§ 21.4. Особенности расчета электромагнитов переменного тока

В электромагнитах переменного тока индукция в магнитной цепи изменяется по синусоидальному закону. Так как максимальное (ам­плитудное) значение индукции в V2 раз больше действующего зна­чения, а величина тягового усилия пропорциональна квадрату ин­дукции, то электромагнит переменного тока при одинаковой степе­ни насыщения магнитопровода развивает в два раза меньшее значение тягового усилия. Поэтому при определении конструктив­ного фактора для электромагнита переменного тока принимается удвоенное значение тягового усилия

Оптимальные соотношения между высотой и шириной обмо­точного пространства катушки t = h/a получаются меньшими, чем для электромагнитов постоянного тока. Поэтому катушки электро­магнитов переменного тока будут короче и толще. Более короткая катушка уменьшает длину сердечника и его объем, что приводит к снижению потерь в стали, вызванных гистерезисом и вихревыми то­ками. Этих потерь не было в электромагнитах постоянного тока. Там стремились к уменьшению потерь в меди, что обеспечивалось уменьшением средней длины витка катушки за счет малой ее тол­щины. В электромагнитах переменного тока надо стремиться к уме­ньшению суммарных потерь (и в меди, и в стали).

При уточненном расчете электромагнитов необходимо учиты­вать потоки рассеяния и падения МДС в нерабочих зазорах и в ста­ли. Кроме того, в электромагнитах переменного тока необходимо учитывать потери на гистерезис Р_т и на вихревые токи в магните-проводе /V

Эти потери пропорциональны частоте питания, массе магни­топровода и индукции в квадрате. Для материалов, используемых в магнитной цепи электромагнита, в справочниках приводятся удель­ные потери (в зависимости от толщины листа и частоты) на едини­цу массы.

Число витков обмотки электромагнита переменного тока

Диаметр провода определяется по допустимой с точки зрения нагрева плотности тока. При этом ток определяется с учетом потерь в стали: ____

где /_п — ток потерь в стали; 1_Ц — ток намагничивания.

Значения /_п и /_м можно определить с помощью электрической схемы замещения электромагнита (рис. 21.4). На схеме приняты следующие обозначения: R — активное сопротивление обмотки; Х_р — индуктивное сопротивление, соответствующее рабочему пото­ку; X — индуктивное сопротивление, соответствующее потоку рас­сеяния; Л„ — активное сопротивление, обусловленное потерями в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи.

Если пренебречь падением напряжения на активном сопротив­лении обмотки R и потоком рассеяния, то ток потерь

Намагничивающий ток, создающий рабочий магнитный поток, определяется по МДС (fw). Если пренебречь падением МДС в стали и нерабочих зазорах, то

где Ф₆ — действующее значение пере­менного магнитного потока в рабочем зазоре; С₆ — магнитная проводимость рабочего зазора.

Предварительный расчет электро­магнита с 'короткозамкнутым витком проводится без учета экранирующего

действия этого витка. Точный расчет параметров короткозамкнутого витка довольно сложен. На практике его выполняют из меди или латуни таким образом, чтобы он охватывал примерно ³/4 полюса электромагнита. При Ш-образном магнитопроводе короткозамкну-тый виток 3 располагается на среднем (рис. 21.5, а) или на крайних стержнях (рис. 21.5, 6). С витком на среднем стержне выполнены широко распространенные электромагниты серии МИС. Для уме­ньшения падения МДС в нерабочем зазоре между якорем 1 и сер­дечником 2 имеется так называемый воротничок 5. Номинальное тяговое усилие электромагнитов серии МИС изменяется от 15 до 120 Н при ходе якоря 15—30 мм. Механическая износостойкость со­ставляет примерно 10^б циклов включений-отключений.

С витками на крайних стержнях (рис. 21.5, б) выполнены длин-ноходовые электромагниты серии ЭД. Они имеют Т-образный якорь /. Тяговое усилие создается во всех трех стержнях, т. е. маг­нитная цепь содержит три рабочих зазора. Тяговое усилие электро­магнитов серии ЭД достигает 250 Н при максимальном перемеще­нии якоря до 40 мм. Электромагниты срабатывают при подаче тока в обмотку 4.