Что такое время трогания электромагнита
Перейти к содержимому

Что такое время трогания электромагнита

  • автор:

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

Для электромагнитов, время срабатывания которых должно отличаться от нормального (0,05 — 0,15 с.) в ту или иную сторону, необходимы специальные меры для обеспечения временных параметров. Эти меры могут быть направлены либо на изменение конструкции и параметров электромагнита, либо на применение схемных способов изменения времени срабатывания. В связи с этим эти методы и получили название — конструктивные или схемные методы.

Конструктивные методы уменьшения времени срабатывания

Время трогания элекромагнита. Для уменьшения времени трогания конструктивным способом уменьшают вихревые токи в магнитопроводе электромагнита, которые увеличивают время трогания, так как они демпфируют магнитный поток при его изменении. Для этого магнитопровод электромагнита выполняют из магнитных материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением. В массивных частях магнитопровода выполняют специальные прорези, пересекающие пути вихревых токов. Магнитопровод выполняют шихтованным из листов электротехнической стали.

Время движения электромагнита. Для уменьшения времени движения стремятся уменьшить ход якоря, уменьшить массу якоря и связанных с ним подвижных частей. Уменьшают трение в осях или между подвижными и неподвижными деталями конструкции. Применяют вращение якоря на призме, а не в осях.

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

Схемные методы уменьшения времени срабатывания электромагнита. В тех случаях, когда конструктивные метода малоэффективны или не применимы, используют схемные методы изменения временных параметров электромагнитов. Схемные методы воздействуют только на время трогания электромагнита через его параметры.

Время трогания электромагнита при срабатывании можно уменьшить, если одновременно с увеличением напряжения питания электромагнита ввести в цепь катушки добавочное сопротивление Rд такой величины, чтобы установившееся значение тока в обмотке электромагнита при этом не изменилось, т.е.

Уменьшение времени трогания здесь получается за счет

Недостатком этой схемы является то, что эффект достигается за счет пропорционального увеличения мощности, теряемой в добавочном сопротивлении.

В схеме на рис. 2 последовательно с обмоткой электромагнита включен добавочный резистор, шунтированный конденсатором. Напряжение питания в этой схеме также увеличивается. Однако добавочный резистор подбирается также как и в схеме рис. 1. Форсировка процесса срабатывания здесь получается за счет того, что в первый момент после подачи напряжения незаряженная емкость С создает дополнительный путь для тока. Поэтому за счет тока зарядки конденсатора в обмотке электромагнита ток растет быстрее. Переходный процесс, до момента трогания якоря, в этом случае описывается следующими уравнениями:

Для рассматриваемой схемы существует значение оптимальной емкости, при которой время срабатывания получается минимальным

Недостатком этой схемы является наличие конденсатора, емкость которого обычно значительна.

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

На рис. 3 показана схема форсировки срабатывания, в которую последовательно с обмоткой электромагнита включено добавочное сопротивление, шунтированное размыкающим контактом. Этот контакт связан с якорем. При обесточенной обмотке он замкнут, размыкание происходит лишь в конце хода якоря. В период срабатывания через обмотку протекает переходный ток, установившееся значение которого было бы равно. Но благодаря тому, что якорь притягивается, происходит размыкание контакта К, шунтирующего Rд, и ток нарастает до меньшего установившегося значения, равного U / (R + R д), который должен быть достаточным для удержания якоря электромагнита в притянутом положении. Эта схема может применяться также для уменьшения размеров электромагнита в тех установках, где особенно важно получить их минимальный вес.

Недостатком схемы является наличие размыкающего контакта.

Методы увеличения времени срабатывания электромагнитных механизмов

Для увеличения времени срабатывания электромагнитов используют все общие факторы, приводящие к увеличению, как времени трогания, так и времени движения. Среди этих методов могут быть как конструктивные, так и схемные методы.

Из конструктивных методов, приводящих к увеличению времени движения используются такие факторы как увеличение хода якоря, увеличение веса подвижных частей, мехенические и электромагнитные демпферы. Последние нашли применение в реле, создающих большие выдержки времени, например, реле времени.

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

В случае электромагнитного демпфирования применяют короткозамкнутые обмотки в виде медных (алюминиевых) гильз, насаженных на сердечник магнитопровода (рис. 4). Вихревые токи, появляющиеся в этих гильзах в момент замыкания или размыкания основной обмотки электромагнита, задерживают изменение магнитного потока и создают замедление срабатывания, как при притяжении, так и при отпускании якоря. В последнем случае достигается больший замедляющий эффект, так как при отключении обмотки переходный процесс происходит при притянутом якоре, когда индуктивность системы большая. Поэтому выдержка времени при отпускании якоря в электромагнитах с короткозамкнутыми гильзами может быть получена больше, чем при его притяжении.

