§ 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 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"

(21.6)

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 и на вихревые токи в магнитопроводе

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

(21.7)

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

(21.8)

где —ток потерь в стали; —ток намагничивания.

Значения и можно определить с помощью электрической схемы замещения электромагнита (рис. 21.4). На схеме приняты следующие обозначения: —активное сопротивление обмотки;

• — индуктивное сопротивление, соответствующее рабочему потоку; — индуктивное сопротивление, соответствующее потоку рассеяния; —активное сопротивление, обусловленное потерями в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи.

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

(21.9)

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

где —действующее значение переменного магнитного потока в рабочем зазоре; —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 полюса электромагнита. При Ш-образном магнитопроводе короткозамкнутый виток 3 располагается на среднем (рис. 21.5, а) или на крайних стержнях (рис. 21.5, б). С витком на среднем стержне выполнены широко распространенные электромагниты серии МИС. Для уменьшения падения МДС в нерабочем зазоре между якорем 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 10⁶ циклов включений-отключений.

С витками на крайних стержнях (рис. 21.5, б) вы полнены длинноходовые электромагниты серии ЭД. Они имеют Т-образный якорь 1. Тяговое усилие созд ается 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.