Магнитные системы электрических аппаратов постоянного и переменного тока
Магнитная система является одним из основных элементов электротехнических устройств и электрических аппаратов. В магнитную систему входят источники магнитного поля (обмотка с током,
возбуждающая магнитное поле, постоянный магнит) и система маг-нитопроводов из ферромагнитного материала, по которым замыкается магнитный поток.
Магнитные системы нашли широкое применение в аппарато-строении и как элемент привода аппаратов (электромагнитные контакторы, пускатели, реле, выключатели), и как устройство, создающее силы, например, в электромагнитных муфтах и тормозных электромагнитах.
Конфигурация магнитной цепи электромагнитных устройств зависит от назначения аппарата и может быть самой разнообразной однородной и неоднородной, неразветвленной и разветвленной, симметричной и несимметричной.
Неразветвленной магнитной цепью называют цепь, через элементы которой замыкается один и тот же магнитный поток.
В разветвленной магнитной цепи содержатся ветви, в каждой из которых замыкаются свои магнитные потоки.
В однородной магнитной цепи, образованной замкнутым магни-топроводом, магнитный поток находится в однородной среде.
Неоднородной называют магнитную цепь, состоящую из участков, имеющих разные сечения, воздушные зазоры, ферромагнитные тела с различными магнитными свойствами.
Из курса физики известна способность вещества под воздействием напряженности внешнего магнитного поля Н создавать собственное поле, называемое намагниченностью М, которая характеризуется магнитной восприимчивостью %.
Вещества, имеющие высокое значение магнитной восприимчивости, называют ферромагнитными или магнитными. К ним относятся железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), редкоземельные элементы: гадолиний (Gd), диспрозий (Dy) и другие, а также сплавы на базе этих элементов.
Зависимость магнитной индукции В в веществе (материале) от напряженности магнитного поля Н носит нелинейный характер: по мере увеличения напряженности Н индукция В вначале резко возрастает, а затем приближаясь к области насыщения, процесс намагничивания материала замедляется и прекращается, когда резервы ферромагнетика оказываются исчерпанным.
Если элемент магнитной цепи, например, цилиндр из ферромагнитного материала, поместить в однородное магнитное поле, он на-
магничивается. Если после его намагничивания до состояния насыщения внешнее поле убрать (уменьшить до нуля), то цилиндр явится источником магнитного поля за счет намагниченности материала -остаточной намагниченности. Чтобы разрушить эту остаточную намагниченность, нужно создать внешнее поле, направленное противоположно полю, создаваемому цилиндром, для преодоления задерживающей, так называемой коэрцитивной силы Нс, которая стремится сохранить созданную микротоками намагниченность.
![]() |
б) |
Рис. 2.1. Магнитные цепи: а, б - неразветвленная; в - разветвленная
В зависимости от значения коэрцитивной силы Нс все магнитные материалы принято делить на магнитомягкие и магнитотвердые.
Рис. 2.2. Площадь петли гистерезиса
Рассмотрим магнитную цепь на примере клапанной системы, изображенной на рис. 2.3. Подвижная часть магнитной цепи называется якорем 1. Часть магнитной цепи, на которой установлена намагничивающая обмотка 2, называется сердечником 3. Вертикальные и параллельные части магнитопровода 3 и 4 называют стержнями.
Рис. 2.3. Магнитная цепь клапанной системы: 1 - якорь; 2 — намагничивающая обмотка; 3 и 4 — стержни
Намагничивающая обмотка создает магнитодвижущую силу МДС, под действием которой, возбуждается магнитный поток. Этот поток замыкается как через зазор 5, так и между другими частями магнитной цепи, имеющими различные магнитные потенциалы.
Воздушный зазор 5, меняющийся при перемещении якоря, называется рабочим зазором. Соответственно поток, проходящий через рабочий зазор, называется рабочим потоком и обозначается Ф8. Все остальные потоки в магнитной цепи называются потоками рассеяния Фа.
Сила, развиваемая якорем электромагнита, как правило, определяется потоком в рабочем зазоре 5.
Магнитный поток создается током I, протекающим по обмотке катушки. Произведение тока на число витков катушки w определяет намагничивающую силу Iw.