Электромагниты с электромагнитным демпфером могут обеспечивать выдержку времени при отпускании до 8-10 с.

Для изменения времени срабатывания электромагнитов схемными методами наиболее распространенными схемами являются следующие.

В тех случаях, когда напряжение питания фиксировано, время трогания при включении может быть увеличено включением добавочного сопротивления Rд последовательно с обмоткой электромагнита. Увеличение времени трогания здесь получается вследствие уменьшения установившегося значения тока в цепи. Вместо резистора можно включить также индуктивность, что увеличивает постоянную времени цепи, не изменяя установившегося тока.

Для увеличения времени трогания электромагнитных механизмов при отключении применяются схемы, приведенные на рис. 5. а) б) в)

Увеличение времени трогания электромагнитных механизмов в этих схемах получается за счет того, что после размыкания цепи в контурах (R,L-Rш), (R,L-VD) (рис. 5 а,б) возникающая в катушке э.д.с. самоиндукции создает ток, который тормозит спадание магнитного потока в электромагните. Задержка времени трогания определяется временем затухания тока в контурах, которое зависит от параметров этих контуров.

В схеме рис.5,в задержка времени трогания электромагнита при отпускании происходит за счет того, что после размыкания цепи заряженная емкость С разряжается в контуре (C,Rш-R,L) и ток разряда задерживает спадание потока в электромагните.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

1.8. Определение времени трогания электромагнита

Время срабатывания электромагнита постоянного тока состоит из времени трогания и времени движения (tср = tтр + tдв). Для обычных электромагнитов tтр  tдв, поэтому ориентировочную оценку времени срабатывания электромагнита можно сделать по времени трогания.

При начальном положении якоря н магнитная цепь электромагнита ненасыщена, тогда

И = LИ i = w 2 G эквi, (33)

G экв – эквивалентная проводимость электромагнита при н.

Для клапанных электромагнитов, если обмотка расположена на сердечнике

если обмотка на основании Gэкв = G + gs l.

Для втяжных электромагнитов

У равнение (32) решаем относительно тока

Движение якоря от начального положения н начнется с момента, когда сила тяги электромагнита станет больше суммарной противодействующей силы F э  F’пн. Электромагнитная сила , при которой начинается движение якоря, называется силой трогания F э тр, а соответственно ток, создающий эту силу, – током трогания Iтр .

Зависимость силы тяги электромагнита и противодействующей силы от зазора для электромагнитов постоянного тока показана на (рис. 6).

Если в уравнение (34) подставить величину тока трогания, то время трогания tтр будет равно

2.Проектирование электромагнита постоянного тока

2.1. Исходные параметры проектирования

Выбор типа магнитной цепи электромагнита зависит от многих факторов:

  1. характера тяговой характеристики, зависящей от назначения электрического аппарата;
  2. вида противодействующей характеристики;
  3. величины коэффициента возврата kв;
  4. величины времени срабатывания или отпускания;
  5. величины потребляемой мощности и т.д.

В основном выбор типа магнитной цепи зависит от заданных при проектировании электромагнита параметров.

Данное пособие дает методику проектирования электромагнитного механизма при слудующих заданных параметрах:

а) начальное тяговое усилие F эн,Н;

б) ход якоря  н, см;

в) температура окружающей среды  0, 0 С;

г) напряжение обмотки электромагнита, U, В;

д) режим включения обмотки (ПВ) – длительный, кратковременный или повторно-кратковременный;

е) материал магнитопровода.

2.2. Выбор типа магнитной цепи

Выбор типа магнтиной цепи электромагнита желательно сделать таким, чтобы масса и габаритные размеры его были минимальными. На основе расчетов и экспериментов получены рекомендации для выбора типа электромагнита (при полезной работе порядка 12Дж) по величине

к онстуктивного показателя Пw который определяется как

Здесь н – начальный зазор, см;

F эн – электромагнитная сила при н, Н.

В табл. 5 даны значения ПК для разрядных электромагитов.

Исходные данные на курсовой проект, позволяют вычислить ПК и выбирать тип магнитопровода [2, 4, 5].

Согласно формуле Максвелла (29), сила тяги электромагнита пропорциональна сечению сердечника. Воздушный зазор пропорционален осевой длине электромагнита, тогда из уравнения (38) получим

где d – диаметр сердечника электромагнита;

l – его длина.

