|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы 7-5. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Расчет электромагнитных систем при переменном токе отличается в основном от расчета магнитных систем постоянного тока следующим. При переменном токе и потоке в магнитопроводе за счет явлений гистерезиса и вихревых токов появляются потери энергии. Поэтому не весь ток, текущий по катушке, является намагничивающим. Часть тока идет на покрытие указанных потерь. Значение тока в катушке на переменном токе не равно подведенному напряжению, деленному на сопротивление катушки, как это имеет место при постоянном токе. Значение тока здесь должно быть таким, чтобы число потокосцеплений катушки соответствовало подведенному напряжению. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении катушки, то индуцированная ЭДС е должна быть равна приложенному напряжению U:  Рис. 7-12. Изменение тока и потока при включении электромагнита переменного тока е = towO = и. (7-30) Таким образом, если задано приложенное к катушке напряжение, то тем самым задан поток. По катушке пойдет ток / такого значения, чтобы создать необходимый поток. Допустим, что поток в воздушном зазоре 8 равен и что поток рассеяния отсутствует. Пренебрегая потерями МДС в стали, моЖем написать = f Л = /jwA, (7-31) откуда wA towA (7-32) где Is - часть тока, которая уходит на создание МДС. Согласно (7-32) ток в катушке при принятых допущениях пропорционален величине воздушного зазора. В действительности из-за наличия потоков рассеяния изменение намагничивающего тока происходит медленнее, чем изменение воздушного зазора. В реальных электромагнитных системах аппаратов ток катушки при разомкнутом якоре (йусковой ток) превосходит ток катушки при замкнутом якоре (рабочий ток) в 6-10 раз. Схема изменения тока и потока при включении электромагнита переменного тока показана на рис. 7-12. Потери на гистерезис и вихревые токи являются активными потерями. Составляющая тока, идущая на покрытие этих потерь, будет активной составляющей. Составляющая тока, идущая на создание МДС (7-32), является реактивной составляющей. Таким образом, для цепи катушки имеем (7-33) Расчет электромагнитных систем переменного тока с учетом указанных выше факторов может быть произведен следующим способом. В первом квадранте (рис. 7-13) построим кривую намагничивания В = f (Н). Во втором квадранте из начала координат проведем прямую ON под углом р к оси ординат, где «в Р = arctg (awsBJ В четвертом квадранте построим прямую ОМ под углом а к оси абсцисс, где Rl„ Пц а = arctg- W Пи В третьем квадранте очертим четверть окружности радиусом ОА, равным UJnu. Здесь Пд, Пц, Пц-выбранные масштабы величин В, Н и J7„. Проведем из произвольной точки на оси Н прямую НВ, под углом Y = arctgA,--.
Рис 7-13 К расчету магнитных цепей переменного тока при помощи кривых намагничивания Эта прямая пересечет кривую намагничивания в точке В,. Спроектируем эту точку на ось В„ (точка Bj), а затем на прямую ON (точка Вз), ось (/„ (точка В4) и дугу окружности (точка В5). Точку Hi спроектируем на прямую ОМ (точка Н2), ось (7„ (точка Я3) и дугу окружности (точка Я4). Смещая прямую Я1В1 параллельно самой себе, повторим указанное построение, пока точки Я4 и В5 не совпадут. Найденные при этом значения амплитуды магнитной индукции ОВ2ПВ, амплитуды напряженности поля ОЩпи, амплитуды тока Г„ = ОНзПи/R и угла сдвига фаз ф = ЯзО соответствуют значению Aj, определившему угол наклона прямой HlBi, т.е. какому-то выбранному воздушному зазору. Задаваясь другими величинами зазора, находим соответствующие им значения \,tgy и аналогичным построением определяем В, Я, и ф, 7-6. КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ Катушка является одним из главных элементов электромагнита И должна удовлетворять следующим основным требованиям. 1) обеспечивать надежное включение электромагнита при наихудших условиях, т.е. в нагретом состоянии и при пониженном напряжении; 2) не перегреваться свыше допустимой температуры при всех возможных режимах, j.e. при повышенном напряжении; 3) при минимальных размерах быть удобной для производства; 4) быть механически прочндй, 5) иметь определенный уровень изоляции, а в некоторых аппаратах быть влаго-, кислотно- и маслостойкой В процессе работы в катушке возникают напряжения: мехаиическйе-за счет электродинамических сил в витках и" между витками, особенно при переменном токе; термические - за-счет неравномерного нагрева отдельных ее частей; электрические-за счет перенапряжений, в частности при отключении. При расчете катушки необходимо выполнить два условия. Первое -обеспечить требуемую МДС при горячей катушке и пониженном напряжении. Второе - температура нагрева катушки при этом не должна превосходить допустимую. В результате расчета должны быть определены следующие величины, необходимые для намотки: d - диаметр проволоки выбранной марки; w-число витков; R - сопротивление катушки. По конструктивному исполнению различают катушки: каркасные-намотка осуществлена на металлическом или пластмассовом каркасе; бескаркасные бандажированные - намотка производится на съемном шаблоне, после намотки катушки бандажируется; бескаркасные с намоткой на сердечник магнитной системы. 7-7. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Постоянный магнит представляет собой кусок стали или какого-либо другого твердого сплава, который, будучи намагничен, устойчиво сохраняет защсенну19 часть магнитной энергии. Назначение магнита - служить источником магнитного поля, не меняющимся заметно ни со временем, ни под ъщтжы таких факторов, как сотрясения, изменение температуры, внешние магнитные ПОЛЯ- Постоянные магниты применяются в разнообразных устройствах и приборах: реле, электроизмерительных приборах, контакторах, электрических машинах. Различают следующие основные группы сплавов для постоянных магнитов: 1) мартенситовые стали - углеродистые, вольфрамовые, хромистые, кобальтовые; 2) сплавы на основе стали - никеля - алюминия с добавлением в некоторых случаях кобальта, силиция: альни (Fe,,Al, Ni), альниси (Fe, Al, Ni, Si), магнико (Fe, Ni, Al, Co); 3) сплавы на основе серебра, меди, кобальта. Величинами, характеризующими постоянный магнит, являются остаточная индукция В, и коэрцитивная сила Я. Для определения магнитных характеристик готовых магнитов пользуются кривыми размагничивания (рис. 7-14), представляющими собой зависимость В = / (-Я). Кривая снимается для кольца, которое вначале намагничивается до индукции насьпцения, а затем размагничивается до В = 0. Поток « воздушном зазоре. Для использования энергии магнита необходимо изготовить его с воздушным зазором. Составляющая МДС, затрачиваемая постоянным магнитом на проведение потока в воздушном зазоре, называется Свободной МДС. Наличш воздушного зазора 8 снижает индукцию в магните от В, до В (рис. 7-14) аналогично тому, как если бы по катушке, надетой на кольцо, пропустили размагничивающий ток, создающий напряженность Я. Это соображение положено в основу приведенного ниже способа вычисления потока в воздушном зазоре магнита. При отсутстаии зазора вся МДС расходуется на проведение потока через 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 |