Электромагниты переменного тока

Расчет электромагнитной системы при переменном токе отличается от расчета магнитной системы постоянного тока в следующем.

При переменном токе и потоке в магнитопроводе за счет явлений гистерезиса и вихревых токов появляются потери энергии. Поэтому не весь ток, текущий по катушке является намагничивающим. Часть тока идет на покрытие указанных потерь.

Величина тока в катушке на переменном токе не равна подведенному напряжению, деленному на омическое сопротивление катушки, как это имеет место при постоянном токе.

Величина тока здесь должна быть такой, чтобы число потокосцепленной катушки соответствовало подведенному напряжению. Если пренебречь омическим падением напряжения в катушке (для обмотки напряжения R << L), то индуцированная Э.Д.С. е должна быть равна

.

Таким образом, если задано приложенное к катушке напряжение, то тем самым задан поток. По катушке течет ток i такой величины, чтобы создать необходимый поток.

Допустим, что поток в воздушном зазоре  равен Ф_, и поток рассеяния отсутствует. Пренебрегая потерями м.д.с. в стали можно записать

‑ часть тока, которая уходит на создание м.д.с.

где W ‑ число витков, S – площадь.

Согласно приведенному выражению при принятых допущениях ток в катушке пропорционален величине воздушного зазора. В действительности из-за наличия потоков рассеяния изменение намагничивающего тока происходит медленнее, чем изменяется воздушный зазор.

С ростом зазора  уменьшается индуктивные сопротивления, при этом ток будет расти, а поток ‑ уменьшаться

.

В реальных электромагнитных системах аппаратов ток катушки при разомкнутом якоре (пусковой ток) превосходит ток в катушке при замкнутом якоре (рабочий ток) в 6-10 раз.

Потери на гистерезис и вихревые токи являются активными потерями. Составляющая тока, идущая на покрытие этих потерь будет активной составляющей. Составляющая тока, идущая на создание м.д.с. является реактивной составляющей. Таким образом для цепи катушки имеем

.

И так, с ростом рабочего зазора в электрическом аппарате как в катушках постоянного, так и переменного тока магнитный поток падает.

Однако, в магнитных цепях переменного тока это является следствием роста падения напряжения на активном сопротивлении обмотки, а в целях постоянного тока – ростом магнитного сопротивления воздушного зазора

Динамика электромагнита

Под инерционностью ЭМ понимают запаздывание перемещения якоря по сравнению с изменениями выходного напряжения. Она определяется отставанием изменения тока в обмотке от изменения приложенного к ней напряжения и механической инерции якоря и связанных с ним подвижных частей.

Динамические свойства ЭМ как элемента дискретного действия характеризуется двумя временными параметрами: временем срабатывания t_ср и временем отпускания t_отп.

Время от подачи входного напряжения на зажимы обмотки ЭМ до полного притяжения якоря ( = _к) называют временем срабатывания - t_ср, а от снятия входного напряжения до возвращения якоря в начальное положение ( = _н) – временем отпускания - t_отп.

где t_дв, - время движения якоря соответственно от _н до _к и наоборот.

Для включения обмотки ЭМ на постоянное напряжение источника справедливо уравнение

Так как при срабатывании ЭМ начальный зазор _н максимален, то до трогания якоря магнитопровод можно считать ненасыщенным и, следовательно, индуктивность обмотки постоянной (L_н = const, где L_н индуктивность при  = _н.

Тогда , решением которого при скачкообразном ступенчатом увеличении входного напряжения от 0 до U служит выражение

,

где - установившееся значение тока в обмотке; - электромагнитная постоянная времени обмотки при  = _н.

Ток i в обмотке увеличивается по экспоненте, пока якорь остается неподвижным.

По достижении i = I_тр тяговое усилие становится больше противодействующего и якорь начинается перемещаться

где I_тр – минимальный ток, обеспечивающий срабатывание.

С начала движения якоря ток перестает нарастать по экспоненте и начинает падать, так как индуктивность обмотки увеличивается

,

где  - число витков; R_ - магнитное сопротивление.

По окончании движения якоря зазор становится минимальным ( = _к), а индуктивность – максимальной.

Ток достигает установившегося значения I_уст, нарастая по экспоненте с большей постоянной времени ( ). При малых скоростях движение якоря ток в катушке может не уменьшаться. При неподвижном якоре нарастание тока происходит по пунктирному участку. Время движения якоря t_дв во многих случаях значительно меньше времени трогания t_тр и часто считается приблизительно постоянным. При таких условиях t_ср зависит в основном от t_тр.