Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БРОНЕВОГО И КЛАПАННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цепь работы. Экспериментальное определение статических тяговых характеристик и броневого и клапанного электромагнитов постоянного тока.

1. Основные положения

Электромагниты используются для преобразования электрической энергии в механическую энергию. Они находят широкое применение в различных устройствах и являются основой многих электрических аппаратов. В настоящее время в связи с широкой механизацией и автоматизацией производственных процессов и транспорта роль электромагнитных механизмов еще более возрастает.

Несмотря на внешнюю простоту электромагнитов, их расчет достаточно сложен, что объясняется наличием рассеяния и выпучивания магнитного потока и нелинейностью кривой намагничивания ферромагнитных материалов, из которых изготавливаются детали магнитопроводов. Поэтому при создании новых типов электромагнитов все еще большую роль играют экспериментальные данные.

1.1. Электромагниты броневого типа

Втяжные электромагниты броневого типа применяются в тормозных установках, приводах выключателей и других механизмов, требующих значительных усилий и больших перемещений.

Рис.6.1. Конструкция броневого электромагнита

Рис.6.2. Конструкция клапанного электромагнита

Броневой электромагнит (рис.6.1) состоит из намагничивающей катушки 1, якоря 2, гайки специальной 3, фланца верхнего 4, корпуса (брони) цилиндрического 5, стопа 6, втулки немагнитной 7, фланца нижнего 8, и штока 9. Магнитная цепь броневого электромагнита наряду с рабочим зазором имеет и нерабочие паразитные зазоры: между стопом 6 и штоком 9; между хвостовиком якоря и верхним фланцем 4; между фланцами 4, 8 и корпусом 5. Цилиндрический корпус 5 электромагнита (рис.6.1) выполняет роль магнитопровода и является защитой катушки от воздействия окружающей среды.

Втягивание якоря 2 происходит как за счет магнитного потока, проходящего через торцевую поверхность якоря, так и за счет потока рассеяния, проходящего через его цилиндрическую поверхность. В зависимости от требуемой тяговой характеристики электромагнита торцевая поверхность якоря может быть выполнена в виде плоскости, конуса или усеченного конуса с различными углами при вершине и называется стопом.

Цилиндрическая катушка, расположенная внутри корпуса, создает намагничивающую силу, под действием которой образуются магнитные потоки в магнитопроводе, в рабочем и нерабочем цилиндрическом зазоре между якорем и "воротничком" и поток рассеивания между цилиндрической поверхностью кожуха. Магнитный поток в нерабочем зазоре полезной силы не создает. Более того, при эксцентричном расположении якоря относительно «воротничка» возникает радиально направленная сила одностороннего притяжения якоря к внутренней поверхности «воротничка» и, следовательно, сила трения, которая препятствует перемещению якоря. Уменьшение этого зазора может привести к увеличению силы трения. С увеличением зазора увеличивается падение намагничивающей силы в нем. И в этом, и в другом случае может потребоваться увеличить размеры катушки с целью создания дополнительной намагничивающей силы, компенсирующей указанные потери. Это приведет к увеличению размеров всего электромагнита. Для обеспечения концентричности поверхности хвостовика 8 и проходного отверстия под хвостовик в стопе 6 установлена немагнитная втулка 7. Существует оптимальная величина зазора (порядка 0,5...1,5 мм), при которой вес электромагнита будет минимальным. Согласование сил, развиваемых электромагнитом, с противодействующими силами производится по статическим тяговым характеристикам.

1.2. Электромагниты клапанного типа

Электромагниты клапанного типа применяются во всевозможных реле, контакторах, быстродействующих выключателях и др. Наряду с П-образным исполнением магнитопровода они выполняются также с Ш-образным, цилиндрическим магнитопроводами и т.д.

Клапанный электромагнит (рис.6.2) состоит из катушки 1, необходимой для создания магнитного потока, неподвижной части магнитопровода 2, его подвижной части 1, называемой якорем, и возвратной пружины 4.

Важнейшей характеристикой электромагнита является статическая тяговая характеристика, представляющая собой зависимость тяговой электро­магнитной силы от величины рабочего зазора при неизменном токе в обмотке.

Рис.6.3. Тяговые характеристики электромагнитов:

1,2,3,4,5 – статическая рабочая расчетная, статическая рабочая экспериментальная, статическая срабатывания, статическая отпускания и динамическая, соответственно для клапанного электромагнита; 6 – механическая характеристика противодействующих сил электромагнитного реле с замыкающимися контактами; 7 – статическая тяговая характеристика броневого электромагнита

Согласование сил, развиваемых электромагнитом, с противодействую­щими силами производится по статическим тяговым характеристикам. На рис.6.3 показаны различные тяговые характеристики электромагнитов. У электромагнитов клапанного типа тяговая характеристика имеет резко возрастающий характер (кривая 1 на рис.6.3), что объясняется резким изменением магнитной проводимости в областях малых зазоров.

Электромагниты с втягивающимся якорем и замкнутым магнитопрово­дом имеют при наличии стопа также существенно возрастающую тяговую силу при малых зазорах (кривая 7 на рис.6.3) и более пологую в области больших зазоров.

Экспериментально снятая тяговая характеристика (кривая 2 на рис.6.3) идет ниже расчетной. При больших зазорах они почти совпадают, а при малых зазорах экспериментальная тяговая характеристика располагается значительно ниже расчетной из-за насыщения магнитопровода.

Для надежного срабатывания электромагнита тяговая сила при кри­тическом зазоре должна быть в (1,2 … 2) раза больше механических противодействующих сил.