Поляризованные электромагниты

Принципиальное отличие поляризованных электромагнитов (ПЭМ) от нейтральных состоит в существовании зависимости между направлением перемещения якоря и полярностью управляющего напряжения U_p, прикладываемого к рабочей обмотке. Эта зависимость достигается с помощью двух магнитных потоков: рабочего Ф_р, создаваемого постоянным напряжением, полярность которого может изменяться, и поляризующего Ф_п, образуемого постоянным магнитом или электромагнитом постоянного тока с неизменной полярностью питающего напряжения (рис. 8.2).

Повышенное быстродействие ПЭМ (несколько миллисекунд) по сравнению с нейтральными ЭМ достигается не только конструктивными приемами (шихтованным магнитопроводом, небольшими ходом и массой якоря, малой постоянной времени обмотки), но и связано непосредственно с его принципом действия: при срабатывании и отпускании поток в магнитопроводе не возникает и не исчезает, а перераспределяется или изменяет свое значение. Еще одна особенность ПЭМ, обусловленная наличием постоянного магнита, заключается в возможности принятия якорем различных фиксированных положений при обесточенной рабочей обмотке.

Различают три основные конструктивные схемы магнитопроводов ПЭМ: последовательную, параллельную (дифференциальную) и мостовую.

Схема ПЭМ с последовательной магнитной цепью, в которой рабочий поток Ф_р, создаваемый током рабочей обмотки, и поляризующий поток Ф_п постоянного магнита замыкаются в общем простом неразветвленном магнитопроводе 1, показана на рис. 8.2, а вместе с его схемой замещения (в схеме замещения предполагается, что магнитная цепь не насыщена). При встречном действии потоков Ф_р и Ф_п якорь 2 оттянут пружиной 3. Изменение полярности рабочего напряжения вызывает притяжение якоря к сердечнику.

На рис. 8.2,б представлена одна из принципиальных схем ПЭМ с дифференциальной (параллельной) магнитной цепью и соответствующей схемой замещения. Здесь поляризующий поток Ф_п разветвляется на два потока Ф_пδ1 и Ф_пδ2, проходящих по сердечникам. Один из них при данной полярности рабочего напряжения действует с потоком Ф_р согласно, а другой — встречно.

Якорь притягивается к левому или правому полюсу в зависимости от того, в каком из зазоров δ₁ или δ₂ рабочий и поляризующий потоки суммируются. Тяговое усилие определяется разностью сил притяжения в зазорах δ₁ и δ₂ (откуда и название дифференциальный ПЭМ). При изменении полярности рабочего напряжения U_p якорь перебрасывается к противоположному полюсу.

Одна из конструктивных схем ПЭМ с мостовым магнитопроводом и соответствующая схема замещения изображены на рис. 8.2, в. Рабочий поток Ф_р, проходящий по С-образному магнитопрово-ду 1, разветвляется на два потока Ф_р1 и Ф_р2, а поляризующий поток Ф_п постоянного магнита 6 — на два потока Ф_п1 и Ф_п2.

При данной полярности рабочего напряжения U_p потоки Ф_п1 и Ф_р2 в зазоре δ₁ и Ф_р1 и Ф_п2 в зазоре δ₃ суммируются, а Ф_п1 и Ф_р1 в зазоре δ₂ и Ф_п2 и Ф_р2 в δ₄ вычитаются, вследствие чего постоянный магнит 6 с полюсными наконечниками 4 поворачивается на некоторый угол против хода часовой стрелки вокруг оси 5. Изменение полярности рабочего напряжения вызывает поворот магнита с полюсными наконечниками в обратном направлении.

Рисунок 8.2. Конструктивные и эквивалентные электрические схемы ПЭМ:

а- с неразветвлённым магнитопроводом; б- с дифференциальной магнитной цепью; в- с мостовым магнитопроводом

1- магнитопровод; 2- якорь; 3- пружина; 4- полюсный наконечник;

5- ось; 6- постоянный магнит

Основные недостатки ПЭМ с последовательной магнитной цепью — это, во-первых, малая магнитная проницаемость магнито-твердого материала постоянного магнита, из-за чего снижается чувствительность ПЭМ и требуется повышенная МДС рабочей обмотки, а во-вторых, воздействие размагничивающей рабочей МДС на постоянный магнит, что неблагоприятно сказывается на стабильности намагниченности последнего и увеличивает размеры ПЭМ.