Основные характеристики электромагнитов постоянного тока:

1. Тяговая статическая характеристика - зависимость электромагнитной силы от величины зазора Pэм = f(d):

а) при U = const для ЭММ с параллельной обмоткой

б) при I = const для ЭММ с последовательной обмоткой.

Применение формулы Максвелла для электромагнита с двумя зазорами:

Pэм =

эм=

P º к ´ 1/ d² - электромагнитная сила обратно пропорциональна величине зазора.

2. Согласование тяговой характеристики с нагрузкой электромагнита.

Оно производится сопоставлением тяговой характеристики и характеристик противодействующих пружин путём построения в одних осях тяговой характеристики и характеристик противодействующих пружин. Такое согласование даёт возможность сделать заключение о работоспособности электромагнита

d_н - начальный зазор,

d_к - конечный зазор,

Рп - сила противодействующей пружины,

Рпн - начальная сила,

Рп1 - пробивающая сила пружины,

Рп2 - сила контактной пружины, возникает в момент замыкания магнитной системы и начинают действовать силы контактных пружин, обеспечивая провал контактов. Электромагнитная сила при токе срабатывании или напряжении срабатывания Рэм.

Для нормального срабатывания ЭММ необходимо, чтобы тяговая характеристика включений отключений всём диапазоне изменения хода якоря проходила выше противодействующей пружины. Для чёткого возврата, отпускания якоря, необходимо, чтобы тяговая характеристика проходила ниже противодействующих характеристик. Если будет общая точка, то происходит зависание электромагнита.

3. Время срабатывания - это время с момента подачи сигнала (тока или напряжения) на обмотку электромагнита до перехода якоря в конечное положение.

4. Параметры электромагнитов:

4.1. Потребляемая мощность электромагнита в установивщемся режиме (якорь замкнут). Считается, что весь ток идёт на нагрев катушки и в паспорте приводится активная мощность как для последовательной катушки,

так и для параллельной катушки

4.2. Коэффициент запаса - отношение МДС при установившемся режиме к МДС троганья:

4.3. Напряжение (ток) срабатывания, возврата, коэффициент возврата.

Напряжение (ток) срабатывания - это минимальное значение, при котором происходит срабатывание электромагнита.

Напряжение (ток) возврата - это максимальное значение, при котором якорь возвратиться в исходное положение.

Коэффициент возврата - это отношение МДС, при которой происходит возврат якоря к МДС срабатывания:

Динамика срабатывания электромагнитов постоянного тока.

Второй закон Ома

 = i  Lg , где Lg - это динамическая индуктивность (переменная величина в процессе движения якоря).

Момент замыкания магнитной системы.

а) участок 0 - а.

Магнитная система разомкнута, Lg = const .

б) участок а - б.

Якорь движется, зазор  уменьшается, значение динамической индуктивности растёт. Возникает ЭДС самоиндукции, действующая против ЭДС сети и это приводит к снижению тока.

в) магнитная система замкнулась, Lg - стала величиной постоянной.

Время троганья + время движения якоря = время срабатывания.

Для ускорения срабатывания электромагнита стараются уменьшить движение якоря. Это достигается в основном за счёт уменьшения вихревых токов в переходном режиме. Вихревые токи создают магнитный поток согласно закону полного тока, направленный встречно основному магнитному потоку.

В некоторых случаях необходимо сделать замедление времени срабатывания (реле времени). Используют все факторы, увеличивающие время троганья и время движения якоря. Наиболее распространённое положение электромагнита - демпфирование при помощи короткозамкнутых обмоток, надеваемых на полюса сердечника из материалов с малым удельным электрическим сопротивлением. Рассмотрим такую конструкцию.

1 - якорь

2 - сердечник

3 - катушка

4 - возвратная пружина

5 - воздушный зазор

6 - короткозамкнутая гильза

6’- корпус из силумина, в котором находится сердечник, короткозамкнутый виток намотан вокруг магнитопровода.

Вихревые токи, возникающие в короткозамкнутых витках в переменном режиме, задерживают изменение магнитного потока и тем самым создают замедление, как при срабатывании, так и при отпускании якоря. При отпускании якоря замедляющий эффект выше 8-12 раз, чем при срабатывании, так как индуктивность замкнутой системы больше, чем разомкнутой.

io - ток, протекающий по обмотке;

iэ - ток электромагнита, вихревые токи, протекающие по короткозамкнутым виткам.

Поток, создаваемый током, возникающим в короткозамкнутых витках, и основной магнитный поток геометрически складываются. Поэтому результирующий магнитный поток нарастает (спадает) более медленно, чем это было бы без короткозамкнутых витков. В результате время срабатывания и время отпускания якоря увеличивается.

Электромагниты переменного тока.

Наименование параметров и характеристики аналогичны электромагнитам постоянного тока. Основное отличие в характере силы тяги электромагнитов переменного тока, так как ток, протекающий по катушке, изменяется по синусоидальному закону, то и магнитный поток также синусоидален. Поэтому электромагнитная сила также изменяется по гармоническому закону:

P_эм =

Ф = Ф_m sin (t)

sin²t = 1/2 (1- cos 2t)

Р_эм = т.е. мгновенное значение силы пульсирует с двойной частотой. Среднее значение силы вычисляется следующим образом:

P_ЭМ  dt = P_m / 2

Среднее значение силы Р_ср = Р_m/2.

Чтобы якорь хорошо притянулся необходимо, чтобы среднее значение Р_ср было больше силы противодействующей пружины Р_пр, Но существуют моменты времени, когда Р_пр > P_эм. Тогда якорь старается оторваться от пружины, но не успевает в силу своей инерции. В результате получается вибрация якоря и шум при работе электромагнита переменного тока.

Меры по устранению вибраций:

1. Создание массивного якоря. Недостаток этого мероприятия заключается в том, что увеличивается время срабатывания ЭММ.

2. Использование короткозамкнутых витков, расщепляющих полюс якоря.

На большую часть полюса насаживается короткозамкнутый виток. Поток Ф₂, проходящий под этой частью полюса будет отставать от Ф₁ на 60  65. Средняя сила становиться на всем протяжении больше силы противодействующей пружины и вибрации не происходит.

Сравнение тяговых характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока.

1. При тех же затратах электромагнит постоянного тока развивает усилия в два раза выше, чем электромагнит переменного тока.

2. При движении якоря с уменьшением зазора наблюдается два явления:

2.1. Уменьшается магнитное сопротивление,

2.2. Уменьшается значение тока в катушке якоря в следствие резкого возрастания индуктивного сопротивления.

3. Электромагниты переменного тока могут работать при больших зазорах, чем электромагниты постоянного тока.

Недостатки электромагнитов переменного тока:

1. При заданной площади полюсов средняя сила тяги в два раза меньше, чем у электромагнитов постоянного тока.

2. Требуется реактивная мощность.

3. Электромагнитная сила зависит от частоты.

4. Магнитопровод обязательно выполняется шихтованным, т.е. выполнен из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга.

5. Возникают дополнительные потери в магнитопроводе и короткозамкнутом витке.