Уравнение (39) показывает, что конструктивный показатель ПК про-порционален отношению габаритных размеров электромагнита.

Зависимости начальной индукции от отношения показаны на рис. 7,а, б, в, г. , и для соответствующего типа электромагнита (ЭМ) определяют оптимальные соотношения (между длиной и высотой катушки) и величину магнитной индукции при начальном зазоре Вн.

Магнитопроводы электромагнитов постоянного тока изготавливают из магнитомягкого материала, наиболее часто применяются стали марки Э и 10, кривые их намагничивания даны на рис. 3.

5. Время трогания и время движения при включении и отключении электромагнитного механизма эа.

После включения обмотки электромагнита происходит нарастание магнитного потока до тех пор, пока сила тяги не станет равна противодействующей силе. После этого якорь начинает двигаться, причем ток и магнитный поток изменяются по весьма сложному закону, определяемому параметрами электромагнита и противодействующей силой. После достижения якорем конечного положения ток и маг­нитный поток будут продолжать изменяться до тех пор, пока не достигнут установившихся значений. Время сраба­тывания электромагнита — это время с момента подачи на­пряжения на обмотку до момента остановки якоря: tср= tтр+ tдв , где tтр — время трогания, представляющее собой время с начала подачи напряжения до начала движения якоря; tдв — время движения, т. е. время перемещения якоря из положения при начальном зазоре δн до положения при конечном зазоре δк.

а) Время трогания. После включения цепи напряжение источника уравновешивается активным падением напряже­ния и противо-ЭДС обмотки: U = iR + dΨ/dt (1).

Так как в начальном положении якоря рабочий зазор относительно велик, то магнитную цепь можно считать не­насыщенной, а индуктивность обмотки — постоянной, по­скольку Ψ=Li и L=const, (1) можно преобразовать: U = iR +Ldi/dt. Решение этого уравнения имеет вид: i = Iу(1 – e t / T ) (2), где Iy= U/R – установившееся значение тока; Т = L/R – постоянная времени цепи.

Ток обмотки, при котором начинается движение якоря, называется током трогания iтр, а время нарастания тока от нуля до iтр— временем трогания tтр. Для момента трогания (2) можно записать в виде i = Iу(1 – e t тр/ T ) отсюда tтр =

Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения iтр/Iу , увеличиваясь с приближением этого отношения к единице. Как только начинается движение якоря (точка а на рис. 5.21), зазор уменьшается и его магнитная проводимость Λδ и индуктивность обмотки увеличиваются, поскольку L= ω 2 Λδ. Так как при движении якоря индуктивность из­меняется, то (1) примет вид U = iR +Ldi/dt +idL/dt (3).

При движении якоря dL/dt>0, поэтому i и di/dt начи­нают уменьшаться, поскольку сумма всех слагаемых (3) равна неизменному значению напряжения источника U. Зависимость тока от времени показана на рис. 5.21. Чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока. В точке b, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается. Далее ток меняется по закону I0 e t / T 1 +Iy(1-e t / T 1 ), где Т1 = Lk/Rk – постоянная времени при δ=δк .

Начало движения якоря имеет место при iтpIy (рис. 5.21). При движении якоря ток вначале еще немного нара­стает, а затем падает до значения, меньшего iтр. Таким образом, во время движения якоря, когда зазор меняет­ся от начального δн до конечного δк , ток в обмотке зна­чительно меньше установившегося значения Iу. Поэтому и сила тяги, развиваемая электромагнитом в динамике, зна­чительно меньше, чем в статике при Iу=const.

б) Время движения якоря электромагнита. Физические процессы в электромагните описываются уравнениями U = iR +/dt ; Pэм dx = d( 2 /2)+Pп­ dx, где Pэм – электромагнитная сила, воздействующая на якорь; dx — путь, пройденный якорем; т — масса подвиж­ных частей, приведенная к зазору; υ — скорость перемеще­ния якоря, приведенная к зазору; Рп — противодействую­щее усилие пружины, приведенное к зазору. Вторым уравнением описывается энергетический баланс в электромагните. Работа, произведенная электромагнитом, затрачивается на увеличение кинетической энергии его подвижных частей и преодоление противодействующих сил. Оба эти уравнения нелинейны и их решение затруднительно.

