- •Содержание
- •Введение
- •Лекция №1 Общие сведения. Нагрев электрических аппаратов при длительном режиме работы
- •Нагрев электрических аппаратов при длительном режиме работы
- •Режимы нагрева аппаратов
- •Лекция №2 Нагрев аппаратов в переходных режимах
- •Лекция № 3 Электрические контакты, режимы их работы
- •Лекция № 4 Отключение электрических цепей
- •Способы гашения электрической дуги
- •Лекция № 5 Электромагниты
- •Лекция № 6 Влияние короткозамкнутого витка на работу аппаратов переменного тока. Расчет электромагнитов
- •Расчет обмоток электромагнитов Расчет обмотки электромагнита постоянного тока
- •Лекция № 7 Расчет обмотки электромагнитов переменного тока
- •Расчет силы тяги электромагнитов
- •Динамика работы электромагнита
- •Лекция № 8 Электромеханические аппараты автоматики
- •Лекция № 9 Электромагнитные реле
- •Лекция № 10 Тепловые реле. Реле времени
- •Электромеханические реле времени
- •Лекция № 11 Полупроводниковые реле
- •Лекция № 12 Контакторы и магнитные пускатели
- •Лекция № 13 Предохранители
- •Лекция № 14 Автоматические выключатели
- •Лекция № 15 Аппараты управления
- •Лекция № 16 Применение реле для защиты электроустановок
- •Лекция № 17 Датчики неэлектрических величин
- •Лекция № 18 Электромагнитные муфты управления
- •Лекция № 19 Выключатели переменного тока высокого напряжения
- •Лекция № 20 Вакуумные и воздушные выключатели
- •Лекция № 21 Трансформаторы тока и напряжения
- •Лекция № 22 Разъединители, отделители, короткозамыкатели, реакторы
- •Библиографический список
- •Контрольные работы №1 и №2
- •Введение
- •1. Контрольная работа №1
- •1.1 Задание контрольной работы №1
- •1.2. Методические указания
- •1.3. Принцип работы схемы управления двигателем постоянного тока
- •1.4. Пример выполнения контрольной работы №1
- •2. Контрольная работа №2
- •2.1. Задание контрольной работы №2
- •2.2. Методические указания
- •2.3. Пример выполнения контрольной работы №2
- •2.3.1.1. Выбор рубильника
- •2.3.1.2. Выбор максимальных токовых реле
- •2.3.1.3 Выбор магнитного пускателя
- •2.3.1.4. Выбор тепловых реле
- •2.3.1.5. Выбор предохранителей
- •2.3.2.1. Выбор автоматического выключателя
- •2.3.2.2. Выбор плавких предохранителей
- •Преобразователи частоты
- •Расчет преобразователя частоты общего назначения
- •Расчет выпрямителя.
- •Расчет параметров охладителя.
- •Расчет фильтра.
- •Расчет снаббера.
- •Вопросы по самопроверке усвоения материала
- •Список использованных источников
Лекция № 5 Электромагниты
Электромагниты являются основным рабочим элементом таких электрических аппаратов как реле, пускатели, автоматические выключатели, контакторы и ряда других.
Рассмотрим основные соотношения для магнитной цепи, представленной на рис. 5.1.
При прохождении тока по обмотке возникает МДС , которая создаёт магнитный поток. Этот поток замыкается как через зазор, так и между другими частями магнитной цепи, имеющими различные магнитные потенциалы.
Воздушный зазор , меняющийся при перемещении якоря, называетсярабочим.
Магнитный поток, проходящий через воздушный зазор, также называется рабочим и обозначается . Все остальные потоки, не проходящие через воздушный зазор, называютсяпотоками рассеяния и обозначаются.
Рис. 5.1. Магнитная цепь электромагнита:
1 – якорь; 2 – сердечник; 3 - обмотка
При расчете магнитной цепи решаются две задачи: либо определяют необходимую МДС для создания заданного рабочего потока, либо определяют рабочий поток при известной МДС .
Согласно первому закону Кирхгофа для магнитной цепи алгебраическая сумма потоков в любом узле магнитной цепи равна нулю:
. (5.1)
Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи следует из закона полного тока:
, (5.2)
где – напряженность магнитного поля, А/м;
элементарный участок контура интегрирования, м;
алгебраическая сумма МДС, действующих в рассматриваемом контуре, А.
Учитывая, что магнитная индукция , выражение (5.2) можно записать
или
, (5.3)
где – сечение данного участка магнитной цепи;
–абсолютная магнитная проницаемость участка длиной.
Для воздуха магнитная проницаемость берётся равной магнитной постоянной
Выражение аналогично выражению для активного сопротивления элемента электрической цепи(где- удельная электрическая проводимость материала проводника). В этом случае выражение (4.3) можно записать в виде
, (5.4)
где магнитное сопротивление участка длиной
Согласно второму закону Кирхгофа падение магнитного потенциала по замкнутому контуру равно сумме МДС, действующих в этом контуре.
В системе СИ единица абсолютной магнитной проницаемости –, следовательно, единицей магнитного сопротивления является.
Если на отдельных участках то (5.4) можно записать
. (5.5)
По аналогии с электрическим магнитное сопротивление участка конечной длиныможно представить как
(5.6)
где удельное магнитное сопротивление единицы длины магнитной цепи при сечении, также равном единице, м/Гн.
При расчетах магнитных цепей часто используют величину, обратную магнитному сопротивлению, – магнитную проводимость:
В этом случае уравнение (5.5) принимает вид
.
Для простейшей неразветвленной цепи
или
. (5.7)
Относительная магнитная проводимость, часто используемая в расчетах магнитных цепей, определяется . В рабочем зазоре поток проходит через воздух, магнитная проницаемость которого не зависит от индукции и является постоянной, равной.
Для прямоугольных и круглых полюсов при малом зазоре поле приближенно можно считать равномерным и магнитную проводимость легко определить по формуле:
, (5.8)
где сечение потока в зазоре;
длина зазора.
Индуктивность катушки электромагнита (см. рис. 5.1) без учета сопротивления стали определяется по формуле
, (5.9)
где МДС катушки;
удельная магнитная проводимость, Гн/м;
- магнитная проводимость ;
число витков катушки;
ток в катушке,.
Полная МДС катушки с учетом магнитного сопротивления стали и потоков рассеяния определяется
(5.10)
где магнитный поток в зазоре,;
напряженность магнитного поля на участке ,;
длина i-го участка магнитопровода;
магнитное сопротивление зазора; .
Ток в обмотке электромагнита постоянного тока при неподвижном или медленно перемещающемся якоре не зависит от индуктивного сопротивления обмотки, а зависит только от ее активного сопротивления .
В цепях переменного тока ток в катушке в основном зависит от индуктивного сопротивления, которое изменяется при перемещении якоря.
Магнитное сопротивление магнитопровода при работе на переменном токе зависит не только от магнитной постоянной , длинны участка проводникаи площади сечения, но и от потерь в стали и наличия короткозамкнутых обмоток. С целью уменьшения потерь магнитопровод аппаратов переменного тока выполняется шихтованным.
Рассмотрим простейшую цепь электромагнита без учета магнитного сопротивления стали и потерь в ней (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Магнитная цепь электромагнита переменного тока
Причем показанная на рис. 5.2 короткозамкнутая обмотка не влияет на работу электромагнита (ключ К разомкнут).
Уравнение электрического равновесия для обмотки выглядит следующим образом:
, (5.11)
где идействующие значения напряжения и тока соответственно.
Используя выражения иуравнение (5.11) можно записать в виде
. (5.12)
Учитывая, что <<<, можно записать, чтои так как
, (5.13)
то величина магнитного потока будет зависеть от величины приложенного напряжения и частоты
, (5.14)
где амплитудное значение потока.
Следовательно, при принятых допущениях магнитный поток не зависит от рабочего зазора и при неизменном напряжении является постоянным (рис. 5.3, кривая 1).
При из (5.12) и (5.13)
. (5.15)
Откуда следует, что с ростом зазора уменьшается индуктивное сопротивлениеза счет чего при постоянном действующем значении напряжения происходит рост тока (см. рис. 5.3, кривая 3). Если учесть активное сопротивление (при условии), то с ростом зазора ток будет расти, а потокбудет уменьшаться (см. рис. 5.3, кривая 2 и 4).
. (5.16)
Рис. 5.3. Зависимость магнитного потока и тока от рабочего зазора
Из (5.16) следует, что с ростом рабочего зазора поток уменьшается, как это имеет место и в цепи постоянного тока. Однако в магнитных цепях переменного тока уменьшение потока является следствием роста падения напряжения на активном сопротивлении обмотки, а в цепи постоянного тока - роста магнитного сопротивления воздушного зазора.