Введение
КСУИ.217.3146.001 ПЗ
Лист
Изм.
Лист
№ докум
Подпись
Дата
В 1820 г. датский физик Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. Однако магнитное поле отдельного проводника очень слабое. Наиболее сильным магнитным действием обладает проводник с током, свернутым в виде спирали, если в нее вставлен стальной сердечник. Катушка со стальным сердечником получила название электромагнита.
Используются электромагниты очень широко и имеют различные размеры. Несмотря на конструктивное разнообразие, все электромагниты состоят из следующих основных частей: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника и якоря, передающего усилие деталям механизма.
Для снижения потерь энергии на нагревание, сердечники выполняют из набора листов специальной стали. Подъемная сила электромагнита равна силе, которая необходима для отрыва от электромагнита, притянутого им куска стали. Она определяется числом витков катушки, силой тока проходящего по катушке, магнитными свойствами сердечника.
В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы электромагниты подразделяют на 3 группы:
• нейтральные электромагниты постоянного тока;
• поляризованные электромагниты постоянного тока;
• электромагнит переменного тока.
Нейтральные электромагниты постоянного тока
Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины и не зависит от направления тока в обмотке.
Поляризованные электромагниты постоянного тока
Присутствуют два независимых магнитных потока — поляризующий и рабочий. Первый создается рабочей (или управляющей) обмоткой. Поляризующий поток чаще всего создается постоянными магнитами, иногда дополнительными электромагнитами, и используется для обеспечения наличия притягивающей силы при выключенной рабочей обмотке. В целом действие такого магнита зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке.
Электромагниты переменного тока
В этих магнитах питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, а однонаправленная сила притяжения меняется только по величине, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока.
Электромагниты различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия, создающие постоянное или переменное магнитное поле и т. д.
1 Принцип действия и области применения.
КСУИ.217.3146.001 ПЗ
Лист
Изм.
Лист
№ докум
Подпись
Дата
КСУИ.214.3146.001 ПЗ
Лист
Изм.
Лист
№ докум
Подпись
Дата
Принцип действия.
Как было написано ранее, в электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока. При синусоидальном переменном токе поток (рис 1.1, а) изменяется по закону:
В этом случае сила притяжения электромагнита будет вычисляться как:
(1)
Обозначив
Получим
т.е. сила притяжения P пульсирует по значению с двойной частотой сети, не меняя при этом своего знака (рис 1, б). Сила притяжения может быть представлена в виде двух составляющих: постоянной по времени P’=Pm/2 и изменяющейся во времени по закону косинуса переменной P’’= 
. Среднее за период значение силы P будет Pm/2.
Рис. 1.1- Кривые измерения силы притяжения электромагнита переменного тока баз кароткозамкнутого витка.
Если отрывное усилие электромагнита будет Ротр, то дважды за период в точке А (рис. 1.1, в) якорь электромагнита будет отпадать, а в точке В — снова притягиваться, т. е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением. 
|
Рис. 1.2- Принцип работы короткозамкнутого виткав электромагнитных системах переменного тока.
Для устранения вибрации электромагниты переменного тока снабжаются ко- роткозамкнутыми витками (рис. 1.2, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 — 80 %).
Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф1 который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф2, который проходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДС ек.з и возникает ток iк.з, сдвинутый по отношению к на угол 
и определяемый весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем у0 = 0. Ток iк.з, возбуждает магнитный поток Фк.з, который охватывает короткозамкиутый виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф2, проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во времени по отношению к потоку Ф1 на угол φ (рис. 1.2,б и в).
Сила пригяжеиия электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил Р1 и Р2 (рис. 1.2, г). Благодаря сдвигу их во времени общая сила Р пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше Pотр чем и исключается вибрация якоря.
Каждая из сил P1 и Р2 может быть представлена в виде двух составляющих:
|
Амплитудное значение 
переменной составляющей
Тогда полная сила
Как видно из уравнения (8), пульсация зависит от угла сдвига 
между потоками 
. Под пульсацией силы η понимают отношение амплитудных значений переменной и постоянной составляющих:
Пульсация будет отсутствовать при 
Это возможно при одновременном выполнении двух условий:
1) 
, т.е. 
