2. Тяговые силы электромагнитов переменного тока.

Тяговая сила электромагнитов переменного тока, так же как и электромагнитов постоянного тока, может быть определена либо по формуле Максвелла, либо по формуле, полученной из анализа энергетического баланса.

Пренебрегая искажением формы кривой потока (в связи с возможным насыщением магнитопровода), можно считать, что изменение 53агнитного потока во времени происходит по синусоидальному закону

(186)

тогда тяговая сила по формуле Максвелла будет равна

(187)

но . Подставляя в формулу тяговой силы, получим (188)

Отсюда видно, что тяговая сила электромагнитов переменного тока содержит две составляющие – постоянную F’ и переменную F’’. Последняя изменяется во времени по закону и имеет амплитуду, равную постоянной составляющей.

Т яговая сила электромагнита переменного тока имеет пульсирующий характер и дважды за период, когда магнитный поток равен нулю, равна нулю.

Среднее за период значение тяговой силы равно ее постоянной составляющее

(189)

Рис.67.

Так же как и для электромагнита постоянного тока, формула Максвелла дает достаточно точные результаты лишь при малых значениях воздушного зазора, когда можно принять, что поток в зазоре распределен равномерно по поверхности полюса.

7.5. Вибрация якоря однофазных электромагнитов и способы ее устранения.

Мгновенное значение тяговой силы электромагнита переменного тока дважды за период равно нулю. В эти моменты времени якорь под действием противодействующих сил F_мех будет отходить от сердечника. Затем, когда тяговая сила вновь превысит F_мех, якорь опять притянется. Таким образом, возникает вибрация якоря, которая ускоряет износ отдельных

Рис.68. частей электромагнита.

Устранить это нежелательное явление в однофазном электромагните переменного тока можно путем создания в воздушном зазоре между якорем и сердечником двух магнитных потоков, сдвинутых по фазе.

Принципиально такая задача может быть решена двумя способами:

1. расщеплением магнитопровода на две части, каждая из которых имеет свою катушку намагничивания, при этом токи в катушках не должны совпадать по фазе.

Этот способ неэкономичен и практически не применяется.

2. Применение экрана (короткозамкнутого витка), охватывающего часть площади торца магнитопровода в воздушном зазоре. Этот метод нашел широкое применение в однофазных

электромагнитах переменного тока.

Рис.69. Сдвиг по фазе между потоками Ф₁ и Ф₂ возникает в связи с появлением в зазоре потока экрана Ф_э.

Ф₂=Ф₂₀+Ф_э

Здесь Ф₂₀ – поток, протекающий по охваченной экраном площади полюса при , он совпадает по фазе с потоком Ф₁. Векторная диаграмма электромагнита с экраном имеет вид, показанный на

Для электромагнита с экраном результирующая тяговая сила будет равна (190)

или

(191)

где - постоянная составляющая силы;

Рис.70. - переменная составляющая силы.

Из формулы (191) видно, что переменная составляющая будет равна нулю лишь при условиях, что Ф₁=Ф₂ и угол . Последнее условие практически невыполнимо и поэтому результирующая тяговая сила электромагнита с экраном будет также пульсирующей, как и при отсутствии экрана, но минимальное значение силы будет больше нуля. Максимальное и минимальное значение тяговой силы будут равны:

Рис.71.

Амплитуда результирующей пульсирующей тяговой силы равна даагонали параллелограмма, сторонами которого являются векторы переменных составляющих сил, созданных потоками Ф₁ и Ф₂.

(192)

где

Рис72

Для электромагнитов переменного тока наиболее важной величиной является F_мин. Избежать вибрации якоря можно лишь при условии F_мин >F_пр. Нетрудно установить, что величина F_мин в значительной степени зависит от площади, охваченной экраном и его активного сопротивления r_э.

Если 1) S₂=0 - экран отсутствует, то F_мин=0 ;

2. S₂=S - экран охватывает весь полюс, то F_мин=0 ;

3. - это условие равноценно отсутствию экрана, тогда F_мин=0 ;

4. r_э=0 - магнитные потоки Ф₂₀ и Ф_э будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180^о , а поток Ф₂ будет совпадать по фазе с потоком Ф₁: угол и F_мин=0.