Согласование тяговых и механических характеристик электромагнитов

Рассмотрим работу электромагнитного механизма реле постоянного тока, имеющего простейшую клапанную систему и одну пару замыкающих контактов (рис. 96). Основным условием согласования тяговых и механической характеристик является превышение тяговых усилий над механическими на всем ходе подвижных частей, т.е. тяговая характеристика должна располагаться выше механической.

Рассмотрим процесс повышения напряжения на катушке электромагнита. При некотором малом напряжении U₁ усилие электромагнита будет меньшепротиводействующего усилия F_э = F_пр (рис. 99).

При напряжении U₂ > U₁ тяговая сила электромагнита при больших зазорах меньше противодействующей, а при малых зазорах больше противо-

Рис. 100. Согласование тяговых действующей силы. При таком согласо-

и механической характеристик вании электромагнит не срабатывает, так как при начальном зазоре не выполняется условие срабатывания, т.е. F_э < F_пр.

При напряжении U₃ тяговая характеристика совпадает с механической в начальной точке К (при ), т. е. F_э.нач = F_пр._нач, а во всех остальных точках F_э > F_пр. Точка К называется критической точкой, в которой наблюдается неустойчивое равновесие тяговой и механической сил. Отклонение от равновесия при любом уменьшении воздушного зазора может быть только при действии избыточной тяговой силы

.

Под действием избыточной тяговой силы якорь электромагнита получает ускорение в сторону уменьшения воздушного зазора и скачком переходит из начального положения в конечное. Это называется процессом срабатывания электромагнита.

Таким образом, напряжение U₃ есть минимальное напряжение, необходимое для срабатывания электромагнита и называется напряжением срабатывания.

При номинальном напряжении тяговая характеристика пойдет еще выше на всем ходе якоря. В этом случае условия срабатывания обеспечиваются с определенным запасом, т.е. независимо от действия случайных факторов.

U_н = К_з ∙U_ср , отсюда К_з = U_н/U_ср > 1.

К_з – коэффициент запаса.

Вместо напряжения можно рассматривать ток I или МДС (Iw).

(Iw)_ср=I_ср w; (Iw)_н=I_н w. (240)

Рассмотрим уменьшение напряжения от U_н до 0. Пока левый конец тяговой характеристики лежит выше механической на оси ординат (рис. 100), якорь остается в притянутом состоянии. При этом правая часть тяговой характеристики может лежать ниже механической, но отпускания якоря не будет, так как . В точке М левые концы тяговой и механической характеристик совпадут. Тогда, F_э.кон = F_пр._кон.

В точке М наступает неустойчивое равновесие и при случайном увеличении зазора противодействующая сила становится больше тяговой силы, и она скачком возвращает якорь в начальное положение. Это называется процессом возврата электромагнита.

Напряжение, при котором тяговая характеристика лежит ниже механической на всем ходе якоря от начального до конечного зазора и имеет с ней общую точку М при конечном зазоре , есть максимальное напряжение, при котором возможен возврат и называется напряжением возврата U_в.

7.9. Расчет параметров срабатывания и возврата

Исходя из согласования тяговой и механической характеристик, можно утверждать, что срабатывание электромагнита произойдет при таких параметрах срабатывания, при которых будет выполнено условие срабатывания на интервале движения якоря в пределах

.

На основании этого условия можно записать, что при

,

где – критический воздушный зазор,

Рис. 101. К определению H_ст при котором тяговая сила равна противодействующей механической силе. Если это условие выполняется при , то тогда .

Подставив значение тяговой силы по энергетической формуле, получим

. (241)

Учитывая, что срабатывание происходит при параметре срабатывания, найдем его

. (242)

Аналогичные рассуждения по отношению к процессу возврата электромагнита дают условие возврата, а именно

.

Тогда, при .

Так как при конечном зазоре магнитный поток определяется не площадью полюса, а насыщением магнитопровода (см. выше), то, применяя формулу Максвелла, можно записать

, (243)

отсюда находим магнитный поток возврата

. (244)

Так как магнитная цепь насыщена, то

. (245)

Здесь – магнитная проводимость конечного воздушного зазора; – напряженность магнитного поля в стальных участках магнитной цепи; – средняя длина магнитной силовой линии на стальных участках магнитопровода.

Напряженность магнитного поля определяется из кривой размагничивания (рис. 101). При этом индукцию можно найти по формуле

.