Ориентировочно определить время движения якоря мож­но с помощью статической тяговой характеристики. На рис 5.22 изображены статическая тяговая характеристика элек­тромагнита Pэм=f(δ) и характеристика противодействую­щей силы Рпр=f(δ). Разность Рэмпр расходуется на со­общение ускорения подвижным частям электромагнита Рэм – Рпр = md 2 x/dt 2 = mυdυ/dx . После интегрирования этой формулы получим 0 х эм – Рпр)dx = 2 /2.

Скорость якоря в точке хода, соответствующей зазору δ1: υ1 = √2mpmδSabcd/m, где mp и mδ – масштабы по соответствующим осям, Sabcd — площадь, пропорциональная работе движущей электромагнитной силы. Зная скорость в любой точке хода, можно рассчитать время движения якоря на всех участках его перемещения.

Если принять участок δн – δ1 за элементарный, то время перемещения по нему якоря

Полное время движения якоря от зазора δн до конечного δк определяется как сумма элементарных времен: tдв = Δt1+ Δt2+… +Δtn. Это время меньше действительного, так как статическая тяговая характеристика Рэм располагается выше динамической (рис. 5.22) Рэм.дин.

После остановки якоря ток начнет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет установившегося значения Iy=U/R. При этом T1>T, поскольку конечный зазор δк меньше начального δн, что сказывается на значении L, оп­ределяющем постоянную времени цепи. Так как в притя­нутом положении якоря зазор δк мал, то возможно насы­щение магнитной системы. При этом закон нарастания тока может отличаться от экспоненциального, что необходимо учитывать при расчете времени установления потока.

Рабочий цикл электромагнита

Работа электромагнита в электромагнитном механизме носит циклический характер. Это определяется тем, что якорь электро­магнита, используемого в качестве привода, совершает поступа­тельное или вращательное перемещение в ограниченных пределах, следовательно, необходимо обеспечивать его возврат в исходное положение.

Первым этапом рабочего цикла (рис.4.12) является процесс сра­батывания электромагнита. Он начинается с момента подачи пита­ния на обмотку электромагнита, когда якорь переходит из своего начального положения в конечное (рис. 4.12, а) и подразделя­ется на период трогания якоря и период движения.

В период трогания ток в обмотке электромагнита на­растает до , обеспечивающего равенство электромагнитной силы силам, противодействующим движению. После этого якорь при­ходит в движение. Время трогания , в течение которого ток на­растает до тока трогания, определяется как схемой включения об­мотки электромагнита и условиями ее питания, так и параметрами самого электромагнита и его нагрузки.

Для одного и того же электромагнита при разной нагрузке (противодействующих движе­нию силах) время трогания будет различно. Характер движения зависит от соотношения движущих (элект­ромагнитных) и противодействующих сил, а также массы движу­щихся частей, трения и т. д.

В период движения при срабатывании совершается та работа, которую должен произвести электромагнит. Ток в обмотке электромагнита в процессе движения якоря, как правило, изменяется (кривая 2, рис.4.12, б). Его изменения связаны как с процессом установления тока в обмотке, который имел бы место при неподвижном якоре (кривая 1, рис. 4.12, б), так и возник­новением противоЭДС, связанной с движением якоря.

Период движения определяет время движения при срабатывании , кото­рое совместно со временем трогания составляет время срабатывания.

После окончания перемещения якоря следует период включенного состояния, в течение которого система находится в покое, а обмотка остается во включенном состоянии. В начальной стадии этого периода ток в обмотке электромагнита нарастает до установившегося значения (кривая 3, рис. 4.12, б), после чего, если не изменяются напряжение питания и сопротив­ление обмотки, ток остается неизменным.

Длительность включенного состояния зависит от требований эксплуатации электромагнита. Температура нагрева, которой достигает обмотка электромагнита в процессе включенного состояния, не должна превосходить допус­тимого значения.

Процесс возврата якоря в исходное состояние, так же как и срабатывание, происходит двумя ступенями. Сначала при отключении обмотки ток спадает до значения тока отпускания , при котором электромагнитная сила становится равной силе, стре­мящейся возвратить якорь в исходное положение. Длительность этого процесса характеризуется промежутком времени , зави­сящим от нагрузки, условий отключения обмотки и от задержива­ющего действия вихревых токов в массивных частях электромаг­нита и короткозамкнутых контурах, если такие имеются. Переме­щение подвижных частей в исходное положение происходит в те­чение времени , которое зависит от ряда факторов и, в первую очередь, от величины отбрасывающих якорь усилий.

Время отпус­кания и время движения в процессе возврата составляют время возврата .

Цикл работы электромагнита завершается периодом от­ключенного состояния, в течение которого обмотка электромагнита остается обесточенной и происходит ее охлаждение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *