2.1.4. Работа электромагнитных механизмов переменного тока

Обращаясь к описанию работы индуктивной катушки на ферромагнитном магнитопроводе с воздушным зазором, отметим, что в электромагнитных механизмах переменного тока амплитуда магнитного потока Фm почти не зависит от воздушного зазора /в. Это утверждение тем строже, чем меньше потери энергии в обмотке. При этом следует помнить, что действующий ток в обмотке зави­сит от зазора. При включении электромагнитного механизма (пока значение /в велико) ток / в катушке имеет большее значение, чем после срабатывания, когда зазор уменьшается почти до нуля. По­этому задержка движения якоря недопустима, так как

l_пуск >> l_ном.

Важно также помнить, что ток в катушке электромагнитного ме­ханизма, подключенной к источнику переменного синусоидально­го напряжения, отстает по фазе от напряжения U почти на 90°, т. е. для возбуждения магнитного поля необходима реактивная (индук­тивная) мощность Q = UIsinφ.

Если магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре из­меняется по синусоидальному закону Ф(t) = Ф_m sinφ, то мгновен­ное значение силы, притягивающей якорь к ярму, выразится в виде соотношения

F_(t) = sin²ωt`/2μ₀s_в (2.10)

или F_(t) = /4 μ₀s_в - cos(2ωt)/4 μ₀s_в (2.10а)

Следовательно, тяговая сила содержит переменную и постоян­ную составляющие. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей или среднему за период значению тяго­вой силы.

Таким образом, на якорь действует переменная сила, среднее зна­чение которой

F_ср= /4μ₀s_в

Пульсация силы F(t) отрицательно сказывается на работе электромагнитных механизмов переменного тока, вызывая вибра­цию якоря (шум, дребезг).

В однофазных электромагнитных механизмах (электромагнитах) для устранения пульсации силы на якоре размещают короткозамкнутый виток провода (рис. 2.12). Переменный (синусоидальный) маг­нитный поток Ф(t) наводит в короткозамкнутом витке ЭДС e_к. ЭДС e_к сдвинута относительно магнитного потока Ф_m на 90° (рис. 2.13).

Под действием ЭДС e_к возникает ток i_к, положительное направ­ление которого совпадает с направлением ЭДС e_к. На рис. 2.13 ток i_к принят совпадающим с вектором E_к. Магнитодвижущая сила w_кi_к возбуждает магнитный поток Ф_кm, который практически совпадает с током I_к.

Суммарные магнитные потоки Ф_2t + Ф_кt и Ф_1t - Ф_кt (рис 2.12) можно представить в виде комплексных амплитуд

= Ф_1m - Ф_km , = Ф_2м + Ф_км

и соответствующих изображающих векторов на диаграмме рис. 2.13. Из диаграммы рис. 2.13 следует, что результирующие магнитные потоки Ф оказываются сдвинутыми по фазе на угол φ. При этом на якорь, очевидно, начинают действовать две пульсирующие силы F, переменные составляющие которых сдвинуты по времени. В итоге постоянная составляющая результирующей силы возрастает, а пуль­сация уменьшается.

На рис. 2.14 приведены для сравнения экспериментально полученные тяговые характеристики электромагнитных меха­низмов постоянного (кривая 1) и пере­менного (кривая 2) токов. Из сравнения этих характеристик видно, что тяговое усилие Fb электромагнитах переменно­го тока при изменении /в в широких пре­делах изменяется меньше, чем в электро­магнитах постоянного тока.