12.2 Сила притяжения электромагнита

В инженерных расчетах силу притяжения электромагнита обычно рассчитывают по формуле Максвелла

где - магнитная индукция в рабочем зазоре;

- эквивалентное сечение воздушного зазора;

- магнитная проницаемость воздуха.

Формулой можно пользоваться, если индукция в воздушном зазоре распределена равномерно. Иногда бывает удобно находить силу тяги электромагнита через магнитный поток

.

12.3 Электромагниты переменного тока. Короткозамкнутый виток

При синусоидальном переменном токе поток изме­няется по закону

Сила притяжения электромагнита в таком случае будет равна

.

Обозначим

Тогда

,

т. е. сила притяжения Р пульсирует по величине с двойной часто­той сети, не меняя при этом своего знака (см. рисунок 12.1б)

Рисунок 12.1 – Кривые изменения силы притяжения электромагнита переменного тока без короткозамкнутого витка

Сила притя­жения может быть представлена в виде двух составляющих: постоянной во времени

и изменяющейся во времени по закону косинуса переменной

Среднее за период значение силы Р будет равно .

Если отрывное усилие электро­магнита будет (см. рисунок 12.1в), то дважды за период в точке « А» якорь электромагнита начнет отпадать, а в точке «Б» 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 короткозамкнутыми витками (см. рисунок 12.2) из проводни­ковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса элек­тромагнита (порядка 70—80%).

Рисунок 12.2 – К принципу работы короткозамкнутого витка

Принцип работы витка заклю­чается в следующем.

Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф₁, который проходит по неохваченной витком части по­люса, и на поток Ф₂, который про­ходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком.

При этом в витке индуцируется э. д. с. и возникает ток, который создает магнитный поток охватывающий короткозамкнутый виток и, вместе с частью основного потока, образующий поток Ф₂ проходящий через часть полюса, охваченную витком.

В результате магнитный поток Ф₂ будет сдвинут во времени по отношению к потоку Ф₁ на некоторый угол .

Сила притяжения электромагнита Р в этом случае будет складываться из двух пуль­сирующих, но сдвинутых по фазе сил Р₁ и Р₂ .

Каждая из сил Р₁ и Р₂ может быть представлена в виде двух составляющих

и ,

а полная сила

.

Благо­даря сдвигу фаз результирующая сила Р пульсирует много меньше, и минимальное значение этой силы остается выше отрывного усилия Ротр, чем и исключается вибрация якоря.

12.4 Замедление и ускорение действия электромагнита

В ряде случаев на практике необходимо замедлить или ускорить действие электромагнита.

Замедление действия электромагнита постоянного тока может быть достигнуто (см. рисунок 12.3).

Рисунок 12.3 – Схемы замедления срабатывания электромагнита:

а) увеличением постоянной времени катушки;

б) включением параллельно катушке емкости;

в) с помощью короткозамкнутого витка, имеющего малое электрическое сопротивление.

Короткозамкнутый виток замедляет нарастание потока при включении электромагнита.

При включении емкости нарастание напряжения на ка­тушке происходит постепенно по мере зарядки конденсатора.

Ускорение действия электромагнита может быть достигнуто за счет уменьшения постоянной времени.

В этом случае наличие короткозамкнутого витка, массивных частей магнитопровода, металлических каркасов катушки и всяких короткозамкнутых витков, образованных из крепежных и прочих деталей, лежащих на пути потока, является недопустимым, так как они будут увеличивать время действия электромагнита.

Шихтованный магнитопровод также приводит к ускорению действия электромагнита.

Еще большее ускорение может быть получено при включениии электромагнита по схеме, представленной на рисунке 12.4

Рисунок 12.4 – Схемы ускорения срабатывания электромагнита постоянного тока