- •4. Расчет и проектирование электромагнитных механизмов.
- •4.1. Общие сведения об электромагнитных механизмах.
- •4.2 Характеристики магнитного поля и основные законы магнитных цепей.
- •4.3 Схема замещения магнитных цепей.
- •4.4 Сила притяжения якоря и магнитная проводимость воздушного зазора.
- •4.5 Динамические характеристики эмм
- •4.6. Расчёт магнитной цепи. Прямая и обратная задачи.
- •4.7 Расчет и проектирование эм.
- •4.8. Некоторые вопросы конструктирования эмм.
4.5 Динамические характеристики эмм
4.5.1 Расчет динамических характеристик
Основными динамическими характеристиками ЭММ являются: время срабатывания Tcp и время отпускания Toт ЭММ.
Время срабатывания – промежуток времени между моментом подачи напряжения на катушку до момента полной остановки якоря.
Время отпускания – промежуток времени между моментом отключения питания катушки до момента полной остановки якоря.
И время срабатывания и время отпускания состоит из двух частей: 1)время трогания – время до начала движения якоря ; 2) время движения – время от начала движения до остановки якоря:
(5.17)
В зависимости от величин и различают: быстродействующие ЭММ (до 50 мс), ЭММ с нормальным временем действия (50…150 мс) и ЭММ замедленного действия( свыше 150мс).
В случае ненасыщенного магнитопровода :
; , (5.18)
и индуктивности катушки магнита при опушенном и притянутом якоре соответственно :
, , (5.19)
где W - число витков обмотки; и - суммарное магнитное сопротивление воздушных зазоров при опущенном и притянутом якоре; - сопротивление стали при притянутом якоре; – установившейся значение тока:
(5.20)
где R – активное сопротивление обмотки; U – напряжение питания; и – ток срабатывания и отпускания.
Величины и определяются из выражений (5.12) – (5.14) в соответствии с типом ЭМ. При известных величинах и , соответствующих началу движения якоря при срабатывании и отпускании. Так из (5.12) имеем:
;
Из (5.13): (5.20)
Из (5.14):
Силы Fэ ср и Fэ от могут быть найдены по так называемым характеристикам противодействующих сил, которые будут рассмотрены ниже.
Точное определение tдв’ и tдв’’ задача сложная. Поэтому для нахождения tдв’ используется приближённая формула:
(5.22)
где М – масса якоря и присоединяемых к нему элементов,
– рабочий воздушный зазор при отпущенном и притянутом якоре,
S – площадь фигуры м/с характеристиками тяговых и противодействующих сил,
- масштабы по осям координат указанных характеристик.
Использую формулы (5.17-5.22) можно определить tср. В большинстве случаев величина tот имеет тот же порядок что и tср, поэтому для оценки качеств проектируемого реле её можно не находить.
4.5.2. Способы повышения быстродействия.
Способы повышения быстродействия разделяют на две группы: конструктивные и схемотехнические.
К конструктивным способам относят:
выбор такой конструкции магнитопровода и якоря, где бы потоки рассеяния также создавали силу притяжения;
выбор такого материала для магнитопровода с высоким электрическим сопротивлением;
увеличение напряжения питания и уменьшение активного сопротивления катушки магниты.
Схемотехнические способы обеспечивают форсированным режимом работы ЭМ, т.е. увеличение потребляемой мощности и силы притяжения в моменты срабатывания.
Наиболее используемые при этом схемы приведены на рисунке 5.7.
Рис. 5.7. Схемы повышения быстродействия ЭММ.
На рис а) изображена схема с двумя обмотками, одна из которых после срабатывания ЭМ отключается. На схеме б) контакт срабатывает когда замкнут и через катушку протекает ток. После срабатывания через катушку протекает меньший ток достаточный для удержания якоря в притянутом положении. Подобная схема, только с «автоматическим» контактом, роль которого выполняет конденсатор С изображена на схеме в).
При включении цикл при переходном процессе суммарное сопротивление Rд и С меньше чем в установившемся режиме. При полностью заряженном С ток протекает через Rэ (I=U/(R+Rд)). Оптимальное значение ёмкости, при котором tср минимальный:
(5.23)
где L – индуктивность электромагнита [Г], С – ёмкость конденсатора [Ф].
Схемы б) и в) уменьшают tср только при условии повышения U (по сравнению со схемами без Rд), т.к. падение напряжения на Rд приводит с снижению сопротивления на обмотке ЭМ и, в результате, к повышению tср. Чтобы этого не произошло повышают U.