Электрические аппараты
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
? фиксированный достаточно малый конечный зазор, что приводит к снижению остаточного магнитного потока и устранению залипания.
В электромагнитах для реле времени магнитная система при притянутом положении якоря сильно насыщена. В этом случае справедливо уравнение
Решив уравнение относительно , получим
,
где магнитный поток, при котором усилие пружины равно электромагнитной силе; начальное значение потока.
Выдержка времени при отпускании при прочих равных условиях определяется начальным потоком Фу уравнения. Этот поток определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку напряжение и ток в обмотке пропорциональны, зависимость повторяет в другом масштабе зависимость . Если система при номинальном напряжении не насыщена, то поток Фу сильно зависит от питающего напряжения. При этом выдержка времени также зависит от напряжения обмотки. Для независимости выдержки времени от питающего напряжения магнитная цепь электромагнитов делается сильно насыщенной. На рис.4 представлена кривая намагничивания магнитной системы . В зоне насыщения колебания питающего напряжения на ведут к незначительному изменению установившегося потока и колебанию времени отпускания в пределах от до . Вся рабочая зона лежит в области напряжений выше . При работе в ненасыщенной зоне даже небольшие колебания питающего напряжения приводят к значительному изменению потока Фу и выдержки времени на отпускание.
В разнообразных схемах автоматики, в которых используются электромагниты, напряжение на их питающие обмотки может подаваться кратковременно. В этом случае для стабильности выдержки времени при отпускании необходимо, чтобы длительность приложения питающего напряжения была достаточна для достижения потоком установившегося значения.
Рис.4. Характеристика намагничивания магнитной системы и зависимость времени отпускания от напряжения питания
Это время называется временем подготовки или зарядки. Если длительность приложения напряжения меньше этого времени, то выдержка времени уменьшается. Время зарядки зависит от габаритов реле и составляет около 1 с.
На выдержку времени электромагнита влияет температура короткозамкнутой обмотки. Согласно
.
Здесь t время отпускания; температура нагретой короткозамкнутой обмотки.
Заводы-изготовители гарантируют работу таких электромагнитов в диапазоне температур от - 40 до +60 С. Если температура короткозамкнутой обмотки равна окружающей, то при указанном изменении температуры сопротивление, а следовательно, и выдержка времени изменятся почти в 1,5 раза. В среднем можно считать, что изменение температуры на каждые 10 С ведет к изменению времени выдержки на 4 %. Зависимость выдержки времени от температуры является одним из основных недостатков электромагнитов с короткозамкнутой обмоткой.
Динамика и время срабатывания электромагнитов
а) Время срабатывания. До сих пор мы рассматривали только статические характеристики электромагнитов, когда в их обмотке проходит неизменный ток, причем якорь либо неподвижен, либо якорь движется, но ток в обмотке не меняется по своему действующему значению, поскольку электромагнит имеет последовательную обмотку. В таком режиме работают тормозные и удерживающие электромагниты. В большинстве электромагнитов процесс имеет динамический характер. В этом случае после включения обмотки электромагнита происходит нарастание потока в магнитной цепи до тех нор, пока сила, развиваемая электромагнитом, не станет равна противодействующей силе. По достижении указанного равенства якорь начинает двигаться. При этом ток и поток меняются по весьма сложному закону, определяемому параметрами электромагнита и противодействующей силой. После того как якорь придет в свое конечное положение, ток и поток в электромагните будут продолжать изменяться до тех пор, пока не достигнут установившегося значения.
Рассмотрим более подробно все эти три стадии для электромагнита постоянного тока с параллельной обмоткой. Первая стадия с момента подачи напряжения до начала трогания якоря. Начиная с момента включения обмотки и до момента начала движения якоря напряжение источника уравновешивается активным падением напряжения и противо э. д. с. в катушке:
Так как в начальном положении якоря рабочий зазор имеет относительно большое значение, магнитная цепь может считаться ненасыщенной, а индуктивность обмотки постоянной величиной. Поскольку потокосцепление уравнение можно преобразовать:
(5.4)
Решение этого уравнения относительно тока, как известно, имеет вид:
(5.5)
гдеустановившееся значение тока;
постоянная времени цепи.
Величина тока, при котором начинается движение якоря, называется током трогания /Тр, а время нарастания тока от нуля до /Тр временем трогания Тр.
Для момента трогания можно записать в виде
(5.6)
Решив относительно времени трогания, получим:
(5.7)
Таким образом, во-первых, время трогания пропорционально постоянной времени T, и, во-вторых, по мере приближения время трогания начинает быстро расти. Как только начинается движение якоря, зазор уменьшается и индуктивнос