4.7. Динамические характеристики электромагнитного привода

Законы изменения тока i в обмотке катушки электромагнитной системы и потока Ф в магнитной цепи как функции от величины зазора ρ при неподвижном и подвижном якоре отличаются друг от друга. Движение якоря сопровождается изменением во времени индуктивности L системы. Приложенное к обмотке катушки напряжение u в переходном процессе уравновешивается падением напряжения на сопротивлении R_O обмотки и ЭДС самоиндукции e=dψ/dt . Таким образом,

. (4.11)

На работу электромагнитной системы также оказывают влияние вихревые токи и явление гистерезиса в магнитопроводе. Поэтому R_O следует рассматривать как активное сопротивление обмотки катушки.

Характеристики электромагнитной системы, полученные с учетом указанных факторов, называют динамическими характеристиками. Они определяют процессы, которые протекают в системе при неустановившихся режимах, т.е. переходные процессы.

На рис. 4.8 приведены типовые зависимости положения якоря и тока в обмотке катушки электромагнитной системы от времени. Верхний график для удобства рассмотрения построен в виде зависимости ∆ρ= ρ- ρ_max от t .

С момента t = 0 подключения обмотки катушки под постоянное напряжение U при ненасыщенной электромагнитной системе и при неподвижном якоре (ρ = ρ_max и ∆ρ = 0) ток i в обмотке будет возрастать по экспоненциальному закону

, (4.12)

где для упрощения принято R_O=const, а также использованы общепринятые обозначения для установившегося значения тока I_уст=U/R_O , и постоянной времени T=L/R_O . Это решение дифференциального уравнения (4.11) при неподвижном оттянутом от сердечника якоре, когда dL/dt = 0 .

По мере возрастания тока i увеличивается тяговое усилие F , действующее на якорь. С момента времени t₁ при токе i=I_вт (точка а на нижнем графике) сила тяги преодолевает суммарную силу сопротивления F_Σ , и якорь начинает перемещаться к сердечнику. Интервал времени τ_тр с момента t = 0 включения электромагнитной системы до момента t₁ начала движения якоря называют временем трогания на включение.

Движение якоря до соприкосновения с сердечником в момент t₂ сопровождается изменением величины индуктивности L. Изменение тока по кривой ab представляет решение уравнения (4.11) при dL/dt ≠ 0 . Индуктивность системы на интервале τ_дв времени движения возросла и при t > t₂ практически не изменяется с увеличением тока i . С момента t₂ ток увеличивается экспоненциально до установившегося значения I_уст .

Интервал времени τ_дв называют временем движения, а интервал τ_вкл = τ_тр + τ_дв - временем включения (или временем срабатывания, или временем втягивания).

Отключение электромагнитной системы в момент t₃ осуществляется путем обрыва тока в обмотке катушки. В зависимости от скорости гашения электрической дуги на контакте выключающего аппарата, ток в обмотке и поток в магнитной цепи будут спадать при втянутом якоре некоторое время до момента t₄ . В этот момент при токе i= I_отп произойдет отрыв якоря от сердечника пружиной. Интервал времени называют временем трогания на отключение.

Далее якорь переместится в разомкнутое положение (ρ → ρ_max и ∆ρ → 0) и остановится в момент t₅ . Интервал времени определяет время движения якоря при отключении.

Интервал времени τ_отк= + называют временем отключения (или временем отпускания, или временем отпадания).

Отношение тока I_отп (или соответствующей МДС) , при котором происходит отпускание якоря к току I_вт (или соответствующей МДС) втягивагия называют коэффициентом возврата:

. (4.13)

Для увеличения коэффициента возврата (при необходимости) в электромагнитных системах устанавливают немагнитную прокладку между якорем и сердечником, прикрепляя ее к сердечнику или к якорю.