книги / Электрические аппараты автоматического управления

6П2.1.08

К78

У ДК 621.313(075.8)

ПРЕДИСЛОВИЕ

По электрическим аппаратам автоматического управления отсутствуют единые учебники или учебные пособия, что в нема­ лой степени затрудняет изучение этого курса как на стационар­ ных факультетах, так и особенно на заочных.

Данное пособие предназначено в первую очередь для студен- тов-заочников специальности «Электропривод и автоматизация промышленных установок».

В книге даны расчет магнитных цепей, классификация и ха­ рактеристика электромагнитных механизмов, рассмотрены про­ цессы нагрева и охлаждения элементов аппаратов автоматиче­ ского управления, даны краткие сведения об электрической дуге и способах ее гашения, рассмотрены основные вопросы об элек­ трических контактах аппаратов. Эти разделы являются теорети­ ческими для данного курса.

При изложении материала учитывалось, что для названной специальности этот курс не является профилирующим. Поэтому пособие знакомит студентов только с принципами действия, кон­ струкциями и назначением электрических аппаратов автоматиче­ ского управления: аппаратов распределения энергии низкого напряжения (выключателей, переключателей, предохранителей), аппаратов автоматического и неавтоматического управления (контакторов, магнитных пускателей, тяговых электромагнитов, реостатов, контроллеров и т. п.), реле и датчиков, бесконтактных аппаратов автоматического управления (полупроводниковых при­ боров, магнитных усилителей различных типов, бесконтактных реле, трансфлюксоров, параметронов, триггеров и т. д.)

В процессе рецензирования рукописи автору большую по­ мощь оказали коллективы кафедр «Электрические станции» и «Электрические машины и электропривод» Белорусского поли-

технического института, «Проектирование автоматических при­ водов» Ленинградского механического института и «Техника вы­ соких напряжений и электрические аппараты» Новосибирского электротехнического института, особенно доцент этой кафедры кандидат технических наук Б. Е. Кравчук. Автор выражает им за это глубокую признательность и благодарность.

Все замечания по книге следует направлять по адресу: Минск ГСП, ул. Кирова, 24, издательство «Вышэйшая школа».

§ 1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

Магнитная цепь есть совокупность тел и участков окружаю­ щего пространства, по которым проходит поток магнитной ин­ дукции. По магнитным свойствам все тела в сравнении с пустотой разделяются на диамагнитные и парамагнитные. Те из них, которые имеют магнитную проницаемость меньшую, чем магнит­ ная проницаемость пустоты, получили название диамагнитных, а те, которые имеют большую, получили название парамагнит­ ных. Среди парамагнитных тел особую группу составляют ферро­ магнитные материалы. Таким образом, магнитный поток в общем случае может замыкаться через три среды: диамагнитную, пара­ магнитную и пустоту. Однако на практике приходится иметь дело только с двумя средами, а именно с воздушной и ферро­ магнитной, так как магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных тел, кроме ферромагнитных, принимается равной магнитной проницаемости воздуха — пустоты. Поэтому в даль­ нейшем будут изображаться магнитные цепи, содержащие только воздушную и ферромагнитную среды (стальную), либо одну из них, т. е. воздушную или стальную.

На рис. 1.1 представлена простейшая магнитная цепь, состоя­ щая из воздушной и ферромагнитной сред. При расчете магнит­ ных цепей устанавливается аналитическая зависимость между магнитным потоком и м. д. с. (магнитодвижущей силой), которая должна создать этот магнитный поток в рассматриваемой маг­ нитной цепи.

Аналитическая связь между магнитным потоком и м. д. с. в магнитной цепи устанавливается на основе двух законов Кирх­ гофа для магнитных цепей.

Первый закон Кирхгофа утверждает, что алгебраическая сумма магнитных потоков в точке разветвления равна нулю (рис. 1.2 — точки а и b):

Для точки а можно написать такое равенство:

ф+ а^+ Ф г^О

Ф= —(Ф1+ Ф 2),

где Ф, Ф1 и Ф2 — в б — магнитные потоки.