2) 
т.е. угол сдвига между потоками 
должен быть 90.
В системах с короткозамкнутым витком достигнуть сдвига потоков на 
практически невозможно. В осуществляемых системах 
Минимальное значение пульсации получается при соблюдении первого условия.
Области применения.
Электромагниты применяют для создания магнитного поля в электрических машинах и аппаратах, устройствах для подъёма грузов, устройствах автоматики и др. Перспективно применение сильных электромагнитов для поездов, движущихся на магнитной подушке, когда вагон удерживается магнитным полем в подвешенном состоянии и не соприкасается с направляющим рельсом.
Так же Они содержатся во многих бытовых приборах - электробритвах, магнитофонах, телевизорах. Устройства техники связи - телефония, телеграфия и радио. В качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения рабочего органа или поворота его в пределах ограниченного угла, или для создания удерживающей силы.
Электромагниты нашли применение и в санитарной технике. Там используют, как правило, однофазные (однокатушечные) электромагнитные механизмы, которые удерживают регулирующий орган в открытом или закрытом состоянии и, следовательно, работают в комплекте с двухпозиционными
регуляторами, оснащенными электроконтактным выходом, Уоднофазных электромагнитов переменного тока магнитный поток пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой и на якорь действует результирующее (среднее) тяговое усилие, которое в электромагните переменного тока значительно меньше, чем в электромагните постоянного тока тех же размеров. Несмотря на это, электромагнитные приводы переменного тока применяются чаще, чем постоянного, так как они не требуют установки дополнительных трансформаторов и выпрямителей.
|
2. Конструктивные особенности и основные характеристики.
КСУИ.217.3146.001 ПЗ
Лист
Изм.
Лист
№ докум
Подпись
Дата
Конструктивные особенности.
Электромагнитные механизмы применяются для приведения в действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны, они могут быть классифицированы:
1) по способу действия:
· удерживающие — для удержания гех или иных грузов или деталей (например, электромагнитные столы станков, электромагниты подъемных кранов и т. п.);
· притягивающие — совершают определенную работу, притягивая свой якорь;
2) по способу включения:
· с параллельной катушкой — ток в катушке определяется параметрами самого электромагнита и напряжением сети;
· с последовательиой катушкой — катушка включается в силовую цепь, ток в катушке определяется не параметрами электромагнита, а теми устройствами (машины аппараты), в цепь которых включена катушка;
3) по роду тока:
· постоянного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от сопротивления ее обмотки и приложенного напряжения, электромагнитная система работает при постоянной МДС;
· переменного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от индуктивности системы, меняющейся обратно пропорционально воздушному зазору, электромагнитная система работает при постоянстве потокосцепленнй;
4) по характеру движения якоря:
· поворотные — якорь поворачивается вокруг какой-то оси или опоры (рис. 2.1 а и б);
· прямоходовые — якорь перемещается поступательно (рис. 2.1, в и г).
Конструкции электромагнитов показаны на рисунке 2.1
Рис. 2.1- Схемы электромагнитов. а, б- с поворотным якорем, в, г- с прямоходовым якорем.
1-скоба, 2- якорь, 3- катушка, 4- сердечник.
По форме магнитопровода различают электромагниты с П -, Ш – образным и цилиндрическим магнитопроводом.
Катушки электромагнитов по своей конструкции бывают каркасные и бескаркасные, а по форме сечения – круглые и прямоугольные. Провод каркасной катушки наматывают на каркас из изоляционного материала (текстолит, гетинакс, пластмасса). Провод бескаркасной катушки наматывают прямо на сердечник, обмотанный изоляционной лентой, или на специальный шаблон. Для обеспечения прочности катушки, выполненной на шаблоне, ее обматывают лентой (бандажируют) и пропитывают компаундным лаком.
Катушки, как правило, наматывают медным проводом с изоляцией, выбираемой исходя из назначения и условий работы электромагнита.
Различают также электромагниты, предназначенные для длительной, кратковременной и повторно-кратковременной работы.