Электромагниты постоянного тока. Конструкции, уравнения рабочего процесса и основные характеристики электромагнитных преобразователей, страница 2

Использование внутреннего воротничка позволяет при равной высоте ЭМП несколько увеличить площадь поперечного сечения окна обмотки, а значит и ее МДС. Кроме того, благодаря малому значению нерабочего зазора характеристика Ф(F) при притянутом якоре втяжного ЭМП с внутренним воротничком располагается  выше аналогичной характеристики ЭМП с внешним воротничком и немагнитной гильзой, что обеспечивает несколько большую работоспособность (рис. 6).

Важным конструктивным элементом в схеме втяжных ЭМП является форма полюсов. Зависимости, приведенные на рис. 7, иллюстрируют влияние формы полюсов с усеченно-коническими опорными поверхностями на тяговые характеристики. При уменьшении угла a при вершине конуса увеличивается магнитная проводимость рабочего зазора, как и при введении полюсного наконечника, поэтому эффект изменения площади опорных поверхностей полюсов за счет применения усеченно-конических опорных поверхностей соответствует эффекту увеличения диаметра полюсного наконечника.

Наибольшее воздействие на тяговые характеристики ЭМП оказывают так называемые ферромагнитные шунты - другой вариант изменения формы полюсов, конструкции которых весьма разнообразны. Наиболее распространены шунт постоянного поперечного сечения в сочетании с усеченно-коническим концом якоря (рис. 8, а) и шунт переменного сечения в сочетании с плоским торцом якоря (рис. 9, а).

Влияние формы шунта и торца якоря на тяговые характеристики ЭМП иллюстрируется зависимостями, приведенными на рис. 8, б, в и 9, б. Шунты переменного сечения удобно использовать в ЭМП, преодолевающих гравитационную нагрузку, а шунты постоянного сечения - при спадающей по ходу якоря нагрузке (например, в пневмоклапанах).

Втяжные ЭМП получили наибольшее распространение в качестве силовых ЭМ, основным назначением которых является совершать определенную работу на протяжении известного пути, приводя при этом в движение те или иные рабочие органы различных механизмов.

2. УРАВНЕНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭМП

Для характеристики процессов, происходящих в ЭМ на различных этапах его работы, существенными являются следующие уравнения:

2.1. Уравнение электрической цепи обмотки ЭМ:

или

где  U - напряжение источника питания цепи обмотки;

       i  - мгновенное значение тока в обмотке;

      - активное сопротивление цепи обмотки;

       Y - мгновенное значение потокосцепления обмотки;

        t  - время.

          Это уравнение дает возможность произвести анализ первой стадии энергетических преобразований в ЭМ – процесса преобразования электрической энергии, поступающей от источника тока, в энергию магнитного поля.

2.2. Уравнение характеристики намагничивания ЭМ:

Y=

связывает потокосцепление Y, ток в обмотке i и положение якоря s. В общем случае это уравнение должно учитывать также влияние вихревых токов, появляющихся во время переходных процессов в массивных деталях магнитопровода и дополнительных обмотках, сцепленных с магнитным потоком.

Характеристика намагничивания ЭМ, так же как и кривая намагничивания материала, из которого выполняется магнитопровод, имеет петлю гистерезиса. Характер кривой намагничивания и ее видоизменение при перемещении якоря определяют возможности преобразования магнитной энергии в механическую и величину действующей в данный момент электромагнитной силы.

2.3. Уравнение силы электромагнитного притяжения:

F_ЭМ=)

которая возникает как результат энергетических преобразований в нем и является в конечном счете функцией запаса энергии W_м, сосредоточенной в магнитном поле ЭМ, в свою очередь дает возможность определить полное значение получающейся механической энергии.

2.4. Уравнение движения:

где    m – приведенная масса движущихся частей;

– противодействующая сила, являющаяся обычно функцией положения        

             якоря;

– сила сопротивления, зависящая от скорости движения.

Это уравнение характеризует механические процессы, происходящие при срабатывании ЭМ. Оно дает возможность найти такие величины, как скорость и время движения, динамическую силу движущихся частей и т.д.

2.5. Уравнение нагрева и охлаждения ЭМ:

J = f₅ (P, t_вкл, размеры)

связывает температуру нагрева J с мощностью Р, выделяющейся в обмотке, размерами ЭМ и временем нахождения его во включенном состоянии t_вкл.

В период, когда обмотка отключена от сети и мощность в ней не выделяется, происходит охлаждение, процесс которого описывается уравнением

J = (J_н , t_откл, размеры)

и зависит от температуры J_н , до которой был нагрет ЭМ, времени охлаждения t_откл  и размеров ЭМ.

3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭМП