5.1.6. Короткозамкнутый виток

Если отрывное усилие электромагнита будет Р_отр, то дважды за период в точкеА (рис. 5-5,в) якорь электромагнита будет отпадать, а в точкеВ — снова притягиваться, т. е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением.

Для устранения вибрации электромагниты переменного тока снабжаются ко-роткозамкнутыми витками (рис. 5-6, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 — 80%).

Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф₁, который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф₂, который проходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДСе_КЗ и возникает токi_КЗ, сдвинутый по отношению ке_КЗ, на угол₀и определяемый весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем

₀ = 0. Токi_КЗвозбуждает магнитный поток Ф_кз, который охватывает короткозамкнутый виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф₂,

Рис. 5-5. Кривые изменения силы притяжения электромагнита переменного тока без короткозамкнутого витка

проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во времени по отношению к потоку Ф₁на угол(рис. 5-6,б и в).

Сила притяжения электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени силP₁иР₂ (рис. 5-6, г). Благодаря сдвигу их во времени общая силаР пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше Р_отр, чем и исключается вибрация якоря.

Каждая из сил P₁ иР₂ может быть представлена в виде двух составляющих:

Р₁ = - cos 2t; (5-31)

Р₂ = - cos 2(t-); (5-32)

Полная сила

Р = +. (5.33)

Р = +-постоянная составляющая;

-переменнаясоставляющая.

Амплитудное значение Р_12т (рис 5-6,д) переменной составляющей

Р_12т =. (5-34)

тогда полная сила

Р = +-. (5-35)

Как видно из уравнения (5-35), пульсация зависит от угла сдвига , между потокамиФ₁ и Ф₂. Под пульсацией силы понимают отношение амплитудных значений переменной и постоянной составляющих:

=. (5-36)

Пульсация будет отсутствовать при Р_12т = 0. Это возможно при одновременном выполнении двух условий: '

1. Р_1m/2 = Р_2m|/2, т.е. Ф₁= Ф₂;

2. 2=, т. е. угол сдвига между потоками Ф₁и Ф₂должен быть 90°.

Рис. 5-6. Принцип работы короткозамкнутого витка в электромагнитных системах переменного тока

В системах с короткозамкнутым витком достигнуть сдвига потоков на 90° практически невозможно. В осуществляемых системах = 50 ... 80°. Минимальное значение пульсации получается при соблюдении первого условия.

5.1.7. Статические тяговые характеристики электромагнитов и механические характеристики аппаратов

Для удерживающих электромагнитов интерес представляет только сила Р, создаваемая электромагнитом при неизменном (притянутом) положении детали.

Для притягивающих электромагнитов нас интересует зависимость создаваемого электромагнитом усилия от рабочего зазора Р=f() или зависимость момента от угла раствора якоряМ =f(), так как для приведения в действие того или иного аппарата необходимо преодолеть его противодействующие силы, изменяющиеся по ходу якоря у разных аппаратов по-разному. Примеры тяговых характеристик некоторых электромагнитов приведены на рис. 5-7.

Под механической характеристикой аппарата понимают зависимость суммарной силы сопротивления, противодействующей перемещению подвижной системы, от хода якоря. Суммарная сила сопротивления складывается из противодействующих сил отключающих и контактных пружин, веса подвижной системы и сил трения в подшипниках и шарнирах между подвижными деталями. При этом противодействующие силы пружин и веса всегда направлены в одну сторону независимо от направления перемещения якоря, силы трения меняют свое направление в зависимости от направления движения якоря. Характеристики обычно строятся: для прямоходовых подвижных систем в осях «противодействующая сила Р_отр.— рабочий зазор», для поворотных магнитных систем в осях «противодействующий момент Мотр– угол поворота», где Р_отр

Рис. 5-7. Статические тяговые характеристики некоторых электромагнитных систем:

1 – 8 – формы систем и соответствующие им характеристики

_.и Мотр– соответственно отрывные усилие и момент.

При включении

Р_отр.= Р_пруж.= G+ Р_тр(5-37)

соответственно

Мотр= М_пруж.= МG+M_тр; (5-38)

при отключении

Р_отр.= Р_пруж.= G- Р_тр(5-39)

и соответственно

Мотр= М_пруж.= МG-M_тр; (5-40)

где Р_пруж— усилия, создаваемые отключающими и контактными пружинами;G — вес подвижной системы, в зависимости от конструкции вес может противодействовать ( + ) или помогать ( —) включению; где Р_отр — силы трения.

Рис. 5-8. Механические характеристики контактора: а – при включении; б – при отключении

В общем случае механическая характеристика представляет собой ломаную линию (рис. 5-8). В качестве примера рассмотрим построение механической характеристики электромагнитного контактора при включении и отключении. В точке ₁действуют вес подвижной системы (кривая1), сила отключающей пружины (кривая 2) и силы трения (кривая 3). При движении якоря Р_отрвозрастает за счет дополнительного сжатия отключающей пружины. В точке₂происходит соприкосновение контактов, при этомР_отр возрастает сначала скачкообразно за счет начального нажатия (кривая4), а затем плавно за счет дополнительного сжатия контактных пружин. Кривая 5 представляет собой сумму кривых1—4 и является механической характеристикой рассматриваемого аппарата.

Тяговая характеристика Р (кривая6) представляет собой зависимость силы притяжения электромагнита от зазора (соответственно зависимость момента притяжения от угла поворота якоря). Движение якоря начнется, когда электромагнитная сила притяжения при=₁станет больше противодействующей. Для обеспечения четкого и надежного включения аппарата тяговая характеристика должна лежать выше механической и соответствовать ей. В зависимости от конструкции и рода тока электромагнита могут быть получены различного рода статические тяговые характеристики, как это показано на рис. 5-7.

Расположение катушки в магнитной системе относительно рабочего зазора в значительной степени определяет поток рассеяния. Таким образом, при данной

МДС значение силы притяжения электромагнита также зависит от расположения катушки в магнитной системе. Большая сила притяжения получается, когда рабочий зазор расположен внутри катушки. При этом катушка должна быть смещена в сторону якоря.