§ 4.12 Расчет магнитной цепи с постоянными магнитами

Дано: ГМЦ, материал МЦ (рис 4.21а)

Найти: Ф_

Последовательность расчета соответствует последовательности технологических операций при намагничивании постоянного магнита в процессе его изготовления.

1. Расчет индукции В_ст1 в нейтральном сечении О-О после намагничивания образца и последующего удаления заглушки из рабочего зазора. Сечение О-О характеризуется максимальным магнитным потоком. По мере приближения к воздушному зазору Ф будет  за счет Ф_S и Ф_min.

Расчет индукции В_ст1 путем решения следующей системы 2 уравнений:

а) В_ст = f(H_ст) – кривая намагничивания магнитотвердого материала;

б) В_ст1 = f(H_ст1) – к.н. образца, когда убрана заглушка.

,

где – коэффициент рассеивания МЦ без якоря в воздушном зазоре.

Данное уравнение говорит о том, что индукция В в сечении О-О после удаления заглушки будет прямо пропорциональна магнитной проводимости G_ воздушного зазора.

Графики 2 уравнения отображаются прямой, которая проходит под углом ₁: ,

где m_H (А/см), m_B (Тл/см) – масштабы по оси Н и В.

2. Расчет индукции В_ст2 в сечении О-О при установлении якоря в рабочем зазоре. Это действие ведется путем решения системы 2 уравнений:

а) прямая возврата, которая проходит под углом 

 = arctg(_r) – по справочнику _r  

б) В_ст2 = f(H_ст2)

,

где – коэффициент рассеивания магнитной системы при наличии якоря в воздушном зазоре

Решение системы находится на пересечении прямой возврата с лучом ОК2 под углом

3. Расчет потока в воздушном зазоре

.

–––––––––––––––––––––––––

Дано: Ф_, геометрия воздушного зазора, то есть известна G_.

Найти: ГМЦ, материал магнита.

1. Выбор материала

В се материалы можно разделить на высококоэрционные и низкокоэрцион­ные (рис. 4.20). Постоянный магнит выполненный из высококоэрционного материала должен иметь небольшой угол  луча ОК, при котором он будет отдавать в воздушный зазор максимальную энергию.

Учитывая, что tg  G_ можно сделать вывод: постоянный магнит с повышенной заданной магнитной проницаемостью воздушного зазора целесообразно изготовлять из низкокоэрционного материала.

2. Геометрические размеры тела постоянного магнита рассчитываются из условия его работы в оптимальном магнитном режиме (Н₀ ;В₀).

Расчет:

– определение длины магнита

Ф_ = (IW)_G_ = H_стl_стG_  .

– определение сечения

Ф_ст = S_стВ_ст  ,

где  – коэффициент рассеивания постоянного магнита, который на данном этапе задается на основании опытных данных, а после определения ГМЦ он уточняется.

Глава 5 Основные виды эа и их выбор

§ 5.1 Реле

Реле – устройство, которое имеет скачкообразную гистерезисную характе­ристику управления.

Характеристика управления – зависимость У(I_К) = f(Х = U_У)

Возможны 2 вида характеристик управления реле.

а) б)

Х_В

Х_ср

Характеристикой типа а) обладает реле с замыкающими контактами (ЗК); типа б) обладает реле с размыкающими контактами (РК).

Характеристики позволяют обеспечивать им 2 устойчивых положения – начальное и конечное, у реле  быстродействие и  помехоустойчивость.

t_cp и t_в не будут зависеть от скорости изменения входного сигнала.

Функции реле: 1) коммутация электрической цепи; 2) усиление и размножение входного сигнала; 3) фиксирование отклонения контролируемого параметра.

Классификация реле:

1. в зависимости от принципа действия привода:

электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые и т.д.

2. в зависимости от входной величины, на которую реагируют реле:

U, I, P(давления), f, t-ры и т.д.

3. в зависимости от области применения:

промышленной автоматики, защиты энергосистем, радиоэлектроники.

4. по состоянию реле, в котором оно находится при снятии входной величины:

– одностабильные, у которых осуществляется самовозврат в исходное положение после снятия входной величины;

– двухстабильные, самовозврата нет, управление импульсное (благо­приятные условия работы обмотки,  надежность), устойчивое состояние фиксируется с помощью механических, электромагнитных или других защелок.

5. по массе:

микроминиатюрные (до 6 гр.), миниатюрные (до 16 гр.), малогабаритные (16-40 гр.), нормальные (больше 40 гр.).

6. по чувствительности:

высокочувствительные (с Р_ст до 10 мВт), чувствительные (до 50 мВт), нормальные (больше 50 мВт).