Электромагниты
Электромагниты предназначены для преобразования магнитной энергии в механическую. Они используются для управления различными устройствами и механизмами как элемент привода аппаратов магнитных пускателей, контакторов, реле, как устройство, создающее силы при торможении движущихся механизмов, для удержания деталей на шлифовальных станках, при подъеме (погрузке-разгрузке) металлолома и т. д.
Принцип действия втягивающих электромагнитов (рис. 3.4) заключается в следующем. Постоянный или переменный ток, проходя по катушке 1, создает магнитный поток, который замыкается через сердечник 2 и якорь 3. При воздействии магнитного поля сердечника на якорь последний втягивается в катушку и усилие Fэ, с которым
будет втягиваться якорь, увеличивается с уменьшением зазора 5 между якорем и сердечником; при 5 = 0 усилие Fэ, достигает максимального значения. Ток в обмотке магнитов постоянного тока остается постоянным, так как он зависит только от активного сопротивления обмотки и напряжения питающей сети, которые не зависят от величины воздушного зазора.
![]() | ||||
![]() | ||||
![]() | ||||
![]() |
![]() |
з з |
Рис. 2.4. Втягивающий электромагнит:
1 - катушка; 2 - неподвижная часть магнитопровода;
3 — якорь; 4 — магнитный поток
В электромагнитах переменного тока сила тока с уменьшением зазора 5 понижается. Это объясняется тем, что при наименьшем зазоре 5 индуктивность обмотки, зависящая от величины зазора, будет максимальной. Ток, определяемый активным и индуктивным сопротивлениями, будет минимальным.
Важнейшей характеристикой электромагнита является механическая (тяговая) характеристика (рис. 2.5) представляющая собой зависимость усилия развиваемого электромагнитом Fэ от величины воздушного зазора 5.
![]() |
Рис. 2.5. Механическая характеристика электромагнита
Вид механической характеристики определяется главным образом конструкцией электромагнита, характером изменения зазора 5, жесткостью противодействующей пружины, геометрией магнитной системы.
Ток в обмотке магнитов постоянного тока остается постоянным, так как он зависит только от активного сопротивления обмотки и напряжения питающей сети, которые не зависят от величины воздушного зазора.
В электромагнитах переменного тока сила тока с уменьшением зазора 5 понижается. Это объясняется тем, что при наименьшем зазоре 5 индуктивность обмотки, зависящая от величины зазора, будет максимальной. Ток, определяемый активным и индуктивным сопротивлениями, будет минимальным.
Реле. Электрическим реле называется коммутационное устройство, предназначенное производить скачкообразные изменения в управляемых цепях при заданном значении электрических воздействующих величин.
Реле составляют многочисленную группу электрических аппаратов, применяемых для управления электроприводами станков, механизмов, машин.
В зависимости от параметра срабатывания различают реле напряжения, тока, мощности, частоты и т. д.
К реле предъявляются требования, из которых наиболее важные -надежность срабатывания при изменении питающего напряжения (85-100 %)Uном, высокая механическая и электрическая износоустойчивость.
Принцип действия реле основан на электромагнитном, магнитоэлектрическом или индукционном принципе.
Электромагнитные реле
На рис. 2.6 приведена конструкция электромагнитного реле. Контактная система реле состоит из неподвижных контактов 2, зафиксированных в пластмассовом основании 1, и подвижных контактов на плоских пружинах 3, закрепленных в пластмассовой колодке 5 на якоре электромагнита. Электромагнит содержит магнитопровод 9, сердечник 7, катушку 8 и якорь 4. Магнитопровод крепится к пластмассовому основанию 1 с помощью винта 11.
Подключение реле к внешним электрическим цепям осуществляется выводами 10.
![]() |
2 3 4 5 |
Рис. 2.6. Конструкция электромагнитного реле
Работает реле следующим образом. При подаче напряжения на обмотку катушки якорь реле под действием электромагнитных сил притягивается к сердечнику, осуществляя изменение коммутационного состояния контактов. При отключении напряжения в цепи катушки якорь под действием пружины 6 и плоских пружин замыкающих
контактов возвращается в исходное состояние, а контакты принимают первоначальное положение.
Электротехническая промышленность выпускает различные реле, которые отличаются друг от друга принципом действия, конструктивным исполнением.
В качестве промежуточных применяются также реле серий РП-23, РП-25, РП-321, РП-341, РП-42 и ряд других, которые могут использоваться и как реле напряжения.