Пособие Теория электрических аппаратов

управления он имеет малое сопротивление. После прохождения тока через ноль, тиристор восстанавливает свои свойства и цепь обрывается

(рис.5.32).

90

Электрическая схема, обеспечивающая бездуговую коммутацию изображена на рис.5.33. Трансформаторы тока ТА1 и ТА2 с диодами VD1 и VD2 осуществляют включение тиристоров при замыкании ключей ГК и ВК. При положительном направлении тока во вторичной цепи ТА2 протекает ток, который подаётся на управляющий вход тиристора VS2, тиристор отпирается. При отрицательном направлении тока будет отпираться тиристор VS1.

На рис.5.34 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы бездуговой коммутации. При отключении ГК ток через трансформаторы тока протекать не будет, и управляющие токи будут равны нулю, то есть имеем сигнал отпирания равный 0. При протекании тока через ноль они окончательно закроются и не отопрутся.

91

6. МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

6.1.Общие сведения о магнитных системах электрических аппаратов

Вэлектрических аппаратах магнитные цепи находят широкое применение. Они используются в контакторах, автоматах, приводах выключателей, релейной аппаратуре, различных датчиках и других электрических аппаратах.

Под магнитной цепью понимают устройство, которое состоит из одного или нескольких ферромагнитных тел и служит для усиления магнитного поля и образования необходимого пути, вдоль которого замыкается магнитный поток, создаваемый магнитодвижущей силой (МДС) катушки.

Взависимости от функциональных особенностей магнитных цепей магнитные системы делятся на электромагнитные механизмы и электромагнитные устройства:

1. Электромагнитным механизмом называется электромагнитная система, имеющее подвижную часть, которая перемещается при изменении магнитного потока и совершает полезную работу (электромагнитные системы реле, контакторов, автоматов, пускателей и т.д.)

2. Электромагнитное устройство – это электромагнитная система, у которой при изменении или перераспределении магнитного потока изменяются электрические параметры: напряжение или ток (электромагнитные системы трансформаторов тока и напряжения).

Другим видом классификации магнитных систем является их разделение на магнитные цепи с небольшим потоком рассеивания (при расчёте параметров цепи не учитывается) и магнитные цепи, поток рассеивания которых необходимо учитывать.

Рассмотрим устройство магнитной системы на простом примере (рис. 6.1). Магнитная цепь подобно электрической цепи содержит источник МДС (катушку), магнитопроводы, которые могут быть подвижными и неподвижными, и воздушные зазоры, которые являются аналогом электрической нагрузки.

Магнитная система может не содержать воздушных зазоров. В этом случае в качестве нагрузки выступают другие катушки, расположенные на том же магнитопроводе (рис. 6.2).

Магнитный поток стремиться проходить по участкам с высокой магнитной проницаемостью подобно тому, как ток стремиться проходить по участкам электрической цепи с низким электрическим сопротивлением и высокой проводимостью. Принципиальным отличием электрической цепи от магнитной является тот факт, что у электрической цепи отношение проводимости проводников и изоляторов составляет приблизительно 1016, тогда как отношение магнитных проводимостей ферромагнитов и воздуха равно 103–105. В результате этого, электрический ток практически протекает только по проводам. Иная ситуация имеет место в магнитных цепях – магнитные потоки рассеиваются по всем направлениям.

93

нии магнитных систем электрических машин. Однако в большинстве случаев рассеивание магнитного потока относительно мало и поддаётся учёту с некоторой погрешностью. В подобных расчетах используют методы теории цепей.

Магнитные цепи бывают неразветвлённые (рис. 6.1 и 6.2) и разветвлённые (рис. 6.3), когда магнитный поток замыкается по нескольким параллельным магнитопроводам. Основная часть линий магнитной индукции разомкнутой магнитной цепи (рис. 6.1) замыкается через воздушный зазор , образуя рабочий поток . Этот поток связывает подвижную часть электромагнита с неподвижной, где расположена катушка. Линии индукции, которые замыкаются, минуя рабочий зазор, образуют

зазор называют рабочим, если он изменяется при перемещении якоря.

В качестве материалов для изготовления магнитопроводов электрических аппаратов используют сталь и её сплавы. Для электромагнитных систем применяют магнитомягкие материалы с низкой коэрцитивной силой. Коэрцитивная сила характеризует способность магнитного материала препятствовать полному размагничиванию или перемагничиванию магнитным полем с напряжённостью . Соответственно, все магнитные материалы делят на магнитотвёрдые (с высокой коэрцитивной силой) и

95

магнитомягкие, обладающие узкой петлёй гистерезиса и высокой магнитной проницаемостью (рис.6.4).

Для постоянных магнитов применяют магнитотвёрдые материалы, обладающие широкой петлёй гистерезиса и малой магнитной проницаемостью.

При расчёте магнитной цепи определяется МДС катушки, необходимая для создания заданного рабочего потока (прямая задача), либо рабочий поток по известной МДС катушки (обратная задача). Эти две задачи могут быть решены с помощью законов Кирхгофа для магнитной цепи. Основными параметрами, которые характеризуют магнитнуюцепь,являются:

96

где – МДС катушки, А;

–длина магнитных линий участков магнитопровода, м;

–магнитная проницаемость участков магнитопровода, Гн/м;

–сечение участков магнитопровода, м2;

–магнитная проницаемость зазора, Гн/м;

–сечения зазоров, м2;

–длины зазоров, м.

Воздушные зазоры

При анализе работы магнитных систем необходимо оценивать проводимость воздушных зазоров . Величина прямо пропорциональна сечению объема, по которому проходит магнитный поток Ф, и обратно пропорциональна длине зазора . Магнитная проницаемость зазора не

приближено можно считать равномерным и определять проводимость по следующей формуле:

= , (6.6)

где - сечение потока в зазоре, м2;

– длина зазора, м.

Выражение (6.6.) можно использовать при соотношениях a/ , b/ , d/ >>0, где a и b – геометрические размеры прямоугольных полюсов; d – диаметр круглого полюса (рис.6.5.).

Рис.6.5. Определение проводимости воздушных зазоров

98

При больших рабочих зазорах у краев полюсов возникает дополнительный поток, называемый потоком выпучивания (рис.6.5,в). В этом случае поток из полюса увеличивается и возрастает магнитная проводимость. Сечение проводящего воздушного зазора будет несколько больше сечения полюса . При относительно простых формах полюсов выпучивание магнитных линий удается учесть поправочным коэффици-

Для полюсов более сложных форм аналитические выражения отсутствуют, при этом проводимости зазоров могут быть рассчитаны либо графическим методом, либо методом разбивки поля на простейшие фигуры.

6.2. Магнитные цепи постоянного тока

Особенностью магнитной системы постоянного тока является то, что ток в обмотке, определяющий ее магнитодвижущую силу (МДС), при неподвижном или медленно перемещающемся якоре зависит только от ее активного сопротивления (I=U/R). Следовательно, при постоянном числе витков в катушке постоянного электромагнита намагничивающая сила

F=Iw=const (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Магнитная система постоянного тока

99