3.5.3. Особенности электромагнитов переменного тока

В отличие от электромагнитов постоянного тока катушка электромагнита переменного тока обладает как активным, так и индуктивным электрическим сопротивлением. С учетом формулы (3.28) реактивное сопротивление катушки электромагнита

, (3.36)

где  – круговая частота; L – индуктивность обмотки катушки; f – частота тока; w – число витков катушки;  – магнитная проводимость.

Магнитное сопротивление стального магнитопровода R_ст значительно меньше сопротивления воздушных зазоров R_, поэтому, без учета проводимости рассеяния, результирующая магнитная проводимость электромагнита будет определяться проводимостью воздушного зазора

. (3.37)

Если взять простейшую формулу для магнитной проводимости воздушного зазора – _ = ₀S/, то в расчете на один результирующий зазор _ электромагнита

, (3.38)

где S – площадь полюса электромагнита.

Для электромагнита, изображенного на рисунке 3.15, _ = 2.

Рис. 3.15. Электромагнит переменного тока

Обозначив через R активное сопротивление обмотки электромагнита, получим выражение для тока в катушке

, (3.39)

где u_~ – напряжение на катушке.

Если R << X, то

. (3.40)

Выражение (3.40) показывает, что при неизменном действующем значении напряжения на катушке ток в ней зависит от величины воздушного зазора электромагнита, в отличие от электромагнитов постоянного тока. Это вызвано влиянием величины зазора на индуктивное сопротивление электромагнита. Характер зависимости действующего значения тока от величины зазора i() показан на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Зависимость тока и тяговой силы электромагнита от воздушного зазора

При подаче напряжения на катушку электромагнита через нее протекает пусковой ток I_п, который имеет значительную величину из-за большого начального значения воздушного зазора ₀. При движении якоря зазор уменьшается, что приводит и к уменьшению тока. В притянутом состоянии якоря по катушке протекает номинальный ток I_н, который в несколько раз меньше пускового.

Для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис магнитопроводы электромагнитов переменного тока делают шихтованными.

Тяговая сила в электромагните переменного тока изменяется с двойной частотой питающей сети в диапазоне от 0 до F_max. Это приводит к вибрации якоря электромагнита под действием противодействующей силы обусловленной возвратной пружиной электромагнита F_пр или весом его механизма. Удары при вибрации расплющивают полюса электромагнита, создают повышенный уровень шума, кроме того, из-за увеличения зазора и снижения индуктивного сопротивления катушки по ней протекает повышенный ток и перегревает ее.

Наиболее эффективный способ борьбы с вибрацией – установка короткозамкнутого витка на расщепленном полюсе электромагнита.

Рис. 3.17. Расщепленный магнитопровод с короткозамкнутым витком

Короткозамкнутый виток вызывает сдвиг фазы между потоками, проходящими через охваченную короткозамкнутым витком часть полюса и неохваченную, что сдвигает и фазы между силами, вызываемыми этими потоками. В результате суммарная электромагнитная сила, действующая на якорь, будет изменяться не от нуля, а от некоторого значения F₀ до F_max, если F₀ > F_пр, то вибрации якоря не будет. График изменения результирующей силы представлен на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Влияние короткозамкнутого витка на результирующую силу

Тяговая сила в электромагнитах переменного тока, при заданной максимальной индукции и площади сечения полюсов, оказывается вдвое меньше силы, развиваемой в тех же условиях электромагнитом постоянного тока. Поэтому, для получения одной и той же средней силы, сечение и вес стали в электромагните переменного тока должны быть, как минимум, вдвое больше, чем в электромагнитах постоянного тока.

Эти недостатки, тем не менее, не препятствуют широкому применению электромагнитов переменного тока. Обусловлено это тем, что сети переменного тока широко распространены.