Порядок выполнения работы

Лабораторная работа проводится в следующей последовательности:

1. Собрать схему для испытания клапанного электромагнита

(рис.2.1).

2. При обесточенной обмотке с помощью динамометра измерить

усилия, действующие на якорь при максимальном зазоре δ ; при зазоре,

макс

¹⁸

соответствующем моменту касания контактов δ_к и при минимальном

зазоре δ . При касании контактов усилие изменяется скачком от

мин

значения, равного усилию отключающей пружины при зазоре δ_к , на

величину предварительного усилия контактной пружины. Зазор

измеряется с помощью указателя или калиброванных пластин. Усилие

необходимо привести к оси сердечника по формуле

'

l

l_э

P_пр = P_пр

,

где P_пр - усилие, замеренное в точке закрепления динамометра;

l – расстояние от оси вращения якоря до точки закрепления

динамометра;

l_э – расстояние от оси вращения якоря до середины сердечника.

Рис. 2.1 Клапанный электромагнит: 1 – микрометрический винт; 2 –

динамометр; 3 – якорь; 4 – сердечник; 5 – катушки; 6 – скоба

Результаты измерений свести в таблицу по приведенному ниже

образцу.

¹⁹

Таблица 2.1

Зазор δ , м

Противодействующее

усилие

P_пр, Н

P_пр, Н

δ = δ_к = δ_к = δ =

мин

макс

'

В

Рис. 2.2 Схема подключения клапанного электромагнита

3. Включить выключатель В. Увеличивая с помощью реостата ток катушки, измерить величину тока срабатывания I_ср, напряжение срабатывания U_ср. Отключить выключатель. Снять пружины (отключающую и контактную). Включить В, установить ток I_ср. Установить зазор δ . Динамометром определить величину усилия и момент отрыва якоря от сердечника. Изменяя зазор, повторить измерения.

Аналогичные измерения проводятся для других значений тока.

Измерение усилия P_э проводится к оси сердечника:

l

l_э

P_э^' = P_э

.

Результаты измерений заносятся в таблицу по приведенному ниже

образцу.

Таблица 2.2

δ , м

P_э, Н

²⁰

P_э^', Н

4. Включить схему. Установить зазор δ . Определить усилие для

макс

ряда значений тока. Аналогичные измерения повторить для δ_к , δ .

мин

Результаты измерений занести в таблицу по приведенному ниже образцу.

Таблица 2.3

I, м

P_э, Н

P_э^', Н

5. Подключить милливеберметр к измерительной обмотке,

намотанной на сердечник вблизи полюса. Число витков обмотки W.

Установить ручку милливеберметра в положение «арретир». Установить

зазор δ , установить ток I. Отключить В. Подготовить к измерению

милливольтметр. Включить В и заметить отклонение стрелки

милливеберметра. Магнитный поток в месте расположения измерительной

обмотки определяется по формуле, Вб,

П₂ - П₁

W

Ф = 10^-4 .

Измерение повторить при других значениях тока. Изменить зазор и

повторить измерения. Результаты измерений занести в таблицу по

приведенному ниже образцу.

Таблица 2.4

Зазор δ = .

I, А

П₁, дел

П₂, дел

Ф, Вб

²¹

6. Подключить милливеберметр к переключателю обмоток.

Установить зазор δ , установить ток I. Измерить потоки, поочередно

подключая к милливеберметру измерительные обмотки. Результаты

измерений занести в таблицу по приведенному ниже образцу.

Таблица 2.5

Зазор δ= . Ток I= .

Измеряемые и Номера измерительных обмоток

рассчитываемые

1 2 3 4

величины

П₁, дел

П₂, дел

Ф, Вб

Построить характеристики, снятые по п.п.1-5.

Рис. 2.3 Электромагнит броневого типа: 1 – сердечник (якорь); 2 – корпус;

3

В

– немагнитная втулка; 4 – катушка; 5 – стоп

Рис. 2.4 Схема подключения броневого электромагнита

²²

По методике, изложенной выше, провести испытания броневого

электромагнита с плоскими, коническими и усеченно-коническими

полюсами (рис.2.3), схема подключения которого представлена на рис.2.4.

Контрольные вопросы

1. Что называют противодействующей характеристикой?

2. Что называют тяговой и нагрузочной характеристикой?

3. Как зависит сила тяги электромагнита от величины воздушного

зазора?

4. Как влияет на тяговую характеристику форма полюсов броневого

электромагнита?

5. Объяснить, почему противодействующее усилие в момент касания

контактов изменяется «скачком»?

²³

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: экспериментальное определение характеристик

электромагнита переменного тока с обмоткой напряжения.

Программа работы

1. Снять и построить зависимости тока обмотки от напряжения при

δ =0÷10·10^-3 м. Напряжение менять от 0 до 250 В.

2. Снять и построить зависимость тока от зазора I = f (δ ) при

U_ном =220 В и U = 0.85U_ном .

3. Снять и построить тяговые характеристики P_э = f (δ ) при

U_ном =220 В и U = 0.85U_ном .

