Лекция № 15 тяговые электромагниты

План:

1. Основные понятия, физические явления в электрических аппаратах.

2. Энергия магнитного поля и индуктивность системы.

3. Работа, производимая якорем электромагнита при перемещении.

4. Вычисление сил и моментов электромагнита.

5. Электромагниты переменного тока.

6. Короткозамкнутый виток.

7. Статические тяговые характеристики электромагнитов.

8. Выбор, применение и эксплуатация тяговых электромагнитов.

15.1 Основные понятия, физические явления в электрических аппаратах

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов равнообразны, они могут быть классифицированы:

1. по способу действия: удерживающие — для удержания тех или иных грузов или деталей (например, электромагнитные столы станков, электромагниты подъемных кранов и т. п.); притягивающие — совершают определенную работу, притягивая свой якорь;

1. по способу включения: с параллельной катушкой — ток в катушке определяется параметрами самого электромагнита и напряжением сети; с последовательной катушкой- катушка включается в силовую цепь, ток в катушке определяется не параметрами электромагнита, а теми устройствами (машины, аппараты), в цепь которых включена катушка;

2. по роду тока: постоянного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от сопротивления ее обмотки и приложенного напряжения, электромагнитная система работает при постоянной МДС; переменного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от индуктивности системы, меняющейся обратно пропорционально воздушному зазору, электромагнитная система работает при постоянстве потокосцеплений;

3. по характеру движения якоря: поворотные — якорь поворачивается вокруг какой-то оси или опоры (рис. 53, а и б); прямоходовые — якорь перемещается поступательно (рис. 53, в и г).

Рйс. 53. Схемы электромагнитов: а, б — с поворотным якорем; в, г — с прямоходовым якорем 1 — скоба; 2 — якорь; 3 — катушка; 4 — сердечник

15.2 Энергия магнитного поля и индуктивность системы

Определим энергию в электромагните при неподвижном якоре и при включении катушки на напряжение постоянного тока. Ток в ней установится не мгновенно, а по некоторой кривой (рис. 54). Приложенное к катушке напряжение U в переходном процессе уравновешивается активным падением напряжения ir и ЭДС самоиндукции е:

U = ir + e.m

(1)

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения потокосцепления обмотки:

((2)

Умножив уравнение (53) на idt и взяв интеграл, получим энергетический баланс электромагнита за время переходного процесса:

-=,

((3)

где Uidt — энергия, поступившая из сети; i²rdt — потери энергий в катушке электромагнита; =W_M — энергия, сообщенная электромагниту.

Таким образом, энергия, сообщенная электромагниту, равна энергии, поступившей из сети, за вычетом потерь в катушке и магнитопроводе.

При установившемся режиме Uidt = i²rdt, т. е. вся поступающая из сети энергия расходуется на потери в катушке.

Говоря о потокосцеплении , следует иметь в виду, что его значение является сложной функцией тока. Зависимость =Ф = f(i) представлена на рис. 55. Она учитывает нелинейность кривой намагничивания для стали и зависит от тока, материала и размеров магнитопровода и воздушного зазора. Запасенная в электромагните энергия на графике пропорциональна площади, ограниченной

= f(t) и осью ординат (заштрихованная площадь).

Как известно, отношение

/I = L,

((4)

где I — ток в катушке; L представляет собой индуктивность системы. Для системы со сталью (кривая 2 на рис. 5-3) индуктивность не является постоянной величиной, а зависит от степени насыщения системы. Каждому значению потоко-сцепления будут соответствовать какая-то индуктивность и определенное значе­ние запасенной энергии, т. е.

WM = ==L,

((5)

откуда L= 2Wм/I².

Рис. 54. Кривая нарастания тока в катушке при включении электромагнита постоянного тока

Рис. 55. Зависимость =f(i); 1 — в цепи без стали; 2 в цепи со сталью