6. Магнитные цепи и электромагнитные механизмы

Применение электромагнитов (ЭМ) в электрических аппаратах, их конcтрукции и принцип действия. Основные положения теории магнитных цепей. Магнитные материалы, их кривые намагничивания. Магнитные проводимости воздушных промежутков. Поток в рабочем зазоре и потоки рассеяния, распределение потоков по длине магнитной цепи.

Расчет индуктивности катушки ЭМ с учетом рассеяния. Особенности магнитной цепи ЭМ переменного тока, векторная диаграмма, учет влияния короткозамкнутых обмоток и потерь в стали. Расчет катушек постоянного и переменного тока. Пересчет катушек с одного напряжения на другое.

Тяговые силы ЭМ постоянного и переменного тока. Согласование тяговой и механической характеристик ЭМ. Пульсация силы при переменном токе и устранение вибрации якоря с помощью короткозамкнутого витка.

Динамика ЭМ постоянного тока. Характер переходных процессов при срабатывании и отпускании ЭМ, методы расчета времени срабатывания и отпускания. Методы ускорения и замедления действия ЭМ. Особенности динамики ЭМ переменного тока. Постоянные магниты их материалы, характеристики и методы расчета [1, с. 183-245; 2, с. 56-94; 3, с. 37-59; 4, с. 112-144; 5, с. 202-277].

6.1. Методические указания

Необходимо усвоить основные понятия, относящиеся к магнитным цепям: магнитные величины, их размерности и формулы, выражающие связь между ними, части магнитной цепи, рабочий и нерабочий зазор, рабочий поток и потоки рассеяния, картины магнитного поля, характеристики магнитных материалов.

Знание и умение применять основные законы магнитных цепей (законы Ома, Кирхгофа, полного тока) является обязательным. Формулы необходимо запомнить и уметь ими пользоваться. Кривая намагничивания для материала сердечника - основа расчета ферромагнитных участков магнитных цепей. Знать методы расчета проводимости воздушных зазоров с выпучиванием потока или зазоров сложной конфигурации можно [2, с. 115-118; 5, с. 212-218].

Нужно уметь нарисовать схему распределения потоков в типичных ЭМ, например, в клапанном и броневом, понимать физический смысл кривых изменения магнитных величин вдоль магнитопровода [1, рис. 5.5-5.7], помнить формулу, связывающую индуктивность катушки с магнитной проводимостью зазора, проводимостью рассеяния и числом витков катушки [1, 5-14].

При изучении ЭМ переменного тока нужно обратить внимание на рост тока обмотки с увеличением воздушного зазора, некоторое снижение потока в сердечнике при этом за счет падения напряжения на активном сопротивлении обмотки [1, формулы 5.21-5.27], а также снижение потока в зазоре за счет рассеяния. Следует разобраться в векторной диаграмме электромагнита переменного тока [1, рис. 5-12, 5-13].

Необходимо уметь рассчитать сечение провода, число витков и другие параметры обмотки постоянного тока по заданным размерам катушки, напряжению и требуемой намагничивающей силе [1, формулы 5.39-5.41]. Для обмоток переменного тока необходимо по заданным напряжению и потоку уметь определить число витков [1, с. 209].

Формулы силы тяги ЭМ - формулу Максвелла [1, 5-52] и энергетическую [1, 5-55, 5-56, 5-58] нужно запомнить. Следует учесть, что эти же формулы справедливы и при переменном токе для мгновенных значений входящих в них величин, а также и для амплитудных значений. При расчетах же средних значений сил по амплитудам потока, индукции, МДС или магнитного напряжения тяговую силу нужно уменьшать в 2 раза.

Следует знать примерный вид тяговых характеристик различных ЭМ и их влияние на область применения этих ЭМ [1, с. 217-218].

Необходимо понять физическую сущность работы ЭМ переменного тока с короткозамкнутым витком, применяемым для устранения вибрации якоря вследствие пульсации тяговой силы [1, с. 221-223].

Время срабатывания и отпускания электромагнитов, используемыx в электрическиx аппаратах, являются весьма важными параметрами, поэтому нужно внимательно изучить переходные процессы при трогании и движении якоря ЭМ постоянного тока и ознакомиться с особенностями динамики ЭМ переменного тока. Следует знать параметры, от которых зависят время трогания и время движения, и все методы ускорения и замедления срабатывания и отпускания электромагнитов [1, с. 229-236].

Необходимо знать вид кривой размагничивания и кривой частного гистерезисного цикла постоянных магнитов, понимать, от каких параметров зависит положение рабочей точки и каково ее оптимальное положение с точки зрения максимального использования магнита [1, с. 240-244].

При решении ряда задач можно использовать [11]. Размеры, заданные в условиях примеров в миллиметрах, следует сразу же перевести в метры.