16.4 Тормозные устройства, физические явления в электрических аппаратах

При остановке подвижной системы аппарата запасенная кинетическая энергия переходит в удар, воспринимаемый сердечником электромагнита (при замыкании), упором (при размыкании) либо какими-то другими деталями. Эти удары приводят к усиленному износу контактов (вследствие дребезга), магнитной системы, всех деталей подвижной системы. В итоге происходит нарушение работы и разрушение всего аппарата.

Для смягчения удара и его вредных последствий многие электрические аппараты снабжаются тормозными устройствами. Задачей этих устройств является принять на себя удар и погасить всю запасенную кинетическую энергию подвижной системы или часть ее.

Различают три вида тормозных устройств: эластичные, буферные и успокоительные.

Эластичные устройства применяются в аппаратах, имеющих небольшой запас кинетической энергии. Они выполняются в виде эластичных упоров из кожи, картона, твердой резины и других материалов.

В мощных аппаратах применяются буферные устройства, преимущественно гидравлические. Тормозное усилие в них создается за счет сопротивления вытеканию жидкости через малые отверстия.

Успокоительные устройства применяются главным образом в реле. Они предназначены не только для поглощения энергии удара, но и для замедления действия аппарата.

При наличии тормозных устройств (Р_т) уравнение (5-45) на участке торможения примет вид

((54)

Если сила торможения постоянна, получим

v = v0 -

((55)

где v₀ — скорость подвижных частей в момент начала действия тормоза t = 0, a t — время от начала действия тормоза, Путь, пройденный с начала торможения,

=

((56)

Время от момента начала действия тормоза до полной остановки подвижной системы t_Т, определится из уравнения (55), если положить v = 0:

tТ =

((57)

Из уравнения (57) следует, что для остановки подвижных частей тормозным устройством сила торможения Р_т должна быть больше разности сил, определяемых тяговой и механической характеристиками. И аналогично при выключении, когда тяговое усилие отсутствует, сила торможения должна превышать силу, определяемую механической характеристикой.

16.5 Поляризованные электромагнитные системы

Поляризованные электромагнитные системы отличаются от рассмотренных выше наличием двух не зависящих друг от друга магнитных потоков: постоянного, не зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм, и переменного, зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм. Первый, поляризующий, поток Ф_п создается либо постоянным магнитом (рис. 65, а), либо электромагнитом с независимым питанием. Второй, рабочий, поток

Ф_Э создается электромагнитом. Значение и направление рабочего потока зависят от состояния схемы, в которую включен механизм.

Принцип действия. Образованный магнитом 3 поляризующий поток Ф_п, пройдя через якорь 2, разветвляется. Одна его часть Ф_П1 проходит через зазор _1: и левую часть сердечника 1. Вторая его часть Ф_П2 проходит через зазор ₂ и правую часть сердечника. Катушками 4 и 4', надетыми на сердечник и включенными согласно, создается рабочий поток. Основная его часть Ф_э замыкается через весь воздушный зазор _1: + ₂ и сердечник, охватывая обе катушки. Меньшие части этого потока Ф₄ и Ф₄ замыкаются через якорь, соответствующий воздушный зазор и часть сердечника, охватывая только одну катушку.

Рис. 65. Принцип устройства поляризованной магнитной системы

При наличии только одного поляризующего потока якорь отклонится к одному из полюсов магнита, так как с уменьшением зазора (в нашем примере ₁) часть поляризующего потока в этом зазоре увеличится за счет уменьшения его доли в другом зазоре. При появлении рабочего потока в одном из зазоров будем иметь разность потоков, а в другом — сумму. В нашем примере в зазоре ₁ — поток Ф_П1 — Ф_э — Ф₄ , в зазоре ₂ — поток Ф_п2 + Ф_э + Ф₄. По мере увеличения рабочего потока поток в зазоре ₁ будет все уменьшаться, а в зазоре ₂ — увеличиваться. При каком-то соотношении потоков якорь перекинется на правую сторону, т. е. система сработает.

Для возврата системы в исходное положение нужно изменить полярность тока (а, следовательно, и потока) в рабочих катушках. Можно настроить систему так, что якорь вернется в исходное положение при снижении рабочего потока и сохранении его полярности. Для этого необходимо, чтобы, перекинувшись вправо, якорь не переходил через нейтральное положение (рис. 65,б), т. е. чтобы при любом положении якоря один и тот же воздушный зазор оставался меньше другого (например, ₁ < ₂). Такая настройка называется настройкой на преобладание. В магнитной системе (рис. 65, в) якорь в зависимости от полярности тока в рабочей катушке может отклоняться в ту или другую сторону. При обесточенной катушке якорь вернется в нейтральное положение.

Расчет тяговых сил. Считаем, что индукция распределена в зазорах равномерно, и расчет будем вести, используя формулу Максвелла. Силы, действующие на якорь в зазорах ₁ и ₂ от всех потоков, обозначим соответственно P₁ и Р₂.

При наличии только поляризующего потока

P1 =; P2 =.

((58)

Суммарная сила, действующая на якорь

P = P1 - P2 = .

((59)

Учитывая, что Ф_п1 + Ф_п2 = Ф_п можем написать

= ; Фп1 = ; Фп2 =

((60)

Тогда

P = P1 - P2 =

((61)

т. е. суммарная сила, действующая на якорь, пропорциональна смещению якоря от нейтрали [(₂ — ₁)/2 — смещение] и зависит от потока постоянного магнита.

При наличии рабочего потока

P1 =; P2 =.

((62)

Потоками Ф₄ и Ф'₄ можем пренебречь, так как постоянный магнит представляет для них большое сопротивление и они малы по сравнению с другими потоками. Тогда

P1 =; P2 =

((63)

Нас интересует значение потока Ф_э, при котором якорь начнет перемещаться. Это будет при условии, когда Р₁ = Р₂, т. е.

=

((64)

Откуда

ФЭ = ( ФП1 - ФП2).

((65)

Если пренебречь потерями в стали сердечника и потоками рассеяния, то минимальная МДС F_min, при которой якорь придет в движение, будет

FЭ min =

((66)

Подставляя значения Ф_п1 и Ф_п2 согласно выражению (8-3)_v получим

FЭ min = ФП

((67)

т. е. минимальная МДС рабочих катушек, необходимая для срабатывания системы, пропорциональна поляризующему потоку и смещению якоря от нейтрали.

Формы магнитных систем. По источнику МДС поляризующего поля различают систему с постоянным магнитом и системы с электромагнитом, питаемым от независимого источника.

По конструкции различают системы с последовательной магнитной цепью, с параллельной, или дифференциальной, магнитной цепью и с мостовой магнитной цепью. В мостовой магнитной цепи якорь остается в нейтральном положении при отсутствии тока в рабочих обмотках.

Область применения. Поляризованные системы находят широкое применение в установках проводной связи, а также в устройствах электросиловой автоматики, релейной защиты, в следящих системах, системах телеуправления, железнодорожной сигнализации и блокировки. Особенностями этих систем являются направленность действия, высокая чувствительность, большая кратность термической стойкости, быстродействие.