Пояснения к работе. Противодействующей (механической) характеристикой называется

Противодействующей (механической) характеристикой называется

зависимость сил, противодействующих перемещению якоря от величины

зазора между якорем и сердечником.

Силами, противодействующими движению якоря, являются силы

пружин (отключающих, контактных), вес подвижных элементов, силы

трения в осях и направляющих. Изменение сил сопротивления

перемещению якоря происходит на отдельных участках плавно, а в

некоторых положениях – скачкообразно. Подобный характер изменения

механической характеристики объясняется предварительной затяжкой

контактных и отключающих пружин. Противодействующая

характеристика снимается при обесточенной катушке. Измеряются усилия

при максимальном зазоре и при зазорах, соответствующих моменту

размыкания размыкающих контактов, и замыкания замыкающих

контактов; при минимальном зазоре.

Тяговой статической характеристикой электромагнита называется

зависимость электромагнитной силы P_э (момента M ) от величины зазора

δ (от угла поворота якоря ϕ ) при постоянном значении тока (МДС)

обмотки:

P_э = f (δ ) или M = f (δ ) при I=const.

Она называется статической потому, что усилие определяется при

неподвижном (фиксированном) якоре и при установившемся значении

тока обмотки.

Величину электромагнитной силы (силы тяги), притягивающей якорь

к полюсу (сердечнику), можно определить по формуле Максвелла

Ф_δ

P_э = (2.1)

2µ₀S_п

или энергетической формуле

P_э = ⋅(IW )² ⋅ (2.2),

где Ф_δ – магнитный поток в воздушном зазоре, Вб;

µ₀ – магнитная проницаемость воздуха, Гн/м (µ₀=1.256·10^-6 Гн/м);

S_п – площадь сечения полюса, м²;

IW – МДС обмотки, А;

Λ_δ – проводимость воздушного зазора, Гн.

Если пренебречь насыщением стали, потоками выпучивания и

рассеяния, то магнитный поток может быть определен как

Ф_δ = IW ⋅ Λ_δ (2.3).

При равномерном поле в зазоре

Λ_δ = µ₀

Производная проводимости по зазору

	dΛδ
			(2.4).

=

dδ

Подставив (2.3) в (2.1), получим

Подставив (2.3) в (2.1), получим

P_э = (IW )² µ₀ .

δ

Как видно, при принятых допущениях, формулы (2.1) и (2.2) дают

одинаковые результаты. Электромагнитная сила

пропорционально квадрату уменьшающегося зазора,

характеристика является гиперболой. В реальном случае

магнитопровода при малых зазорах замедляет рост силы.

влияние потоки рассеяния и неравномерность поля в зазоре. Поэтому

реальная характеристика отличается от характеристики, построенной по

(2.1) и (2.2). Однако рост силы при уменьшении зазора остается довольно

резким.

В электромагнитах броневого типа с втягивающимся сердечником

(якорем) сила тяги создается не только за счет притяжения якоря к стопу,

но и за счет втягивания сердечника внутрь обмотки (соленоидная сила).

Общее усилие, возникающее в электромагните, является

совместного действия сил притяжения к стопу и соленоидных сил. Меняя

высоту стопа, форму торцевых поверхностей, образующих рабочий

воздушный зазор, можно получить различные формы тяговых

характеристик.

Рассмотрим качественное изменение формы тяговой характеристики

при изменении формы полюсов (полюса плоские, конические, усеченно-

конические). Допустим, что поле в рабочем зазоре равномерно. Для

плоских круглых полюсов при этом допущении получим

где d – диаметр полюса (сердечника).

Тяговая характеристика имеет вид гиперболы.

Для полюсов с коническими торцами

2

Λ_δ = µ₀ ;

4δ sin² γ

где γ - половина угла при вершине конуса.

Из (2.2), (2.5) и (2.6) видно, что

P_экон

Р_эпл

т.е. при равенстве МДС (ампервитков) тяговое усилие для конических

полюсов (Р_экон) должно быть больше, чем для плоских (Р_эпл). Практически

это имеет место только при больших зазорах, когда величина магнитного

потока определяется магнитной проводимостью рабочего зазора. При

малых зазорах величина магнитного потока определяется, в основном,

сопротивлением стали и паразитных зазоров и, практически, не зависит от

формы полюсов. Но при одинаковом потоке индукция в коническом зазоре

будет в sinγ раз меньше, и составляющая силы, направленная по оси

сердечника, также в sinγ раз меньше силы, направленной

перпендикулярно конусу. Поэтому в области малых зазоров тяговая

характеристика с коническими полюсами будет идти ниже тяговой

характеристики электромагнита с плоскими полюсами, и при притянутом

положении усилие для конических полюсов примерно в sinγ раз меньше,

чем усилие электромагнита с плоскими полюсами.

Тяговая характеристика для усеченно-конических полюсов должна

пройти между характеристиками с плоскими и коническими полюсами.

Из сказанного можно сделать вывод, что при больших зазорах

рационально применять конические полюса, а при малых – плоские.

Зависимость условной полезной работы A = P_эδ от величины зазора будет

иметь максимум при больших зазорах для конических полюсов и при

малых зазорах – для плоских полюсов.

Влияние высоты стопа на тяговую характеристику можно оценить,

определяя проводимость по формуле

(2.7)

λ

µ₀S

m, z, l – размеры;

λ – удельная проводимость рассеяния, λ =

ln

где D_к – диаметр катушки,

d_c – диаметр сердечника.

По формуле (2.7) рассчитывается Λ_δ и по (2.3) и (2.1) определяется P_э .

Нагрузочные характеристики, т.е. зависимости электромагнитной

силы от тока в обмотке при постоянном зазоре; кривые намагничивания, т.е. зависимости магнитного потока (например, в зазоре) от тока в обмотке при постоянном зазоре; снимаются для нескольких характерных зазоров (максимальный, минимальный зазор, зазор соответствующий касанию контактов) и дают полную информацию о работе электромагнита.