Лабораторна робота №2

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Мета роботи

Дослідити експериментально і порівняти з розрахунком розподіл магнітного поля (просторовий) для електромагнітів різного конструктивного виконання.

Зняти експериментально і порівняти з розрахунковими тягові характеристики електромагнітів.

Оцінити вплив певних допущень, які приймаються при розрахунках тягових зусиль, на розбіжності експерименту і розрахунків.

1. Теоретичні відомості

Е

Рис.1.

лектромагніти є невід’ємною частиною різних електричних апаратів і використовуються для здійснення певної роботи при переміщенні робочих органів різного роду апаратів кінематичної комутації, електромагнітних муфт та ін. Як правило, робота електромагнітних механізмів з обмеженим переміщенням якоря носить циклічний характер, тому повернення якоря у вихідне положення забезпечується протидіючими пружина-ми. Залежність зусилля протидіючих пружин від переміщення якоря називають механічною характеристикою кінематичної схеми апарата (рис.1)

.

(1.1)

Переважно зусилля протидіючих пружин зводять до точки прикладання електромагнітного зусилля.

Для забезпечення нормальної роботи електромагнітного механізму необхідно виконати умову, щоб статична тягова характеристика електромагніта у всьому діапазоні переміщення якоря проходила вище від механічної характеристики (рис.1). Залежність електромагнітного зусилля від переміщення якоря при I=const називають тяговою характеристикою електромагніта

.

(1.2)

Для електромагнітів з поворотним якорем більш зручним є використання залежності електромагнітного момента від кута повороту якоря α

при I=const.

(1.3)

У випадках, коли немає необхідності в розрахунку часу спрацювання механізму, обмежуються розрахунком лише статичних тягових характеристик (вважаючи струм котушки в процесі переміщення якоря незмінним).

Інколи для визначення струму спрацювання і відключення (коефіцієнта повернення) електромагнітного механізму корисними є так звані навантажувальні характеристики, зняті (або розраховані) для різних положень якоря, тобто

при δ=const,

(1.4)

з яких легко отримати тягову характеристику при I=const.

При проектуванні електромагнітних механізмів розрахунок тягової характеристики з певною заданою точністю є важливим етапом внаслідок того, що співставлення механічної і тягової характеристик дає можливість не тільки зробити висновок про працездатність механізму, але й оцінити його економічні та експлуатаційні показники (точність спрацювання, механічну зносостійкість, вартість та ін.).

В загальному випадку сила електромагнітного притягання між полюсами електромагніта визначається як похідна від запасу магнітної енергії між цими полюсами за координатою δ можливого переміщення полюса при I = const.

(1.5)

де – спад магнітної напруги між полюсами;

– магнітна провідність повітряного проміжку δ.

При невеликих повітряних проміжках, коли індукція на поверхні полюсів розподілена практично рівномірно, електромагнітне зусилля можна визначити за формулою Максвелла

(1.6)

де – магнітний потік і площа полюса, відповідно.

Необхідно зазначити, що в електромагнітах з втяжним якорем (броньового типу) із зміною положення якоря змінюються потоки розсіяння і відповідно запас магнітної енергії полів розсіяння. Тому для таких електромагнітів (рис.5) вираз для сили електромагнітного притягання:

Н,

(1.7)

де – питома магнітна провідність потоків розсіяння;

– відповідно, довжина якоря і висота котушки (рис.5).

Очевидно, що для розрахунку тягової статичної характеристики електромагніта необхідно визначити магнітний потік в робочому повітряному проміжку, різницю магнітних потенціалів між полюсами електромагніта і похідну магнітної провідності робочого повітряного проміжку. Відомо [1], що при розрахунку магнітних кіл з врахуванням опору магнітопровода розв’язується пряма (задано , необхідно визначити намагнічувальну силу котушки (Iw)) або оберненої задачі (задано (Iw) котушки, необхідно визначити магнітний потік ). При цьому поставлена задача може розв’язуватись з врахуванням або без врахування потоків розсіяння в залежності від співвідношення потоків розсіяння і потоку робочого повітряного проміжку.

Розрахунок магнітного кола досліджуваних в цій роботі електромагнітів без врахування потоків розсіяння зводиться до розв’язування оберненої задачі у відповідності із заступною магнітною схемою рис.2.

Рис. 2. Заступна магнітна схема електромагніта клапанного типу без врахування потоків розсіяння: – магнітні опори повітряних проміжків, – магнітні опори ділянок магнітопровода	Рис.3. Визначення магнітного потоку Фδ при заданій намагнічувальній силі котушки (Iw)

Для визначення магнітного потоку повітряного проміжку при заданій намагнічувальній силі котушки (Iw) необхідно побудувати залежність =f(Iw).

Розрахунок магнітного кола з врахуванням потоків розсіяння здійснюється аналогічно, як і в попередньому випадку, з тією лише відмінністю, що магнітний потік в різних ділянках магнітопровода визначають, враховуючи потоки розсіяння. Для цього магнітопровід за висотою розбивають на ряд ділянок, визначають магнітні потоки посередині ділянок, в якорі й основі і, згідно з другим законом Кірхгофа для магнітного кола, при заданому потоці визначають (Iw).

Розподіл магнітного потоку за висотою магнітопровода розраховується за формулою (5.1) (для електромагніта клапанного типу). При цьому поле розсіяння вважається плоскопаралельним, а потоки розсіяння розраховуються без врахування магнітного опору сталі.

Коефіцієнти розсіяння для магнітних систем іншої конфігурації (з боковим розміщенням якоря, з втяжним якорем) наведено в [3].