15.5 Электромагниты переменного тока

При синусоидальном переменном токе поток (рис. 57, а) изменяется по закону

Ф = Фm Sint.

((27)

Сила притяжения электромагнита в таком случае будет

Р =

((28)

Обозначим

= Рm

((29)

Тогда

Р = Рт sin^2 t = (1 - cos 2t),

((30)

т.е. сила притяжения Р пульсирует по значению с двойной частотой сети не меняя при этом своего знака (рис. 57,б). Сила притяжения может быть пред-ставлена в виде двух составляющих: постоянной во времени Р' = P_т/2 и изменяющейся во времени по закону косинуса переменной Р'' = cos 2t). Среднее за пе­риод значение силы Р будет P_т/2.

15.6 Короткозамкнутый виток

Если отрывное усилие электромагнита будет Р_отр, то дважды за период в точке А (рис. 57,в) якорь электромагнита будет отпадать, а в точке В — снова притягиваться, т. е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением.

Для устранения вибрации электромагниты переменного тока снабжаются ко-роткозамкнутыми витками (рис. 58, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 — 80%).

Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф₁, который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф₂, который проходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДС е_КЗ и возникает ток i_КЗ, сдвинутый по отношению к е_КЗ, на угол ₀ и определяемый весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем

₀ = 0. Ток i_КЗ возбуждает магнитный поток Ф_кз, который охватывает короткозамкнутый виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф₂, проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во времени по отношению к потоку Ф₁ на угол (рис. 58,б и в).

Рис. 57. Кривые изменения силы притяжения электромагнита переменного тока без короткозамкнутого витка

Сила притяжения электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил P₁ и Р₂ (рис. 58, г). Благодаря сдвигу их во времени общая сила Р пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше Р_отр, чем и исключается вибрация якоря.

Каждая из сил P₁ и Р₂ может быть представлена в виде двух составляющих:

Р1 = - cos 2t;	((31)
Р2 = - cos 2(t-);	((32)

Полная сила

Р = + .

((33)

Р = + - постоянная составляющая;

- переменная составляющая.

Амплитудное значение Р_12т (рис 5-6, д) переменной составляющей

Р12т =

((34)

тогда полная сила

Р = + -

((35)

Как видно из уравнения (35), пульсация зависит от угла сдвига , между потокамиФ₁ и Ф₂. Под пульсацией силы понимают отношение амплитудных значений переменной и постоянной составляющих:

=

((36)

Пульсация будет отсутствовать при Р_12т = 0. Это возможно при одновременном выполнении двух условий:

1. Р_1m/2 = Р_2m|/2, т.е. Ф₁ = Ф₂;

2. 2=, т. е. угол сдвига между потоками Ф₁ и Ф₂ должен быть 90°.

Рис. 58. Принцип работы короткозамкнутого витка в электромагнитных системах переменного тока

В системах с короткозамкнутым витком достигнуть сдвига потоков на 90° практически невозможно. В осуществляемых системах = 50 ... 80°. Минимальное значение пульсации получается при соблюдении первого условия.