Тема 5. Электромагнитные механизмы

[1], c. 183-189, 200-245

Основные законы магнитных цепей. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного вещества от напряженности магнитного поля. Кривая намагничивания вещества. Проводимости воздушных промежутков. Распределение потока по магнитопроводу и разности магнитных потенциалов между сердечниками для типичных электромагнитов. Потоки рассеяния. Расчет индуктивности катушки электромагнита без учета магнитного сопротивления в стали, но с учетом рассеяния. Особенности электромагнитов переменного тока, их векторная диаграмма. Расчет электромагнитов постоянного и переменного тока. Расчет сил тяги электромагнитов. Роль короткозамкнутого витка электромагнитов переменного тока. Динамика и время срабатывания электромагнитов. Ускорение и замедление срабатывания. Магнитные цепи с постоянными магнитами.

Методические указания

Знание и применение основных законов магнитных цепей (Ома, Кирхгофа, полного тока) является совершенно обязательным. Все формулы, приведенные на с. 184-185 работы [1], необходимо помнить наизусть и уметь ими пользоваться (в системе СИ). Кривая намагничивания и кривая изменения магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля для материала сердечника электромагнита – это тоже основы всех электромагнитных расчетов. Студент также должен хорошо помнить формулу магнитной проводимости однородного магнитного поля [1], формула (5-8), с. 134. Проводимости более сложных полей рекомендуется определять методом, основанным на разбивке поля на простые фигуры (метод вероятных путей потока). Таблицы с этими фигурами, формулы фигур и примеры их применения приведены в работах ([4], c. 151-153), ([7], c. 75-82) и др.

Студент должен уметь нарисовать схему потокораспределения наиболее типичных электромагнитов, например рассмотрены на в работе, клапанного и броневого; понимать кривые изменения разности магнитных потенциалов и потоков вдоль магнитопровода. Полезно также запомнить формулу, связывающую такую важную характеристику катушки как индуктивность, с магнитной проводимостью зазора, рассеяния и числом витков катушки (формула 5.14, [1], c. 190).

При изучении электромагнитов переменного тока следует сразу обратить внимание на то, что с изменением длины воздушного зазора этих электромагнитов, амплитудное значение некоторого среднего потока в сердечнике практически не изменится. Формулы, связывающие этот поток с напряжением питания (5-25, [1], c. 201) и с ЭДС самоиндукции (5-27, [1], c. 201) помнить обязательно. Следует разобраться также в векторной диаграмме электромагнита переменного тока (Рис. 5-12, [1], c. 204).

Студент должен уметь самостоятельно определить сечение провода, число витков и другие параметры катушки электромагнита постоянного тока, если заданы ее геометрические размеры и напряжение, а также известна требуемая намагничивающая сила: формула (5-39…41, [1], c. 205, 208). Для электромагнитов переменного тока необходимо по заданному напряжению и требуемому потоку в воздушном зазоре уметь определить число витков катушки ([1], c. 208-210).

Выводы формул силы тяги электромагнитов можно не изучать, но две основные формулы Максвелла (5-52, [1], c. 215) и энергетическую (5-56) и (5-58), там же с. 215-217 запомнить обязательно. Необходимо хорошо понять, что средняя сила тяги электромагнита переменного тока может быть вычислена по тем же формулам, что и для электромагнитов постоянного тока (с теми же числовыми коэффициентами), если в формулу подставлять действующие значения потока, индукции и тока. Амплитудное значение силы тяги может быть вычислено по тем же формулам, если в них подставлять амплитудное значение тока, потока и индукции. Так как в формулах на переменном токе принято потоки и индукции выражать в амплитудных значениях, на переменном токе в формуле Максвелла, показывающей зависимость средней силы от амплитудной индукции, коэффициент получается в два раза меньше, чем в формулах на постоянном токе. Обычно электромагнит на переменном токе создает силу, как правило, во много раз меньше, чем на постоянном, так как на переменном токе ток в цепи катушки, а значит, и намагничивающая сила, будут меньше из-за наличия у катушки не только активного сопротивления, но и индуктивного, которое может быть во много раз больше активного. Нужно знать формулу магнитных систем электромагнитов, выпускаемых промышленностью и примерный ход тяговых характеристик для них ([1], c. 218).

Студент должен понять и уметь объяснить физическую сторону работы электромагнита переменного тока с короткозамкнутым витком, предназначенным для устранения вибраций.

Время срабатываний – одна из основных характеристик электромагнитов в работе электропривода и автоматики, поэтому необходимо внимательно изучить раздел, в котором рассматривается динамика работы электромагнитов. Кривую изменения тока в катушке электромагнита постоянного тока необходимо запомнить и уметь объяснить. Следует запомнить также параметры, от которых зависит время трогания и время движения, изучить и постараться запомнить все методы изменения времени срабатывания[1].

Студент должен знать вид кривой намагничивания, кривой частного гистерезисного цикла постоянных магнитов; следует уяснить от каких параметров зависит положение рабочей точки и какого ее оптимальное положение с точки зрения максимального использования постоянного магнита ([1], c. 240-241).