книги / Электрические аппараты. Общий курс

или

в_

(5-96)

Н

где S — площадь полюса;

Gô — проводимость воздушного зазора.

Уравнение (5-96) есть^равнение прямой, проходящей через начало координат во втором квадранте под углом а к оси — H. С учетом масштабов индукции т в и напря­ женности Ши угол а определяется равенством

(5-97)

Так как индукция и напряженность магнитного поля в теле постоянного магнита связаны кривой размагничи­ вания, то пересечение указанной прямой с кривой раз­ магничивания (точка А на рис. 5-25) и определяет состо­ яние сердечника при заданном зазоре.

При замкнутой цепи 6= 0, tg a = o o , а = 9 0 ° и В —

—В 6— Вг.

Сростом в проводимость рабочего зазора и tga уменьшаются, индукция в рабочем зазоре падает, а на­

пряженность поля внутри магнита увеличивается. Магнитные материалы, применяемые для электромаг­

нитных аппаратов постоянного и переменного тока, име­ ют достаточно высокие значения Вг и небольшие значе­ ния Нс. Если в притянутом положении якоря воздушный зазор в магнитной цепи достаточно мал, то после отклю­ чения катушки в рабочем зазоре останется поток Вост, который определяется кривой размагничивания и t g a =

быть достаточной, чтобы якорь остался притянутым. Для избежания этого явления в магнитную цепь вводится не­ магнитный зазор (латунные прокладки, штифты). При этом проводимость Gô уменьшается, точка А спускается

вниз и остаточный поток падает.

Одной из важных характеристик постоянного магни­ та является энергия магнитного поля в рабочем зазоре Wô . Согласно [Л. 1-1], если учитывать что поле в зазоре однородно,

(5-98)

Подставляя значение Н 6 из (5-94), получаем:

Зависимость произведения В (—Я) в функции индук­ ции показана на рис. 5-25. Очевидно, что для точки С, в которой произведение В (—Я) достигает максимального значения, энергия в воздушном зазоре также достигает

щая максимуму произведения В (—Я ), есть точка пересечения с кривой размагничивания луча О/С, прове­ денного через точку с координатами —Я с и Вг.

Рассмотрим более подробно влияние зазора ô на ин­ дукцию В (рис. 5-25). Если намагничивание магнита про­ изводилось при зазоре б, то после снятия внешнего поля в теле магнита установится индукция, соответствующая точке Л. Положение этой точки определяется зазором 6.

Уменьшим зазор до значения ô i< ô , тогда

При уменьшении зазора индукция в теле магнита воз­ растает, однако процесс изменения индукции идет не по кривой размагничивания, а по ветви ч а с т н о й п е т л и г и с т е р е з и с а AMD. Индукция В\ определяется точ­ кой пересечения этой ветви с лучом, проведенным под углом ai к оси — Я (точка D ).

Если мы снова увеличим зазор до значения б, то ин­ дукция будет падать до значения 5, причем зависимость

необходимо знать всю кривую размагничивания, которая для большинства магнитно-твердых материалов хорошо

Данные по магнитно-твердым материалам, применяе­ мым в аппаратостроении, приведены в [Л. 5-11].

б) Определение потока в рабочем зазоре для задан­ ной магнитной цепи. В реальной системе с постоянным магнитом поток в рабочем зазоре отличается от потока в нейтральном сечении (середине магнита) из-за нали­

где Фо — поток в нейтральном сечении; ФВып — поток вы­

Индукцию в нейтральном сечении найдем, опреде­ лив tg а:

ивоспользовавшись кривой размагничивания рис. 5-25. Индукция в рабочем зазоре равна:

же как и в случае электромагнита. Подробно этот метод применительно к постоянным магнитам изложен в [Л. 5-11].

Потоки рассеяния в постоянных магнитах играют значительно большую роль, чем в электромагнитах. Д е­ ло в том, что магнитная проницаемость магнитно-твер­ дых материалов значительно ниже, чем у магнитно­ мягких, из которых изготавливаются системы для электромагнитов. Потоки рассеяния вызывают значи­ тельное падение магнитного потенциала вдоль постоян­ ного магнита и уменьшают м. д. с., а следовательно, и по­ ток в рабочем зазоре.

Коэффициент рассеяния а выполненных систем ко­ леблется в довольно широких пределах (2—5). Расчет коэффициента рассеяния и потоков рассеяния связан с большими трудностями. Поэтому при разработке новой конструкции коэффициент рассеяния а рекомендуется определить на специальной модели, в которой постоян­ ный магнит заменен электромагнитом [Л. 5-12]. Намаг­ ничивающая обмотка выбирается такой, чтобы полу­ чить в рабочем зазоре необходимый поток.

