ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Достаточно в полной мере отредактировано. 2007-02-15. ВАК
Не ясно, как можно было так испортить файл, что в нем
невозможно вкл. переносы и отредактировать параметры страницы?
Переменный ток, протекающий по катушке электромагнита, приводит к
изменению во времени всех других зависящих от него величин. Так как их
взаимосвязь во многом определяется кривой намагничивания стального материала
магнитопровода, имеющей выраженный нелинейный характер, то при
синусоидальном изменении напряжения на катушке характерные для
электромагнита другие величины оказываются несинусоидальными, содержащими
высшие гармонические составляющие.
Однако если режим работы магнитопровода не достигает насыщенного состояния,
что в ряде случаев целесообразно для уменьшения потерь на вихревые токи и
перемагничивание (они пропорциональны квадрату индукции), то зависимость
между индукцией и напряженностью В(Н) можно приближенно считать линейной.
В дальнейшем будем оперировать с основными величинами как с синусоидальными,
что допустимо для электромагнита переменного тока.
В отличие от электромагнита постоянного тока катушка электромагнита на
переменном токе обладает как активным, так и индуктивным электрическим сопротивлением (Ом).
где f — частота тока, Гц; w — число витков; GM — магнитная проводимость электромагнита, Гн.
На рис. 1, а изображен электромагнит переменного тока.
Рис. 1 Электромагнит переменного тока
Если магнитное сопротивление стали магнитопровода Rст значительно меньше сопротивления воздушных зазоров Re, то без учета проводимости рассеяния результирующая магнитная проводимость электромагнита будет определяться воздушным зазором:
Для электромагнита, изображенного на рис.1, dS == 2d. Обозначив через R (Ом) активное электрическое сопротивление обмотки электромагнита, получим выражение для тока в ней:
где U~—напряжение на катушке, В.
Если R = 0, то
где mo = 1,25-10-6 - магнитная проницаемость воздуха, Гн/м.
Из этой формулы видно, что при неизменном действующем значении напряжения на катушке ток в ней зависит от величины воздушного зазора электромагнита (в отличие от электромагнитов постоянного тока). Это вызвано влиянием величины зазора на индуктивное электрическое сопротивление электромагнита. Характер зависимости действующего значения тока от величины зазора i (d) дан на рис. 1, б.
При подаче напряжения на катушку электромагнита через нее протекает пусковой ток Iп, имеющий значительную величину из-за большого начального воздушного зазора d0. При движении якоря этот зазор и ток в катушке уменьшаются. В притянутом состоянии якоря по катушке протекает ток Ix., который в несколько раз меньше пускового.
Рост тока (и ампервитков катушки) при увеличении воздушного зазора δ меняет вид тяговой характеристики электромагнита переменного тока. Если пренебречь активным электрическим сопротивлением катушки и падением напряжения на нем, то приложенное к катушке напряжение полностью уравновешивается ее противо-ЭДС. На основании закона электромагнитной индукции (для синусоидальных величин)
где U~ — действующее значение напряжения, В; Фmах — амплитудное значение потока, Вб.
Если известен поток Фmax, определяемый по заданной тяговой силе, то число витков катушки электромагнита
Отсюда следует, что в рассматриваемых условиях магнитный поток Фmax не должен зависеть от величины воздушного зазора электромагнита. Если бы весь этот поток замыкался через рабочий воздушный зазор, то создаваемая им электромагнитная сила тоже не зависела бы от величины воздушного зазора. В действительности такая зависимость существует. Изменение воздушного зазора δ и его магнитного сопротивления приводит к перераспределению суммарного потока Фmax на рассеяние Фs и рабочий зазор Фd, так как магнитное сопротивление для потоков рассеяния остается неизменным. Чем больше рабочий зазор d и его магнитное сопротивление, тем большая часть магнитного потока ответвляется в рассеяние. Тогда рабочий поток Фδ и тяговая сила уменьшаются.
Кроме того, активное сопротивление катушки реального электромагнита не равно нулю, а имеет конечное значение. При значительном увеличении зазора d индуктивная составляющая сопротивления катушки может оказаться малой по сравнению с активным сопротивлением обмотки R. Тогда ток и намагничивающая сила катушки не будут зависеть от зазора (подобно электромагнитам постоянного тока). В соответствии с законом Ома для магнитной цепи (рис 1, а) увеличение зазора и его магнитного сопротивления вызовут снижение потока и создаваемой им электромагнитной силы.
Следовательно, электромагнитная сила в электромагнитах переменного тока (например, среднее ее значение за полу период) при постоянном действующем значении напряжения на катушке с увеличением рабочего зазора d снижается и характеристика Fэ(d) имеет падающий вид (см. рис.1, б).
Однако в сопоставимых условиях степень этого снижения меньше, чем для электромагнитов постоянного тока.
Рис. 2. Электромагнит переменного тока и его векторная диаграмма
Чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезис, магнитопроводы электромагнитов переменного тока делают шихтованными. С физической точки зрения вихревые токи, наводимые в стальном магнитопроводе, сравнимы с токами, наведенными магнитным потоком в короткозамкнутом витке, охватывающем магнитопровод.
Для дальнейшего рассмотрения изобразим короткозамкнутую обмотку wкз в схеме электромагнита переменного тока (рис. 2, а). Наличие короткозамкнутых витков на магнитопроводе, потерь в магнитопроводе на вихревые токи и перемагничивание аналогично появлению реактивного (индуктивного) магнитного сопротивления в магнитной цепи. Активное магнитное сопротивление магнитопровода определяется магнитной проницаемостью материала. Для магнитной цепи (см. рис.2, а) можно записать
где Iкзwкз — намагничивающая сила короткозамкнутой обмотки. Ток в короткозамкнутой обмотке выражается через наведенную ЭДС Екз, определяемую по закону электромагнитной индукции, и сопротивление Rкз короткозамкнутой обмотки:
Для синусоидального потока Ф = Фmax sin wt получим
Запишем в комплексной форме:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
