3.5. Обмотки электромагнитов постоянного тока (расчет).

В результате расчета магнитной цепи определяется не­обходимая МДС обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуе­мую МДС, а с другой — чтобы ее максимальная темпера­тура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

В зависимости от способа включения различают обмот­ки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряже­ние, приложенное к обмотке, постоянно по своему действу­ющему значению. Во втором — сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.

Расчет обмотки электромагнита постоянного тока. На рис. 5.15 показаны магнитопровод и катушка электро­магнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2. Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданынапряжение U и МДС. Сечение обмоточного провода qнаходим исходя из потребной МДС:

Для расчета обмотки тока исходными параметрами яв­ляются МДС и ток цепи 1_НОМ. Число витков обмотки нахо­дится из выражения

где р — удельное сопротивление;

- средняя длина витка (см.рис.5.15); R — сопротивление обмотки, равное pl_срW/q.

Из (5.38) следует, что при неизменной средней длине витка l_ср и заданном р МДС определяется произведени­ем Uq. Если при неизменном напряжении и средней дли­не витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число вит­ков. Ток в обмотке возрас­тет, так как сопротивление ее уменьшится за счет умень­шения числа витков и увели­чения сечения провода.

По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится ближайший стан­дартный диаметр провода.

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла.

Число витков обмотки при заданном сечении катушки Q₀6 определяется коэффициентом заполнения по меди fм:

где Qоб –сечение обмотки по меди; wq — площадь, зани­жаемая медью обмотки.

ЧИСЛО ВИТКОВ W=f_M Qоб/q

3.6. Динамика электромагнита постоянного тока: изменение тока в обмотке при включении.

Время срабатывания электромагнита — это время с момента подачи на­пряжения на обмотку до момента остановки якоря:

где I_тр — время трогания, представляющее собой время с начала подачи напряжения до начала движения якоря; t_дв — время движения, т. е. время перемещения якоря из положения при зазоре б_н до положения при зазоре б_к,

После включения цепи напряжение источника уравновешивается активным падением напряже­ния и противоЭДС обмотки:

Так как в начальном положении якоря рабочий зазор относительно велик, то магнитную цепь можно считать ненасыщенной, а индуктивность обмотки — постоянной. По­скольку Ф=Li и L=const:

Решение этого уравнения имеет вид

где Iy=U/R — установившееся значение тока; T=L/R — постоянная времени цепи.

Ток обмотки, при котором начинается движение якоря, называется током трогания t_TP, а время нарастания тока от нуля до i_TP — временем трогания t_TP.

Для момента трогания (5.74) можно записать в виде,

Решив (5.75) относительно t_TP получим

Время трогания пропорционально постоянной времени Т и зависит от отношения t_TP/I_y, увеличиваясь с приближени­ем этого отношения к единице.

Как только начинается движение якоря (точка а на рис. 5.21), зазор уменьшается и его магнитная проводимость и индуктивность обмотки увеличиваются, поскольку L=w² . Так как при движении якоря индуктивность из­меняется, то (5.72) примет вид

При движении якоря dL/dt>0, поэтому i и di/dt начи­нают уменьшаться, поскольку сумма всех слагаемых (5.77) равна неизменному значению напряжения источника U. Зависимость тока от времени показана на рис. 5.21. Чем больше скорость движения якоря, тем больше спад тока. В точке Ь, соответствующей крайнему положению якоря, уменьшение тока прекращается. Далее ток меняется по закону где T_l = L_K/R_K — постоянная времени при б=б_и.Начало движения якоря имеет место при i_тр<Iу (рис. 5.21). При движении якоря ток вначале еще немного нара­стает, а затем падает до значения, меньшего Iтр. Таким образом, во время движения якоря, когда зазор меняет­ся от начального б_н до конечного 6_К, ток в обмотке зна­чительно меньше установившегося значения I_у. Поэтому и сила тяги, развиваемая электромагнитом в динамике, зна­чительно меньше, чем в статике при Iy=const.