Основные параметры реле

1. I_ном – номинальный ток реле, это максимальный ток, который способна выдержать контактная система в длительном режиме из условия допустимого нагрева

2. U_ном – номинальное напряжение выходной цепи, это максимальное номинальное напряжение главной выходной цепи, в котором реле может работать надежно без пробоя

3. I_вкл, I_выкл – включаемый и отключаемый предельный ток реле в режиме нормальной коммутации, это максимальное значение токов выходной цепи, которые может включать и отключать реле многократно при определенном напряжении и определенном характере нагрузки, оговоренных заводом-изготовителем.

4. N_мех – механическая износостойкость, это количество циклов срабатываний при токе выходной цепи равном нулю.

5. N_ком – коммутационная износостойкость, это количество циклов срабатываний гарантированных заводом-изготовителем при определенных условиях (U, характер нагрузки).

6. t_ср – время срабатывания, это промежуток времени с момента подачи напряжения на катушку до момента замыкания ЗК.

7. t_в – время возврата, это время с момента снятия напряжения до размыкания ЗК.

Электромагнитные реле

Это основной тип реле, это объясняется существенными усилиями электромагнитов при минимальной мощности и габаритах.

Они подразделяются на нейтральные и поляризованные (реагируют на полярность входного сигнала). Нейтральные реле самые универсальные.

Основные параметры нейтральных реле:

1) управляют мощностью до нескольких кВт, реле с I_ном  10 А называют контакторами; 2) Средняя мощность Р_ср от 10 мВт до единиц Вт (чувствительные и нормальные реле);

3) t_ср = 10 мс – нормальные по быстродействию реле, частота включений – до 4000 вкл/час; 4) N_мех = (10-20)10⁶; 5) N_ком до нескольких миллионов.

Поляризованные реле применяются для усиления электрических сигналов в системах автоматики, измерительной техники.

Преимущества перед нейтральными:

1) реагируют на полярность управляющего сигнала; 2) большая чувстви­тельность, Р_ср доли-единицы мВт; 3) большее быстродействие t_ср = 2-3 с;

4) управление реле м.б. осуществлено импульсами, что  потребляемую мощность; 5) имеет несколько входов (до 5) при большом диапазоне входного сопротивления (от 1 Ом до нескольких кОм), что позволяет легко согласовать с различными источниками входного сигнала.

Недостатки:

1) небольшие мощности, которыми они могут управлять; 2) повышенная сложность и стоимость.

Указанные преимущества достигаются за счет применения поляризованного магнита.

Герконовые реле (ГР)

Являются разновидностью электромагнитных реле.

Выполнены на базе катушки внутрь которой вставлены герконы.

Особенности ГР по сравнению с электромагнитными:

1) более  быстродействие t_ср = 0,5–2 мс;

2)  износостойкость, особенно при малых токах до 100 млн. срабатываний

3)  стабильность сопротивления контактов в процессе эксплуатации;

4) повышенная способность коммутировать пониженные токи 10^-14 А при пониженном напряжении 10^-6.

Эти преимущества вытекают из преимуществ герконов.

Недостатки:

1) меньшее значение удельных токов нагрузки;

2) более критичны к токам перегрузки, к воздействию внешних магнитных полей

Отличительные особенности герконов обуславливают их применение в цепях с I  250 мА и U до (30-60) В, особенно когда необходимо  быстродействие и  число коммутаций.

Применяются в АТС, измерительной технике и слаботочной автоматике.

Тенденции развития герконовых реле:

1)  надежности; 2) улучшение массогабаритных показателей.

1 цель идет по пути изоляции контактной системы от окружающей среды. Контактную систему помещают в герметизированный контактный модуль с сухим чистым воздухом. В контактный модуль входит якорь с полюсами магнитной системы, остальная часть снаружи.

2 цель идет за счет совершенствования электромагнитного привода, который занимает значительную часть реле. Совершенствование привода идет по следующим направлениям:

– применение электромагнитов с уравновешенным и внутрикатушечным якорем §4.5

– применение поляризованных электромагнитов, которые позволяют в 2-3 раза уменьшить массу и габариты реле, в 1,5-2 раза  чувствительность реле

– частичное объединение контактной и магнитной систем. Например плоская контактная пружина является якорем реле

– применение магнитополупроводниковых (гибридных) электромагнитов в магнитную систему которых встраивается усилитель на бескаркасных полупроводниковых приборах (0,05-0,1 мВт)

– использование микротехнологий, применяемых для производства полупроводниковых приборов.

В настоящее время используя последние достижения науки и техники создан новый класс реле – микроминиатюрные. Они согласованы с интегральными микросхемами, что позволяет им вписываться в плату с полупроводниковыми приборами.

Примером такого реле является реле РЭС-49 (3,5 гр.) I_ном = 1 мА, U_н = 35 В, Р_ср = доли Вт; реле ТНК21ДТ U_н = 27 В, Р_ср = доли Вт.