Электрические аппараты
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
ть увеличивается, поскольку Так как при движении якоря индуктивность изменяется, то примет вид:
(5.8)
При движении якоряпоэтому величина тока
начинают уменьшаться, поскольку сумма всех падений напряжения равна неизменному значению напряжения источника U. Зависимость тока от времени показана на рис. 5.1. Чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока. В точке b якорь достиг своего крайнего положения и уменьшение тока прекратилось. После остановки якоря ток будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет установившегося значения причем постоянная времени будет больше, чем, поскольку конечный зазор б меньше, чем начальный зазор б„. Так как в притянутом положении якоря рабочий зазор мал, то возможно насыщение магнитной системы, и закон нарастания тока будет отличаться от экспоненциального, что необходимо учитывать при расчете времени установления потока.
Рис. 5.1. Зависимость тока от времени
Имеется целый ряд методов расчета процессов в электромагните при движении якоря. Как показано на рис. 5.1, в динамике начало движения имеет место при токе. При движении якоря ток вначале еще немного нарастает, а затем падает до величины, меньшей тока трогания. Таким образом, в процессе движения якоря, когда зазор меняется от начального до конечного значения, величина тока в обмотке значительно меньше установившегося значения. Поскольку при движении якоря во всех точках его пути ток в обмотке меньше установившегося значения, то и сила, развиваемая электромагнитом, в динамике значительно меньше, чем в статике при . С этим необходимо считаться при согласовании силы тяги электромагнита и противодействующих сил.
Для ориентировочного определения времени движения можно воспользоваться статической характеристикой. На рис.5.2 изображены статическая тяговая характеристика электромагнита и характеристика противодействующей силы. Разность сил, идет на сообщение ускорения подвижным частям:
(5.9)
где масса подвижных частей, приведенная к рабочему зазору; перемещение якоря; скорость движения якоря.
После интегрирования получим:
(5.10)
Рис.5.2. Статическая тяговая характеристика электромагнита и характеристика противодействующей силы
Интеграл удобно рассчитывается графоаналитически. Скорость в точке хода б равна:
(5.11)
гдемасштаб по оси силы; масштаб по оси перемещения; площадь, пропорциональная работе движущей силы.
Зная скорость в любой точке хода, можно рассчитать время движения на всех участках и суммированием определить полное время движения.
Иногда во время движения ток мало меняется и составляет некоторую долю а от установившегося В таких случаях рекомендуется строить статическую характеристику при.
б) Ускорение и замедление срабатывания и отпускания электромагнита постоянного тока. Полное время срабатывания состоит из времени трогания и времени движения:
(5.12)
В большинстве случаев основную часть времени срабатывания составляет время трогания. Поэтому при ускорении и замедлении срабатывания воздействуют прежде всего на Согласно
(5.13)
Допустим, что ток трогания не меняется (неизменна сила противодействующей пружины). Рассмотрим влияние активного сопротивления цепи при неизменной величине индуктивности и питающего напряжения. После включения электромагнита ток в обмотке изменяется и скорость нарастания тока равна:
(5.14)
Таким образом, скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи и определяется только питающим напряжением и индуктивностью цепи. Изменение тока во времени для двух значений активного сопротивления цепи показано на рис.5.3. Поскольку обе кривые в начале координат имеют общую касательную, так как не зависит от активного сопротивления. Постоянная времени для первого случая для второго Tt == L/R.i; так как то
При уменьшении сопротивления R увеличивается установившийся ток и величина уменьшается.
Можно показать, что логарифм уменьшается быстрее, чем растет постоянная времени Т. В результате ^Tpi> >tTp2, несмотря на то, что Т{<Т2. Чем меньше активное сопротивление цепи, тем быстрее будет срабатывать электромагнит.
При уменьшении активного сопротивления обмотки растет мощность Р, потребляемая ею:
Для ограничения температуры нагрева необходимо развивать у катушки поверхность охлаждения, т. е. ее размеры. Увеличение размеров обмотки потребует увеличения размеров магнитопровода.
Для ограничения размеров электромагнита в настоящее время широко применяется форсировка по схеме рис. 5.4. В отключенном положении сопротивление #ДОб шунтировано размыкающим контактом, связаннымс якорем электромагнита.
После замыкания контакта К малое сопротивление обмотки R способствует быстрому нарастанию тока до тока трогания. После начала движения якоря контакт размыкается и в цепь вводится сопротивление ./?доб, благодаря чему ограничивается мощность Р, выделяемая в обмотке: