Назначение и устройство электромагнитных механизмов постоянного тока

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

д.т.н., проф. О.В. Григораш

«____»____________20__г.

Дисциплина «Электротехника и электроника»

Раздел 2. Электромагнитные устройства, электрические аппараты и электрические

Л е к ц и я № 6

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Цель занятия: Изучить назначение, устройство и особенности работы электромагнитных механизмов электротехнических устройств и контакторов, а также способы и устройства гашения электрической дуги

Назначение и устройство электромагнитных механизмов постоянного тока

Современные системы электроснабжения являются сложным производственным комплексом, все элементы которого участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность ненормальных, в том числе аварийных, режимов работы. В этих комплексах широкое применение нашли самые разнообразные электрические аппараты.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устройства, которые используются для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты и управления электроустановками предназначенных для производства, передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии.

Важными элементами ЭА являются электромагнитные механизмы, которые являются приводами электрических аппаратов: реле, контакторов, автоматических выключателей и т.д. Магнитные цепи ЭА являются принадлежностью электромагнитных механизмов.

Конфигурация магнитной цепи зависит от назначения ЭА и может быть самой разнообразной.

Классификация электромагнитных механизмов:

по способу действия: удерживающие и притягивающие;

по способу включения: с параллельной катушкой и с последовательной катушкой;

по роду тока: постоянного и переменного;

по характеру движения якоря: клапанного типа, с поворотным якорем и прямоходовым якорем (рис.6.1);

по быстродействию: быстродействующие – время срабатывания t_ср < 0,05 с; нормальные - 0,05 < t_ср < 0,15 с; замедленного действия - t_ср> 0,15 с.

Важным элементом электромагнитных механизмов реле являются контакты. От которых зависит качество контактного соединения, и определяются надежность и ресурс работы коммутационных ЭА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Контактом называют зону перехода тока из одной токоведущей части в другую. Соприкасающиеся поверхности контакта называются контактными поверхностями.

Основным показателем контактов является значение переходного (контактного) сопротивления R_к, которое в номинальных условиях находится в пределах от десятых до тысячных долей Ом. Чем меньше переходное сопротивление, тем меньше потери и нагрев контактов. В общем случае переходное сопротивление зависит от силы контактного нажатия, состояния и материала контактов и от температуры.

Основная особенность контактной поверхности - ее шероховатость и наличие оксидной пленки. Наиболее тяжелый режим работы контактов – процесс размыкания. Это объясняется тем, что разрываемая цепь обладает индуктивностью, и при размыкании контактов ток в цепи измениться скачкообразно не может, согласно, закона коммутации. При размыкании контактов может возникать газовый разряд – электрическая дуга.

Минимальные значения напряжения и тока, необходимые для поддержания дугового разряда, для разных материалов различны, для цепей постоянного тока находятся в пределах 15 ¸ 20 В и 0,05 ¸ 0,9 А.

ЭТО ВАЖНО. Для повышения надежности работы контактов в ЭА с большими токами (как правило, более 10 А) применяются дугогасительные устройства. Основными способами гашения дуги, в которых, являются ее растягивание, дробление, охлаждение и т.д.

Широкое распространение получили два типа конструкции контактов рычажные (рис.6.1, а, б) и мостиковые (рис.6.1, в).

Основными элементами магнитной цепи электромагнитных механизмов являются: ярмо 1, сердечник 2, обмотка 3 и якорь 4 (рис.6.1). Важными элементами электромагнитных механизмов являются подвижный и неподвижный контакты 5 и 6 соответственно и возвратная пружина 7 (рис.6.1).

ПРИНЦИП РАБОТЫ. При прохождении тока по катушке создается МДС, под действием которой возбуждается магнитный поток Ф (Рис.6.1, а). Этот поток замыкается через воздушный зазор , что приводит к притягиванию якоря к сердечнику, и соответственно, замыканию контактов. В исходное положение якорь возвращает пружина.

Воздушный зазор, изменяющийся при перемещении якоря, называется рабочим, как и рабочим, называется магнитный поток замыкающийся через воздушный зазор. Магнитные потоки, не замыкающие через воздушный зазор, называются потоками рассеяния.

При большом ходе якоря до 100 мм, в основном применяются электромагнитные системы с прямоходовым якорем, а при малом ходе якоря до 10 мм преимущественно применяются электромагнитные механизмы клапанного типа.

Электромагнитная сила, создающая тяговое усилие электромагнитного механизма постоянного тока, для равномерного поля в зазоре и ненасыщенной магнитной системе определяется по формуле Максвелла

(6.1)

или по формуле

(6.2)

где - магнитная индукция в воздушном зазоре; - площадь поперечного сечения воздушного зазора; m_о – магнитная проницаемость воздуха; I – ток катушки; W - число витков катушки; d - длина воздушного зазора.