4. Снять и построить нагрузочные характеристики электромагнита

P_э = f (I) при δ =var при питании обмотки постоянным током. Величину

токов и зазоров принимать в соответствии с п.2.

5. Снять и построить зависимость магнитного потока от зазора

Ф = f (δ ).

Пояснения к работе

Электромагнит переменного тока имеет ряд особенностей по

сравнению с электромагнитом постоянного тока. Величина тока зависит от

активного и реактивного сопротивления обмотки и определяется по

формуле

U

R² + (ωL)²

I =

,

I – ток обмотки, А;

где

²⁴

U – напряжение, В;

R – активное сопротивление, Ом;

ω – угловая частота, 1/с;

L – индуктивность, Гн.

Если не учитывать потоки рассеяния, выпучивания и насыщения

стали, то индуктивность можно определить как

2 2

S

δ

L = W Λ_δ = W µ₀ ,

где W – число витков обмотки;

Λ_δ – магнитная проводимость воздушного зазора, Гн;

µ₀ – магнитная проницаемость воздуха, Гн/м ( µ₀=1.256·10^-6 Гн/м);

S – сечение полюса, м²;

δ – воздушный зазор, м.

С увеличением зазора вследствие уменьшения индуктивности

обмотки ток увеличивается и стремится к значению U/R.

При малых зазорах (замкнутая магнитная система, якорь притянут)

ток в обмотке имеет наименьшее значение, являясь намагничивающим

током магнитопровода. Этот ток называется рабочим током обмотки I .

раб

Ток в обмотке при начальном положении якоря (якорь

отпущен)

называется

называется пусковым током ( I_пуск ). Отношение I_пуск / I

раб

кратностью тока (находится в пределах от 5 до 15).

В магнитных цепях переменного тока можно считать, что

потокосцепление не меняется при изменении воздушного зазора.

Активное сопротивление обмотки намного меньше реактивного

R << ωL . Если им пренебречь, то напряжение, приложенное к обмотке,

полностью уравновешивается ЭДС самоиндукции и для синусоидальных

величин можно принять:

²⁵

U

4.44 fW

= const ,

Ф =

где Ф – магнитный поток (среднее значение), сцепленный с обмоткой,

Вб;

f – частота, питающего напряжения.

Тогда по формуле Максвелла определится среднее значение

электромагнитной силы:

Ф²

2µ₀S

P_э =

= const .

Следовательно, при принятых допущениях, сила тяги не зависит от

зазора. В действительности, вследствие рассеяния и выпучивания, рабочий

поток в зазоре меньше полного потока. Активное сопротивление обмотки

ограничивает ток, а, следовательно, и поток в системе. Это приводит к

уменьшению силы при возрастании воздушного зазора. Однако тяговая

характеристика электромагнита переменного тока является более пологой,

чем характеристика на постоянном токе.

При синусоидальном изменении потока Ф = Ф_m sinωt

, а

электромагнитная сила, в соответствии с формулой Максвелла равна:

_{⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛1-}

Ф_m Ф_m

⎝ ⎠ ⎝ ⎠

cos 2ωt

2

⎞

⎠

,

⎟

⎜ ⎟_sin² _{ωt =} ⎜ ⎟_⎜

2 2

⎜ ⎟ ⎜ ⎟_⎝

P_э =

2µ₀S 2µ₀S

где Ф_m – амплитудное значение потока.

Как видно сила изменяется (пульсирует) с двойной частотой и состоит из

постоянной составляющей (среднее значение)

2

Ф_m

P_эср =

4µ₀S

и переменной составляющей

P_эпер = P_эср cos 2ωt .

²⁶

Среднее значение силы на переменном токе в два раза меньше, чем

на постоянном. Дважды за период сила изменяется от нуля до максимума.

В момент, когда электромагнитная сила становится меньше

противодействующей, якорь отпадает, затем вновь притягивается.

Возникает так называемая вибрация якоря. Для уменьшения

вибрации применяются КЗ виток (экран), который охватывает часть

полюса.

Снятие тяговой характеристики на переменном токе затруднено тем,

что из-за пульсаций силы и связанной с ней вибрацией якоря, сложно

уловить момент трогания. Поэтому для построения тяговых характеристик

переменного тока можно воспользоваться косвенным методом. Сначала

снимается зависимость тока от зазора при известном напряжении. Затем

снимается семейство нагрузочных характеристик при питании обмотки

постоянным током.

Тяговые характеристики на постоянном и переменном токе

совпадают тем ближе, чем меньше потери электромагнита на вихревые

токи и гистерезис. Далее совмещают полученные нагрузочные

характеристики и зависимость тока от зазора, и, исключая ток, получают

тяговую характеристику.

Например, для зазора δ₁ , при котором снята нагрузочная

характеристика на постоянном токе, определяется ток по зависимости

I = f (δ ) , снятой на переменном токе. По нагрузочной характеристике

P_э = f (I) для этого тока определяется электромагнитная сила P_э ,

соответствующая зазору δ₁ при питании обмотки переменным током.

Аналогично определяется сила для других зазоров.