6 Электромагниты

6.1 Назначение и применение электромагнитов, методы расчета.

6.2 Основные положения теории магнитных цепей.

6.3 Сила тяги, статическая тяговая характеристика, механическая характеристика контактора.

6.4 Сила тяги электромагнита переменного тока. Короткозамкнутый виток.

6 ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

6.1 Назначение и применение электромагнитов,

методы расчета

Электромагнит предназначен для создания механической (тяговой) силы притяжения между стальными полюсами за счет магнитного потока, создаваемого обмоткой с током. Очень часто электромагниты применяются как приводные элементы в электрических аппаратах: контакторы, реле, автоматы, электромагнитные муфты и т. д.

Строгое решение задач по расчету электромагнитов получают на основе теории электромагнитного поля. Существуют методы расчета

двух и трех мерных полей с применением ЭВМ (метод конечных элементов

и др.).

Однако в приближенных расчетах применяют методы, базирующиеся на теории магнитных цепей, где применяют схемы замещения подобные электрическим схемам. Решение задач сводят к простейшим формулам, которые получают на основе экспериментов и являются весьма приближенными, могут применяться только при некоторых допущениях для определённой магнитной цепи. Но они дают представление о физике процессов в электромагните.

6.2 Основные положения теории магнитных цепей

Магнитная цепь

Под магнитной цепью понимается устройство из нескольких ферромагнитных тел, которые служат для усиления магнитного поля и образования пути замыкания магнитного потока Ф_М.

На рис. 37 показана магнитная цепь электромагнита, у которого неподвижная часть с обмоткой называется сердечником, а подвижная часть – якорем. δ – рабочий зазор, Ф_δ – рабочий магнитный поток. Ф_σ – потоки рассеяния, все которые не проходят через зазор δ, они равны Ф_σ=Ф_М–Ф_δ. Под действием тока в обмотке и МДС, равной F=Iw, возбуждается магнитный поток Ф_М, который стремится проходить по участкам с высокой магнитной проницаемостью μ.

Основной задачей расчета электромагнита, как правило, является определение МДС катушки по заданному рабочему потоку Ф_δ, который определяется по необходимой тяговой силе N_Э. Возможна и обратная задача.

Характеристики параметров и соотношений магнитной цепи

Таблица 2

Магнитная цепь	Эквивалентное обозначение в электрической цепи
Ф, Вб (В·с) – магнитный поток	I, А – сила тока
B, Тл – магнитная индукция, которая равна B = Ф/S, где S, м^2 – сечение магнитопровода	j, А/м^2 – плотность тока
H, А/м – напряжённость магнитного поля	E, В/м – напряжённость электрического поля
μ = B/H, Гн/м – магнитная проницаемость вещества, μ0 = 4π10^-7, Гн/м – магнитная проницаемость зазора	g0, 1/Ом·м – удельная электропроводность
F = Iw, А – магнитодвижущая сила	U(e), В – напряжение, ЭДС
, 1/Гн – магнитное сопротивление	R, Ом – электрическое сопротивление
, Гн – магнитная проводимость	G, 1/Ом – электрическая проводимость
, м/Гн – удельное магнитное сопротивление	ρ0, Ом·м – удельное электрическое сопротивление

, Вб – потокосцепление обмотки, w – число витков обмотки,

, Гн – индуктивность обмотки, которую можно найти по формуле

(60)

где R_М – магнитное сопротивление с учётом воздушного зазора.

Основные законы магнитной цепи

1 Закон полного тока. Циркуляция вектора напряженности H по замкнутому контуру (полный ток) равна результирующей МДС

действующей в этом контуре

(61)

Для однородного поля

2 Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма магнитных потоков в любом сечении магнитопровода (в узле) равна нулю

(62)

3 Второй закон Кирхгофа. Сумма падений магнитных потенциалов по замкнутому контуру равна сумме МДС, действующих в этом контуре (следует из закона полного тока)

(63)

Когда поток в отдельных участках магнитной цепи не меняется, тогда

(64)

4 Закон Ома для магнитной цепи, приведенной на рисунке 37, без учета потока рассеяния

(65)

где R_М.СТ и R_Мδ – магнитные сопротивления стального сердечника и воздушного зазора.