внутренние напряжения, материал приобретает неод­ нородную структуру. В процессе работы материал ста­ новится более однородным, внутренние напряжения ис­ чезают. При этом остаточная индукция Вг и коэрцитив­ ная сила # с уменьшаются. Для борьбы со структурным старением материал подвергается термообработке типа отпуска. При этом внутренние напряжения в материа­ ле исчезают. Его характеристики становятся более ста­

рах и вибрациях магнита. Для того чтобы сделать маг­

магнита перед установкой в аппарат подвергаются та­ ким ударам и вибрации, которые имеют место в эксплу­ атации.

М а г н и т н о е с т а р е н и е — изменение свойств ма­ териала под действием внешних магнитных полей. По­ ложительное внешнее поле увеличивает индукцию по прямой возврата, а отрицательное снижает ее по кри­ вой размагничивания. Для того чтобы сделать магнит более стабильным, его подвергают действию размагни­ чивающего поля, после чего магнит работает на прямой возврата. Из-за меньшей крутизны прямой возврата влияние внешних полей уменьшается. При расчете маг­ нитных систем с постоянными магнитами необходимо учитывать, что в процессе стабилизации магнитный по­ ток уменьшается на 10— 15%.

5-9. Пример расчета электромагнита постоянного тока

Определить параметры обмотки электромагнита постоянного то­ ка, который должен развивать силу F = 350 Н при зазоре 20-10-8 м. Эскиз магнитной цепи представлен на рис. 5-28. Материал магнитопровода сталь марки 10. Напряжение питания 110 В. Поскольку вна­ чале трудно судить о насыщении магнитной системы, проведем при-

ближенный расчет м.д.с. обмотки без учета магнитного сопро'Ёивления стали. Согласно (5-60) имеем:

2F

■у й° * л . ( - ) *

~Ж+ 8 \ I )

Поскольку Ôи d соизмеримы, то при расчете dGô /dô желательно учитывать выпучивание. Для этого G5 рассчитывают аналитически

или по картине поля и проводят графическое дифференцирование. Однако ради упрощения мы выпу­ чиванием пренебрегаем.

Рис. 5-28. Эскиз магнитной це­ пи электромагнита.

==J1,3-103 А.

Проводимость рабочего зазора

Падение магнитного потенциала в якоре

^якоря = HCPZ = 6,25•4 = 27,8 А.

Аналогичный расчет проводим для всех участков цепи. Падение магнитного потенциала на нижней крышке 10,7 А, на нижней части корпуса 19,8 А, на средней части корпуса 4,4 А, на верхней части корпуса 8,85 А, на верхней крышке 10,35 А и на стопе 9,7 А. Полное падение магнитного потенциала в стали 2Iwcт=81,6 А.

Полная м. д. с. обмотки с учетом стали

1т = /до0 + /йУд + 2 /шст = 11 554 А.

Падение потенциала в стали не превышает 10% общей м. д. с. об­ мотки.

Расчет обмотки. Примем, что толщина стенок каркаса 2 мм. Тогда внутренний диаметр обмотки Di=44 мм, внешний диаметр D2= 90 мм, длина катушки /=86 мм.

Согласно (5-39)

Определим допустимое время включения. Положим, что процесс нагрева идет без отдачи тепла. Максимальная допустимая темпера­

Рис. 6-1. Схема МУ на одном сердечнике.

ника дана на рис. 6-2. При прохождении переменного

управления включается балластный дроссель Х$. Рассмотрим вначале соотношения в дросселе при

отсутствии тока управления (цепь управления разомк-

нута). Индуктивное сопротивление обмотки wp равно:

зоне магнитная проницаемость pai= ABi/A#i велика и индуктивное сопротивление дросселя

по сравнению с XPi, поэтому ток в рабочей обмотке оп­ ределяется только индуктивным сопротивлением дрос­ селя и мал по величине.

Подадим в обмотку управления такой постоянный ток управления / у, чтобы перенести рабочую зону пол­ ностью в область 2. В этой области из-за насыщения ма­ териал имеет малую магнитную проницаемость ра2= = А В 2/Д #2. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки дросселя резко уменьшается, что ведет к уменьшению полного сопротивления цепи и возрастанию тока в на­ грузке. Величины Xv2 и RH вибираются таким образом, чтобы XW< R B. Тогда ток в цепи определяется сопротив­ лением самой нагрузки. При этом все напряжение ис­ точника питания приложено к сопротивлению нагрузки.

отдачи, когда ток в нагрузке достигает наибольшего значения.

При плавном увеличении тока управления /у ток в

рис. 6-3. По оси абсцисс отложен ток управления, при­ веденный к рабочей обмотке I'y — Iywy/wp. В линейной