4. Электромагнитные преобразовательные устройства
4.1. Электромагнитные механизмы
Электромагниты разных конструкций получили широкое распространение как элементы приводов аппаратов (контакторов, реле, автоматических выключателей и др.) и как устройства, создающие удерживающие силы в муфтах, тормозах и подъемных механизмах. В них используется явление притяжения между намагниченными ферромагнитными телами.
Электромеханический преобразователь аппарата, выполненный на основе электромагнита, называют электромагнитным механизмом (ЭММ).
В аппаратах применяют ЭММ различных конструкций. Тем не менее, общий для них принцип действия можно проиллюстрировать с помощью изобразительной модели механизма, изображенной на рис. 4.1.
В состав ЭММ входят следующие основные части:
намагничивающая (называют также «включающая») катушка с обмоткой 3, на которую подается сигнал управления, например, напряжение U ;
сердечник 4 - неподвижный магнитопровод, на котором размещается намагничивающая катушка;
ярмо 2 - неподвижный магнитопровод, жестко скрепленный с сердечником,
якорь 1 - подвижный магнитопровод, который может перемещаться относительно других частей под действием электромагнитной силы F , когда есть зазор ρ между сердечником и якорем (поворачивается вокруг точки о).
Катушка, сердечник и ярмо являются составными частями электромагнита, который создает электромагнитную силу F, называемую также силой тяги. Действие силы F якорь передает механической передаче МП (сила F’ ). Применяется МП с возвратной пружиной (см. рис. 3.2а и рис. 3.2б).
Магнитопроводы, в том числе и якорь ЭММ, выполняют из магнитомягких материалов (часто их называют просто «сталь»). Эти материалы имеют узкую петлю гистерезиса и высокую магнитную проницаемость. Магнитотвердые материалы, обладающие широкой петлей гистерезиса и малой магнитной проницаемостью, используют для постоянных магнитов.
Обмотка катушки состоит из определенного количества w витков провода. Когда по ней протекает ток I, она создает магнитодвижущую силу (МДС) I w . МДС называют также намагничивающей силой.
По способу включения различают электромагниты с параллельной и последовательной катушкой.
«Параллельная катушка» имеет обмотку с относительно большим сопротивлением, имеет большое количество w витков тонкого провода. Обычно она включаются на полное напряжение сети. Если это сеть постоянного тока, то в установившемся режиме при постоянном значении зазора ρ (см. рис. 4.1) МДС Iw электромагнита также имеет постоянное значение, причем это значение не зависит от ρ . В этом случае
, (4.1)
где U - напряжение сети, RO - сопротивление обмотки катушки, RB - сопротивление среднего по длине витка обмотки.
Если катушка подключена к сети переменного тока, то сила тока в катушке зависит от индуктивности L электромагнитной системы. В состав электромагнитной системы входят катушка, сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор ρ . В этом случае, как известно,
, (4.2)
где f - циклическая частота напряжения, приложенного к обмотке катушки.
Установившееся значение переменного тока в обмотке катушки зависит от величины зазора ρ между якорем и сердечником, т.к. индуктивность L зависит от ρ .
«Последовательная катушка» имеет обмотку с небольшим количеством витков относительно толстого провода. Сопротивление RO не большое по величине в сравнении с сопротивлением обмотки параллельной катушки. Последовательную катушку включают в «разрыв» электрической цепи последовательно с приемником электрической энергии.
Электромагниты различают по форме магнитопровода (сердечник + ярмо), выделяя среди них П-образные, Ш-образные, С-образные и др. электромагниты.
ЭММ разделяют:
по режиму работы на механизмы, работающие длительно, повторно-кратковременно и кратковременно;
по скорости действия – на быстродействующие, нормальной скорости действия и замедленно действующие;
по характеру движения якоря – на прямоходовые и поворотные.