Статических характеристик электромагнитов

Статические характеристики электромагнитов снимают, когда в обмотках электромагнитов протекает неизменный ток при неподвижном и движущемся якоре. Статическая тяговая характеристика – зависимость силы тяги электромагнита F от величины зазора dдля электромагнитов постоянного и переменного тока Кривая 2 (рис.11, а) изображает зависимость F = f (d), снятую экспериментально. Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что при больших зазорах, когда поток в системе мал (падением магнитного потенциала можно пренебречь), эти кривые почти совпадают. Для электромагнитов переменного тока (рис.11, б) при увеличении зазора dрастет магнитное сопротивление рабочего зазора и ток в обмотке, уменьшается индуктивность катушки, а поток (Ф_d) в рабочем зазоре остается постоянным. Однако влияние активного сопротивления R катушки ограничивает рост тока и, следовательно, тяговое усилие F из-за этого уменьшается.

Выше были приведены тяговые характеристики, соответствующие простому клапанному электромагниту. Для более сложных электромагнитов типичные тяговые характеристики представлены на, где кривая 1 имеет гиперболический вид, характерный для ­­­ (электромагниты соленоидного типа), а также у электромагнитов, якорь которых перемещается перпендикулярно к направлению магнитного потока; кривая 4 – пологий вид, свойственный электромагнитам с незамкнутой и замкнутой магнитными цепями, у которых якорь втягивается внутрь катушки

Подключение обмоток электромагнитов постоянного и переменного тока к источнику питания преимущественно параллельное, в отдельных случаях (токовые реле) – последовательное.

При сравнении статических характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока следует сделать следующие

выводы:

1. Поскольку среднее значение силы тяги при переменном токе (см. рис.10), для электромагнитов переменного и постоянного тока F _ср.пер = 0,5 F _{ср.пост}, поэтому электромагнит постоянного тока развивает в 2 раза большее усилие, чем электромагнит переменного тока.

2. Электромагнит переменного тока имеет вибрацию якоря.

3. В электромагнитах постоянного тока сила тяги резко падает при увеличении зазора, поэтому эти электромагниты делаются с малым зазором.

4. В электромагнитах переменного тока при увеличении зазора растет магнитное сопротивление R _mзазора и ток в обмотке. При этом в рабочем зазоре поток Ф_dпадает только за счет активного сопротивления в обмотке, т.е.

,где Iw – м.д.с. обмотки.

Таким образом, электромагнит переменного тока как бы имеет автоматическую форсировку. При большем зазоре создается бóльшая м.д.с. обмотки, которая обеспечивает необходимый поток в рабочем зазоре, поэтому у электромагнитов переменного тока возможен большой ход якоря.

Особенностью работы ­. Для борьбы с вибрацией якоря в однофазных электромагнитах применяются короткозамкнутые витки полностью или частично охватывающие полюсы магнитопровода. Основное назначение экранов – изменение фазы магнитного потока.

Экран создает свой магнитный поток Ф_2, который отстает по фазе на угол yот основного потока Ф₁ и создает свою намагничивающую силу F ₂. Каждый из потоков создает под своей частью полюса свою силу тяги F ₁и F ₂ (рис.13, б).

В верхней части полюса развивается сила тяги

,в нижней части

.Результирующая сила тяги, действующая на якорь, равна сумме сил F ₁и F ₂(рис.13, в). Согласно рис.13, г амплитуда переменной составляющей может быть найдена из векторной диаграммы, тогда

F_{m .пер} = .Обычно электромагнит проектируется так, чтобы его минимальная сила тяги F _min была больше противодействующей силы:

F _min = F _ср – F_{m .пер} > F _прот . Чем меньше F_{m. пер}, тем меньше пульсация силы тяги. Из следует, что для уменьшения пульсации тяговой силы необходимо уменьшение амплитуды F_{m. пер}, что возможно при следующих условиях: F_{m. пер} = 0 при F _ср1 = F _ср2и y = 90°^. Эти условия выполнить невозможно, поэтому для ненасыщенных потоков Ф₂ = Ф₁ при y = 60°¸65°, а сила F _ср1¹ F _ср2. Поскольку короткозамкнутый виток уменьшает поток под нижней частью полюса, с целью выравнивания потоков Ф₁и Ф₂этот виток охватывает бóльшую часть полюса(обычно 2/3).

Для уменьшения вибрации якоря в трехфазном электромагните используется естественный сдвиг потоков в этой системе (т.е. при трехфазном источнике питания). Магнитные потоки всех трех фаз электромагнитов симметричны. Примем, что насыщение отсутствует, тогда сила тяги, развиваемая под каждым полюсом,

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