9. Динамика электромагнитов

9.1. Общие сведения.

До сих пор рассматривались тяговые характеристики электромагнитов при заданных значениях воздушных зазоров и неизменных значениях намагничивающей силы. Такие характеристики носят название статических характеристик. Однако, законы изменения тока и потока в зависимости от зазора, при неподвижном якоре и при его движении, отличаются друг от друга.

Для электромагнита в любой момент времени справедливо уравнение равновесия напряжений следующего вида

. (278)

Если не учитывать насыщение стальных участков магнитной цепи, то при неподвижном якоре (до начала движения) магнитная проводимость зазора не изменяется, следовательно, и . Тогда, уравнение (269) имеет вид

. (279)

При движении якоря , следовательно, индуктивность L также будет изменяться и .

На работу электромагнита оказывают влияние также вихревые токи и явления гистерезиса, которые возникают при изменении тока в катушке.

Характеристики электромагнитов, полученные с учетом всех этих факторов, называются динамическими характеристиками. Они определяют процессы, которые происходят в электромагнитах при неустановившихся режимах. Динамика занимается исследованием процессов срабатывания и возврата электромагнитов во времени. Это необходимо для расчета времени срабатывания и отпускания.

За время срабатывания электромагнитов принимают продолжительность действия от момента подачи импульса срабатывания до момента окончания перемещения якоря из одного крайнего положения в другое. Это время можно разделить на две составляющие: время трогания и время движения

. (280)

Временем трогания называется, промежуток времени от момента подачи импульса срабатывания до момента начала движения якоря.

Временем движения называется, промежуток времени от начала движения якоря до полной его остановки.

9.2. Процесс срабатывания электромагнита постоянного тока.

Для электромагнита с параллельно подключаемой к источнику питания катушкой справедливо уравнение (269), а именно:

.

До начала движения якоря и , , а зависимость имеет линейный характер. Следовательно, и уравнение (242) принимает вид:

. (281)

Решением этого уравнения будет:

или , (282)

где – установившееся значение тока в катушке; – постоянная времени при срабатывании.

Таким образом, при включении электромагнита на постоянное напряжение и при подвижном якоре, ток в катушке возрастает по экспоненциальному закону. По мере нарастания тока возрастает тяговое усилие в воздушном зазоре, действующее на якорь.

Пока ток мал и сила электромагнита меньше механической, якорь будет оставаться неподвижным (участок «оа» характеристики на рис. 117, а). Якорь начнет свое движение тогда, когда ток в катушке достигнет значения тока трогания i_тр,

. (283)

Отсюда, найдем время трогания

. (284)

Если I_у=I_н , то i_тр=I_нК_з, тогда,

. (285)

здесь – постоянная времени срабатывания электромагнита.

а б в

Рис. 117. Переходные процессы в электромагните

Время трогания увеличивается с увеличением индуктивности катушки и с уменьшением ее активного сопротивления.

Точка «а» на рис. 117, в, соответствует моменту, когда тяговое усилие превышает механическое противодействующее усилие и якорь начнет движение. Оно заканчивается в точке «b» в момент соприкосновения с сердечником. При движении якоря потокосцепление будет изменяться не только за счет изменения тока, но и за счет уменьшения воздушного зазора. Снижение тока при движении якоря определяется противоэлектродвижущей силой, так называемой ЭДС движения, которая возрастает с увеличением скорости движения якоря

. (286)

Так как , то ; (287)

здесь – скорость движения якоря.

Следовательно, . (288)

К концу движения якоря противо-ЭДС большая вследствие нарастания скорости и уменьшения зазора. При неподвижном якоре ток в катушке нарастал бы по пунктирной линии до установившегося значения I_у (рис. 117, а).

Индуктивность системы резко возрасла за счет уменьшения зазора и увеличения проводимости . Вследствие этого потокосцепление также возросло резко до момента соприкосновения якоря с сердечником и в дальнейшем, с ростом тока, меняется незначительно.

Поскольку при движении якоря во всех точках его пути ток в обмотке меньше установившегося значения, то и сила, развиваемая электромагнитом в динамике, значительно меньше чем в статике.