4.2. Електромагніти змінного струму

Електромагніти змінного струму мають конструкцію, подібну елек–тромагнітам постійного струму з двома зазорами, показану на рис. 4.1, б. Однак для зменшення втрат від вихрових струмів якір і осердя виготовляють з листової електротехнічної сталі. Переріз якоря і осердя має вигляд прямокутника. Крім того в електромагнітах змінного струму протікають процеси, які дуже відрізняються від процесів у електромагнітах постійного струму.

При протіканні в обмотці змінного струму, у ній крім збудження магнітного потоку Ф виникає процес електромагнітної індукції. Це явище відкрито Фарадеєм у 1834 р. і описано у математичному вигляді Максвелом:

.

Наслідком протікання змінного струму в обмотці є поява змінного магнітного потоку ~Ф. Цей магнітний потік наводить в обмотці змінну ЕРС Е. Всі ці процеси демонструє схема заміщення електромагніта змінного струму, що зображена на рис. 4.2.

Згідно рис. 4.2 можна скласти рівняння, користуючись другим законом Кірхгофа:

(4.5)

З теорії трансформатора відомо, що для режиму холостого ходу, рівняння (4.5) може бути записано у вигляді:

.

Крім того відомо, що

, (4.6)

де U – змінна напруга, підведена до обмотки; f – частота змінного струму; w_m – кількість витків обмотки змінного струму.

З рівняння (4.6) витікає, що магнітний потік в магнітному колі електромагніта змінного струму дорівнює:

. (4.7)

У загальному вигляді сила тяги в зазорі буде:

, (4.8)

що аналогічно виразу для визначення F_З електромагнітів постійного струму. Причому, для електромагнітів змінного струму сила визначається формулою:

– з одним зазором: ; (4.9)

– при наявності двох зазорів:

. (4.10)

В електромагнітах змінного трифазного струму (рис. 4.3) сила тяги буде: . (4.11)

Р озрахунок магнітних кіл електромагнітів електричних апаратів аналогічний розрахунку таких самих кіл трансформаторів, які розглядаються в курсі “Електротехніка, електричні виміри і електромеханіка”.

5. Обмотки електромагнітів електричних апаратів

Метою розрахунків обмоток електромагнітів є визначення числа витків, довжини провідників, їх перерізу і опору, а також геометричних розмірів каркасу котушки. В цілому цей набір параметрів дозволяє розрахувати необхідну силу тяги в повітряному зазорі електромагніта.

Методи розрахунків обмоток напруги і обмоток струму відрізняються.

Також дещо відрізняються методи розрахунків обмоток електромагнітів постійного струму та змінного струму. Але при зазорах менше, ніж дві сотих перерізу зазору, ці відмінності несуттєві.

Метод розрахунку обмоток електромагнітів електричних апаратів

Для розрахунку обмоток електромагнітів за початкові дані слід брати:

– ескіз магнітного кола з параметрами котушки обмотки Q_к;

– сила тяги електромагніту F_З;

– переріз зазору S;

– величина зазору ;

– напруга живлячої мережі U.

У процесі розрахунку визначають:

– магніторушійну силу Іw ;

– довжину середнього витка обмотки l_ср;

– переріз провідника q;

– діаметр провідника з урахуванням ізоляційного шару d;

– число витків обмотки w;

– потужність обмотки, яка споживається P;

– струм в обмотці І;

– опір обмотки R.

Порядок розрахунку обмотки напруги

1. Залежно від числа зазорів електромагніта за формулами (4.3) або (4.4) визначають МРС:

– при одному зазорі: ; (5.1)

– при двох зазорах: . (5.2)

2. Довжину середнього витка для обмотки визначають за виразом:

– з круглим перерізом зазору , (5.3)

де d1 і d2 – зовнішній і внутрішній діаметри котушки обмотки (рис. 5.1);

– для обмотки з прямокутним перерізом зазору

, (5.4)

де А і Б – зовнішні; а і б – внутрішні розміри котушки.

3. МРС можна визначити ще таким чином:

,

оскільки , (5.5)

де l = l_срw – загальна довжина провідника обмотки; ρ – питомий опір провідника, [Ом мм²/м]. Для довідки: ρ міді 0,018 Ом мм²/м; ρ алюмінію 0,027 Ом мм²/м.

З виразу (5.5) переріз провідника обмотки визначають так:

. (5.6)

4. Діаметр провідника визначають за формулою:

. (5.7)

5.Число провідників обмотки визначають за перерізом вибраного каркасу обмотки Q_К з урахуванням рекомендованого коефіцієнта заповнення каркасу f_М за формулою:

. (5.8)

6. Потужність, яка споживається, визначають за формулою:

. (5.9)

7. Струм в обмотці:

. (5.10)

8. Опір обмотки:

. (5.11)

Порядок розрахунку обмотки струму

Необхідну МРС визначають відповідно до кількості зазорів магніту за формулами (4.3) або (4.4).

Струм спрацьовування магніту найчастіше береться таким, що дорівнює номінальному струму електричного кола I_Н, послідовно з яким з’єднується обмотка реле струму. Відповідно до цього можна записати:

, (5.12)

де w – кількість витків реле струму.

Переріз провідника підбирається за каталогом провідників згідно допустимої щільності струму j = 2...4 А/мм² при тривалому режимі роботи реле струму. При повторно-короткочасному режимі за щільністю струму

j = 5...10 А/мм²

. (5.13)

Переріз каркасу котушки обмотки

. (5.14)