Тяговая и механическая характеристики электромагнита

В соответствии со вторым законом Кирхгофа в любое мгновение переходного процесса при включении ЭМ выполняется следующее соотношение

где U — напряжение, подаваемое на зажимы обмотки (катушки) с числом витков w и активным сопротивлением R.

Умножив обе части этой формулы на Idt, получим уравнение энергетического баланса

где UIdt — электрическая энергия, поступившая в обмотку за время dt; I²dt — тепловые потери в активном сопротивлении; wId Ф — энергия, затраченная на создание магнитного поля ЭМ и механическую работу движения якоря.

После интегрирования приходим к выражению

где t, Ф — текущие координаты.

Известно, что ток в обмотке ЭМ, включенной на постоянное напряжение, нарастает по экспоненциальному закону. В некоторый момент времени он достигает значения тока трогания, которому соответствует точка 1 на рис. 15.3. В это мгновение якорь приходит в движение, в процессе которого рабочий зазор уменьшается, индуктивность обмотки растет и ток в ней падает до тех пор, пока якорь не притянется к сердечнику, чему соответствует точка 3. Во время движения якоря связь между Ф и wl определяется кривой 1 — 2 — 3. По окончании движения якоря ток опять начинает возрастать, достигая установившегося значения в точке 4.

Если якорь при срабатывании ЭМ находится в начальном положении и рабочий зазор δ максимален (δ = δ_Н), то характеристика намагничивания при δ = δ_Н = const имеет вид кривой 0 — 1 — 5 (см. кривую δ_Н на рис. 15.3), а в конечном положении якоря, когда он полностью притянут и δ = δ_К = const — вид кривой 0 — 1 — 3 — 4 (см. кривую δ_К на рис. 15.3). Значит, динамическая характеристика намагничивания Ф(wI) при срабатывании ЭМ состоит из участка 0 — 7 кривой δ_Н, переходной кривой 1 — 2—3 во время движения якоря (δ = var) и участка 3—4 кривой δ_К.

Энергия W ₀₁₂₃₄, представленная в последней формуле вторым членом ее правой части и равная энергии, поступившей из сети, в течение нарастания МДС от 0 до wI_y при срабатывании ЭМ за вычетом тепловых потерь, пропорциональна площади, ограниченной кривой 0 — 7 — 2—3—4— Ф_у— 0.

Тяговой (или электромеханической) характеристикой ЭМ называют зависимость Q_T (δ) — тягового усилия от длины воздушного зазора при известном характере изменений тока обмотки и противодействующих усилий во время срабатывания.

Допустим, при подаче на обмотку напряжения трогания U _трдвижение якоря ЭМ начинается по достижении током значения I _у и в процессе изменения длины зазора от начальной δ_Н до конечной δ_К этот ток остается неизмененным. Для ЭМ последовательного включения это условие естественное. В ЭМ параллельного включения ток в обмотке неизменный, если в любое мгновение срабатывания тяговое и противодействующее усилия равны друг другу, т. е. якорь перемещается бесконечно медленно, и, следовательно, инерция подвижных частей не проявляется. Поэтому снятая при таких условиях тяговая характеристика является статической. Другими словами, статическая тяговая характеристика — это зависимость электромагнитного усилия, действующего на неподвижный якорь, от его положения, исчисляемого значением рабочего зазора, при неизменной МДС.

Под механической, или противодействующей, характеристикой ЭМ понимают зависимость Q_Mex(δ) — результирующей силы сопротивления движению якоря, приложенной к нему и приведенной к рабочему зазору 5, от длины последнего (или момента сопротивления от угла поворота якоря).

Множество различных механических характеристик объясняется многообразием конструктивного исполнения и параметров механических элементов ЭМ.

Построение механических характеристик ЭМ и согласование их с тяговыми характеристиками производятся так же, как для реле.

Дата добавления: 2015-07-14