Электромагниты переменного тока

Тяговая характеристика. Якорь ЭМ притягивается к сердечнику при подаче в обмотку как постоянного, так и переменного тока. Считая поток в магнитопроводе синусоидальным, что справедливо при синусоидальном напряжении на зажимах обмотки с пренебрежимо малым активным сопротивлением, по формуле Максвелла найдем выражение для тягового усилия:

где Ф_δ — магнитный поток в воздушном зазоре; S — поперечное сечение воздушного зазора; ω — круговая частота питающего тока; (Q _тmах = Ф²_mах/(2μ₀ S) — амплитуда тягового усилия, неизменного по знаку и пульсирующего с удвоенной частотой (рис. 15.5).

Притяжение якоря определяется средним значением тягового усилия Q_tmed, т.е. его постоянной составляющей (см. рис. 15.5, а). Пульсирующее тяговое усилие можно представить в виде двух составляющих следующим образом:

где Q_Tmed = 0,5Q_Tmax = Ф²_mах/(4μ₀ S) — постоянная составляющая, т.е. среднее значение тягового усилия; Q_T~ = 0,5Q_Tmaxcos 2ω t = Q_Tmed cos 2ω t — переменная составляющая.

Из сравнения Q_Tmed и Q_T следует, что при Ф_mах = Ф_δ постоянная составляющая тягового усилия ЭМ переменного тока в два раза меньше тягового усилия ЭМ постоянного тока. Значит в общем случае ЭМ постоянного тока при прочих равных условиях развивает большую силу притяжения, чем ЭМ переменного тока.

Если при постоянном (установившемся) напряжении

то при переменном напряжении, так как от δ зависит индуктивность L,

где F — тяговое усилие; w — число витков в обмотке; U — напряжение питания магнита; z — полное сопротивление обмотки; R — активное сопротивление обмотки; δ — воздушный зазор.

Разной зависимостью от 8 объясняется различие статических тяговых характеристик ЭМ постоянного и переменного токов, показанных на рис. 15.5, б. Если тяговая характеристика 1 электромагнита постоянного тока круто поднимается с уменьшением δ, то тяговая характеристика 2 электромагнита, работающего на переменном токе, более пологая из-за роста индуктивности обмотки. Если R = 0, то согласно второму закону Кирхгофа приложенное к обмотке напряжение уравновешивается только ЭДС самоиндукции (е), т.е.

При U_max = const и, следовательно, Ф_mах = const и Ф_mах ≠ f (δ) тяговая характеристика ЭМ имеет вид горизонтальной прямой 3. Таким образом, форма тяговой характеристики ЭМ переменного тока зависит от соотношения активного R и индуктивного X_L сопротивлений цепи его обмотки.

Способы устранения вибрации якоря. Как видно из рис. 15.5, а, в некоторые моменты времени тяговое усилие Q _T обращается в нуль. При наличии противодействующей силы Q _Mex, изменяющейся в соответствии с механической характеристикой ЭМ и стремящейся оторвать якорь от сердечника, это может привести к вибрации якоря: когда Q _Mex > Q_T якорь отходит от сердечника, а при Q_T > Q _Mex снова притягивается. Если f = 50 Гц, то якорь совершает 100 колебаний в секунду, что приводит к повышенному механическому износу и возникновению шума.

Эффективными средствами снижения вибрации якоря являются уменьшение пульсации тягового усилия с помощью магнитных экранов (короткозамкнутых витков), охватывающих часть сечения сердечника, и использование многофазных ЭМ.

На рис. 15.5, в приведена конструкция части магнитопровода ЭМ с экраном и показаны направления магнитных потоков при убывании основного потока Ф. Тогда в соответствии с принципом Ленца поток Ф_к, создаваемый током, наведенным в экране (Э) правым потоком Ф_пр, будет направлен согласно с правым потоком Ф_пр, т. е. Ф₂ = Ф_пр + Ф_к и Ф₁ = Ф_лев - Ф_к, где Ф₁ Ф₂ — суммарные потоки в воздушных зазорах.

Для того чтобы исключить вибрацию якоря, можно также использовать двух- или трехфазный электромагнит с токами в катушках, сдвинутыми по фазе.

Если с якорем сочленены инерционные механизмы, то он утяжеляется, что предотвращает вибрацию с частотой 2ω. Однако чувствительность ЭМ при этом снижается.

Дата добавления: 2015-07-14