Электромагнита постоянного тока

Полное время сра­батывания состоит из времени трогания и времени движения:

t_ср=t_тр+t_дв

В большинстве случаев основную часть времени сра­батывания составляет вре­мя трогания. Поэтому при ускорении и замедлении сра­батывания воздействуют прежде всего на t_тр.

Допустим, что ток тро­гания не изменяется (неиз­менна сила противодейству­ющей пружины). Рассмот­рим влияние активного со­противления цепи при неиз­менной величине индуктив­ности и питающего напряжения. После включения элек­тромагнита ток в обмотке изменится. Ско­рость нарастания тока равна:

и при t=0

Таким образом, скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи и определяется только питающим напряжением и индук­тивностью цепи. Изменение тока во времени для двух значений активного сопротивления цепи показано на рис.18. Поскольку R₁>R₂, I_y1<I_y2. Обе кривые в на­чале координат имеют общую касательную, так как не зависит от активного сопротивления. Постоянная времени для первого случая Т₁=L/R₁ для второго Т₂=L/R₂, так как R₁>R₂, то T₁<T₂. При уменьшении сопротивления R увеличивается установившийся ток и величина

уменьшается.

Рис.18. Ток в обмотке электромагнита при различном активном сопротивлении цепи.

Можно показать, что логарифм уменьшается быстрее, чем растет постоянная времени Т. В результате t_тр1 > t_тр2 несмотря на то, что T₁<T₂. Чем меньше активное сопро­тивление цепи, тем быстрее будет срабатывать электромагнит.

При уменьшении активного сопротивления обмот­ки растет мощность Р, по­требляемая ею:

P=U²/2.

Для ограничения темпе­ратуры нагрева необходимо развивать у катушки поверх­ность охлаждения, т. е. ее размеры. Увеличение разме­ров обмотки потребует увеличения размеров магнитопровода. Для ограничения размеров электромагнита в настоя­щее время широко применяется форсировка по схеме (Рис.19).

Рис.19. Схема форсировки электромагнита.

В отключенном положении резистор R_доб шун­тирован размыкающим контактом, связанным с якорем электромагнита. После замыкания контакта К малое со­противление обмотки R способствует быстрому нараста­нию тока до тока трогания. После начала движения яко­ря контакт размыкается и в цепь вводится сопротивление R_доб, благодаря чему ограничивается мощность Р, выде­ляемая в обмотке:

Иногда для ускорения срабатывания резистор R_доб шунтируют конденсатором С. В первый момент времени конденсатор уменьшает падение напряжения на этом ре­зисторе, благодаря чему обеспечивается форсировка электромагнита. В установившемся режиме величина то­ка в цепи ограничивается резистором R_доб.

Теперь рассмотрим влияние питающего напряжения на время трогания. При уменьшении питающего напряжения уменьшается установившийся ток, что ведет к увеличению значения При i_тр=I_у время трогания t_тр= . С ростом напряжения время трогания уменьшается в соответствии с уменьшением Зависимость t_тр(U) изображена на рис.20.

Увеличение питающего напряжения без изменения активного сопротивления цепи ведет к ускорению срабатывания, но обмотка электромагнита может сгореть, если при номинальном значении питающего напряжения температура обмотки равна предельно допустимой. В этих случаях рекомендуется при повышении питающего напряжения в цепь включать добавочное сопротивление, чтобы величина установившегося тока оставалась неизменной и равной I_у.

При этом ускорение срабатывания происходит за счёт уменьшения постоянной времени. Величина остаётся неизменной.

На рис.21 показано изменение токов в обмотке электромагнита при неизменном установившемся токе. Кривые показывают, что в данном случае чем больше по­стоянная времени, тем больше время трогания.

При прочих равных условиях увеличение натяжения противодействующей пружины ведет к росту i_тр, при этом t_тр также увеличивается.

Время отпускания электромагнита состоит из времени спадания по­тока до потока отпус­кания, при котором сила электромагнита становится равной противодействующей силе и времени движе­ния при отпускании.

В большинстве случаев вре­мя спада потока при отсутст­вии короткозамкнутых обмо­ток значительно меньше, чем время движения якоря при от­падании. Поэтому в основном считаются со временем движения.

Для создания электромагнитов замедлен­ного действия применяется короткозамкнутая обмотка или гильза. Эскиз электромагнита с короткозамкнутой обмоткой показан на рис.22.

Рис.22. Электромагнит с

магнитным замедлением.

При включении питающей обмотки в магнитной цепи нарастает поток. Этот поток наводит в короткозамкнутой обмотке э.д.с. Последняя вызывает ток такого направ­ления, при котором поток короткозамкнутой обмотки на­правлен встречно намагничивающим. Результирующий поток равен разности этих потоков. Скорость нарастания потока уменьшается, а время трогания увеличивается.

При отключении электромагнита с короткозамкнутой обмоткой можно считать, что ток в первичной обмотке практически мгновенно спадает до нуля из-за быстрого нарастания сопротивления дугового промежутка в отключающем аппарате К.

Изменение потока определяется процессом затухания тока в короткозамкнутой обмотке. При спадании потока в короткозамкнутой обмотке ω₂ наводится э.д.с. и воз­никает ток, направленный так, что поток, создаваемый об­моткой ω₂, препятствует изменению (уменьшению) пото­ка в системе. Замедленное спадание потока создает выдержку времени при отпускании.

При м.д.с., равной нулю, в цепи устанавливается по­ток, определяемый кривой размагничивания материала и воздушным зазором. Этот остаточный поток может создавать силу притяжения, большую, чем сила, развиваемая пружиной. Произойдет залипание якоря. Для устранения залипания ставится немагнитная про­кладка, снижающая величину остаточного потока.