратить якорь в исходное положение (F эм = F прот). Это соответствует промежутку времени отпускания t отп, которое зависит от ряда факторов: нагрузки, условий отключения обмотки, а также от задерживающего действия вихревых токов (поле которых стремится поддержать спадающий магнитный поток) и т.д. Процесс отпускания при этом описывается уравнением
U = iR д + iR + L к di / dt,
где R д – сопротивление искры (дуги), возникающей между контактами при размыкании.
Если предположить, что R д = const, то решение уравнения примет вид
|
|
|
,
где Т к – постоянная времени, равная L к / (R д + R), обычно R д > R.
Тогда ток меняется по закону
.
Поскольку R д велико, время Т к очень мало. Процесс спадания тока, а следовательно, и магнитного потока происходит быстро. Если сердечник, на котором размещается обмотка, сплошной и имеет большое сечение, то спад магнитного потока замедляется, так как в сердечнике возникают вихревые токи, поле которых стремится поддержать спадающий поток.
После периода отпускания начинается движение якоря, которое происходит за счет усилия F прот противодействующей пружины. Этому периоду соответствует время движения t¢¢ дв (рис.14, а), в течение которого подвижная часть перемещается в исходное положение.
Таким образом, время возврата в исходное положение
t возвр = t отп + t¢¢ дв.
5. Пятый этап – период отключенного состояния (t отк.сост). В течение этого периода обмотка охлаждается после ее отключения от источника питания.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!