Электромагниты переменного тока

Тяговая характеристика. Якорь ЭМ притягивается к сердечнику при подаче в обмотку как постоянного, так и переменного тока. Считая поток в магнитопроводе синусоидальным, что справедливо при синусоидальном напряжении на зажимах обмотки с пренебрежимо малым активным сопротивлением, по формуле Максвелла найдем выражение для тягового усилия:

где Ф_δ — магнитный поток в воздушном зазоре;

S — поперечное сечение воздушного зазора;

ω — круговая частота питающего тока;

Q_Tmax – амплитуда тягового усилия, неизменного по знаку и пульсирующего с удвоенной частотой (рис.6).

Притяжение якоря определяется средним значением тягового усилия Q_Tmed, т.е. его постоянной составляющей (см. рис.6, а). Пульсирующее тяговое усилие можно представить в виде двух составляющих следующим образом:

где — постоянная составляющая, т.е. среднее значение тягового усилия;

— переменная составляющая.

Из сравнения Q_Tmed и Q_T следует, что при Ф_mах = Ф_δ постоянная составляющая тягового усилия ЭМ переменного тока в два раза меньше тягового.усилия ЭМ постоянного тока. Значит в общем случае ЭМ постоянного тока при прочих равных условиях развивает большую силу притяжения, чем ЭМ переменного тока.

Если при постоянном (установившемся) напряжении

то при переменном напряжении, так как от δ зависит индуктивность L,

где F— тяговое усилие;

w — число витков в обмотке;

U— напряжение питания магнита;

z — полное сопротивление обмотки;

R — активное сопротивление обмотки;

δ — воздушный зазор.

Разной зависимостью от δ объясняется различие статических тяговых характеристик ЭМ постоянного и переменного токов, показанных на рис. 7, б. Если тяговая характеристика 1 электромагнита постоянного тока круто поднимается с уменьшением 5, то тяговая характеристика 2 электромагнита, работающего на пе­ременном токе, более пологая из-за роста индуктивности обмот­ки. Если R = 0, то согласно второму закону Кирхгофа приложен­ное к обмотке напряжение уравновешивается только ЭДС само­индукции (е), т.е.

U = U_max sinωt = — е = wdФ/dt.

Рис.7. Магнитный поток и тяговые усилия ЭМ (о), тяговые характеристики ЭМ постоянного (кривая 7) и переменного (кривые 2, 3) токов (б) и схема экрана для устранений вибраций якоря (в)

При Umax = const и, следовательно, Ф_mах = const и Ф_mах ≠ f(t) тяговая характеристика ЭМ имеет вид горизонтальной прямой 3. Таким образом, форма тяговой характеристики ЭМ переменного тока зависит от соотношения активного R и индуктивного X_L сопротивлений цепи его обмотки.

Способы устранения вибрации якоря. Как видно из рис.7, а, в некоторые моменты времени тяговое усилие Q_T- обращается в нуль. При наличии противодействующей силы Q_мex, изменяющейся в соответствии с механической характеристикой ЭМ и стремящейся оторвать якорь от сердечника, это может привести к вибрации якоря: когда Q_мех > Q_T якорь отходит от сердечника, а при Q_T > Q_мех снова притягивается. Если f = 50 Гц, то якорь совершает 100 колебаний в секунду, что приводит к повышенному механическому износу и возникновению шума.

Эффективными средствами снижения вибрации якоря являются уменьшение пульсации тягового усилия с помощью магнитных экранов (короткозамкнутых витков), охватывающих часть сечения сердечника, и использование многофазных ЭМ.

На рис.7, в приведена конструкция части магнитопровода ЭМ с экраном и показаны направления магнитных потоков при убывании основного потока Ф. Тогда в соответствии с принципом Ленца поток Фк, создаваемый током, наведенным в экране (Э) правым потоком Фпр, будет направлен согласно с правым потоком Фпр, т.е. Ф₂ = Фпр + Фк и Ф₁ = Флев - Фк, где Ф₁ Ф₂ — суммарные потоки в воздушных зазорах.

Для того чтобы исключить вибрацию якоря, можно также использовать двух- или трехфазный электромагнит с токами в катушках, сдвинутыми по фазе.

Если с якорем сочленены инерционные механизмы, то он утяжеляется, что предотвращает вибрацию с частотой 2ω. Однако чувствительность ЭМ при этом снижается.