Второй закон Кирхгофа гласит, что падение магнитного по­ тенциала по замкнутому контуру равно м. д. с., охватываемой этим контуром, т. е. путем, по которому замыкается рассматри­ ваемый магнитный поток (рис. 1.3):

где <&dRM— падение магнитного потенциала, а; IW — м. д. с.— магнитодвижущая сила, а;

/ — замкнутый контур, путь магнитного потока, ж.

Однако следует помнить, что магнитные цепи — цепи нелиней­ ные, а закон Ома имеет силу для линейных электрических цепей и к расчету магнитных цепей, как нелинейных, в общем случае не применим. Тем не менее для установившегося режима магнит­ ной цепи его применять можно.

Связь между магнитной индукцией и напряженностью маг­ нитного поля для ферромагнитных материалов устанавливается с помощью кривой первоначального намагничивания на рис. 1.4,

где Н — напряженность магнитного поля, В — индукция магнит­ ного поля. Для воздушной среды зависимость В от Н выражается формулой

где Цо — магнитная проницаемость пустоты-воздуха.

При расчете магнитных цепей приходится иметь дело не толь­ ко с рабочими магнитными потоками, т. е. теми, которые замы­ каются через рабочий воздушный зазор, но и с потоками, которые не проходят через этот зазор и замыкаются, минуя его. Эти по­ токи называются потоками рассеяния. На рис. 1.5 — Фр — рабо­ чий магнитный поток, Ф.м и Ф«2 — магнитные потоки рассеяния.

Расчет магнитных цепей ведется как с учетом, так и без учета потоков рассеяния.

При расчете магнитных цепей различают прямую задачу, когда задан магнитный поток Ф и необходимо определить м. д. с.— IW, и обратную задачу, если задана м. д. с., а требуется определить магнитный поток Ф.

Прямая задача имеет место при новом проектировании маг­ нитной цепи, обратная в том случае, если магнитная цепь имеется,

т. е. известна м. д. с., и требуется определить магнитный поток, который создает эта м. д. с. в рассматриваемой магнитной цепи.

Прямая задача, как правило, проще, обратная — труднее.

В зависимости от рода тока, которым питается намагничиваю­ щая катушка, различают магнитные цепи постоянного и пере­ менного тока.

§1.2. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА БЕЗ УЧЕТА ПОТОКОВ РАССЕЯНИЯ

Такой расчет допустим только для тороидов (рис. 1.6), имею­ щих малый диаметр стали и равномерную обмотку по всей длине.

На основании второго закона Кирхгофа для рис. 1.6 как одно­ родной магнитной цепи в соответствии с уравнением (1.5) можно написать

Определяется индукция В = - ~ в б/м2.

Затем обращаются к кривой первоначального намагничивания (рис. 1.4) и находят Н. Эта кривая должна быть известна для каждого сорта электротехнической стали [27 и 28]. Далее опре­ деляют / = jtdCp и по уравнению 1.12 и произведению HI находят JW. И таким образом прямая задача решена.

Исходя из конструктивных размеров тороида при известной IW задаются числом витков W и находят ток /. Или задаются током /, а затем находят число витков катушки.

Зная ток /, число витков и сопротивление /?= — , определяют длину и сечение провода катушки.

Обратная задача. Задана IW, найти Ф. Из выражения (1.12) находят Н:

IW

Н = —~—; IW и / известны.

По кривой первоначального намагничивания (рис. 1.4) опреде­ ляют В, и тогда G)= BS.

Обратная задача решена.

На рис. 1.7 приведены исходные данные для расчета тороида с воздушным зазором.

Согласно второму закону Кирхгофа для неоднородной маг­ нитной цепи (рис. 1.7), на основании уравнения (1.4) следует

Фб По выражению Вс = — - находят Вс, а затем по кривой перво­

го начального намагничивания (рис. 1.4) определяют Н,- (27 и 28) И /с=ЯС?Ср—б.

Затем по выражению (1.11) определяют Нь'.

Равенство Вь = В(■допустимо лишь в том случае, если можно пренебречь потоками рассеяния и выпучиванием магнитных сило­ вых линий в воздушном зазоре. Такое допущение возможно при

6<0,4г,