2.7 Основные характеристики и параметры магнитов
Важнейшими характеристиками электромагнита с точки зрения его оценки являются следующие:
1. Электромеханическая характеристика. Она представляет собой зависимость электромагнитной силы FЭ от положения якоря S для различных постоянных значений напряжения, приведенного к обмотке, или тока в обмотке. Или
Fэ = f (s) при U = const (2.1)
Fэ = f (s) при i = const (2.2)
Электромеханическая характеристика должна быть такой, чтобы в любом положении якоря электромагнитная сила была больше противодействующей.
2. Нагрузочная характеристика. Это характеристика связывает значение электромагнитной силы и величину напряжения, подведенного к обмотке, или тока в ней при различных положениях якоря:
-
Fэ = f (U);
(2.3)
для s = const
Fэ = f (i).
(2.4)
3. Условная полезная работа. Последняя определяется, как произведение электромагнитной силы, соответствующей данному положению якоря, на величину его возможного хода.
(Wп)у = Fэ(sк - sн) при i = const (2.5)
4. Время срабатывания электромагнита при прочих равных условиях является функцией начальной силы FП, противодействующей перемещению якоря
tсраб = f(Fп) при U = const (2.6)
5. Характеристика нагрева, представляющая зависимость температуры нагрева обмотки электромагнита от продолжительности включенного состояния:
Θобм = f (t) (2.7)
6. Показатель добротности электромагнита, определяемый, как отношение веса электромагнита к величине условной полезной работы:
(2.8)
7. Показатель экономичности, являющийся отношением потребляемой обмоткой электромагнита мощности к величине условной полезной работы:
(2.9)
Все эти характеристики позволяют установить пригодность данного электромагнита к определенным условиям его работы.
Кроме перечисленных характеристик, следует рассмотреть также некоторые из основных параметров электромагнитов. К ним относятся:
а) Мощность, потребляемая электромагнитом. Предельная мощность, потребляемая электромагнитом, может ограничиваться как величиной допустимого нагрева его обмотки, так, в некоторых случаях, и условиями питания цепи обмотки электромагнита.
Для силовых электромагнитов, как правило, ограничением является его нагрев за период включенного состояния. Поэтому величина допустимого нагрева и его правильный учет при проектировании являются наиболее важным фактором.
Выбор рациональной конструкции как в магнитном и механическом отношении, так и в смысле тепловых характеристик позволяет при заданных условиях получить конструкцию с минимальными габаритами и весом, а, следовательно, и наименьшей стоимостью. Применение более совершенных магнитных материалов и обмоточных проводов также способствует увеличению эффективности конструкции.
В некоторых случаях электромагниты (для реле, регуляторов и др.) проектируют из расчета получения максимального усилия, т.е. минимального потребления мощности при заданной полезной работе. Такие электромагниты характеризуются сравнительно небольшими электромагнитными силами и ходами и легкими подвижными частями. Нагрев их обмоток бывает обычно значительно ниже допустимого. Теоретически мощность, потребляемая электромагнитом, может быть сколь угодно снижена путем соответствующего увеличения размеров его катушки. Практически предел этому создают увеличивающаяся длина среднего витка обмотки и длина средней линии магнитной индукции, вследствие чего увеличение размеров электромагнита становится малоэффективным.
б) Коэффициент запаса. В большинстве случаев н.с. трогания можно считать равной н.с. срабатывания электромагнита.
Отношение н.с., соответствующей установившемуся значению тока, к н.с. срабатывания (критической н.с.) носит название коэффициента запаса
(2.10)
Для получения минимального времени трогания, при определенной конструкции электромагнита, ток трогания должен составлять примерно 70 % установившегося тока, т.е. kЗ = 1,4.
в) Коэффициент возврата. Отношение н.с., при которой происходит возврат якоря в первоначальное положение, к н.с. срабатывания называется коэффициентом возврата электромагнита. Для нейтральных электромагнитов значение коэффициента возврата всегда меньше единицы, а для различных исполнений он может иметь значения от 0,1 до 0,8. При этом достижение величин, близких к обоим этим пределам, одинаково затруднительно.
Коэффициент возврата имеет наибольшее значение при максимальном приближении противодействующей характеристики к тяговой характеристике электромагнита. Уменьшение хода электромагнита также повышает коэффициент возврата.