Меню

Эдс в электромагнитах постоянного тока



ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При движении провода обмотки якоря в магнитном поле под полюсом провод пересекает линии магнитного поля с индукцией В и в нем по закону электромагнитной индукции индуктируется э.д.с.

l – активная длина провода;

v – окружная скорость якоря.

— длина полюсного деления;

р – число пар полюсов;

D – диаметр якоря.

— площадь полюсного деления;

Учитывая, что якорь состоит из N активных проводов. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей.

Следовательно э.д.с. одной параллельной обмотки

Cэ – постоянный для данной машины коэффициент.

В генераторе Ея вызывает ток Iяи совпадает с ним по направлению. У двигателя Ея направлена против тока Iя и называется противоэ.д.с.

Э.д.с. якоря можно регулировать посредством изменения главного магнитного потока и посредством изменения частоты вращения якоря..

При работе машины в режимах генератор и двигатель направление передачи энергии различное, но природа электромагнитного момента воздействующего на якорь одна и та же.

На каждый из активных проводов обмотки якоря, находящимися под полюсами машины, действует сила

Сумма этих сил создает электромагнитный момент

I – ток одного провода

— постоянный для данной машины коэффициент.

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

Реакцией якоря называется воздействие тока якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря в большинстве случаев – явление нежелательное, искажающие главное магнитное поле.

Пока магнитное поле машины создается только током в обмотке возбуждения (Iя = 0), оно симметрично по отношению к оси сердечников полюсов и под полюсами равномерно. Геометрическая нейтраль совпадает с физической – рис. а)

Геометрическая нейтраль — линия перпендикулярная оси полюсов.

— физическая нейтраль, т.е. линия проходящая через точки, где магнитная индукция =0. Щетки располагаются на геометрической нейтрали.

Как только в обмотке якоря возникает ток, он становится электромагнитом. поле якоря поперечное – рис.б).

При нагрузке машины реакция якоря, воздействует на главное поле, создает результирующее поле.

Линии магнитного поля смещаются по направлению вращения в генераторном режиме или против направления в двигательном – рис. в). Физическая нейтраль смещается по отношению к геометрической.

Искажение магнитного поля под полюсами сопровождается значительным местным повышением магнитной индукции. Мгновенное э.д.с. в секциях обмотки пропорционально этой индукции (при движении). Следовательно искажение поля может вызвать повышение напряжения между соседними пластинами коллектора. Это может привести к возникновению опасных дуговых разрядов.

Для ослабления реакции якоря применяют:

1) увеличивают магнитное сопротивление на пути потока якоря. Воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками делают достаточно большим. Для обеспечения нужного потока необходима соответствующая м.д.с. Увеличение м.д.с. главных полюсов ведет к увеличению габаритов и массы;

2) дополнительные полюса устанавливают на станине и соединяют последовательно с обмоткой якоря через щетки так, чтобы направление напряженности поля дополнительных полюсов было противоположно направлению поля якоря;

3) компенсационная обмотка полностью компенсирует реакцию якоря. Якорь вращается, а его магнитный остается неподвижным. Компенсационная обмотка помещается в специальных пазах главных полюсов и последовательном соединении с обмоткой якоря. Приводит к удорожанию, применяется в крайних случаях.

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Синхронной называется электрическая машина, частота вращения которой связана постоянным соотношением с частотой f сети переменного тока, в которую эта машина включена.

1) генераторы переменного тока промышленной частоты на электрических станциях;

2) двигатели работающие при постоянной частоте вращения;

3) синхронные компенсаторы для получения регулируемого реактивного тока.

Основными частями синхронной машины являются статор и ротор.

Статор состоит из сердечника и обмотки. Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали и укрепленный внутри массивного корпуса. В пазах с внутренней стороны статора размещается в большинстве случаев трехфазная обмотка.

Ротор синхронной машины конструктивно выполняют:

Ротор представляет собой электромагнит.

На роторе располагают обмотку возбуждения, питаемую от источника постоянного тока. Т.о. ротор синхронной машины имеет свой магнитный поток, который определяет его полярность. В этом заключается принципиальное отличие ротора синхронной машины от ротора асинхронной машины, полярность которой всегда определяет полярность статора.

Явнополюсной ротор изготавливается из листовой стали и имеет большое число полюсов, на которых располагается ОВ.

ОВ неявнополюсных роторов закладываются в пазы и создает два полюса ротора.

Читайте также:  Чем понизить зарядный ток аккумулятора

В синхронных электрических машинах с неявновыраженными полюсами частота вращения ротора 3000 об/мин, а с явновыраженными от 100 до 1000 об/ мин.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток.

Источник

Электромагниты постоянного тока

Прежде чем рассматривать электромагниты постоянного тока, необходимо выяснить принцип их работы. Основой всех электромагнитов является соленоид, представляющий собой катушку с намотанными вплотную витками. Длина любого соленоида значительно превышает его диаметр.

Принцип действия

Простейший электромагнит получается в том случае, когда внутрь соленоида помещается стальной сердечник, а через витки пропускается электрический ток. В результате, происходит намагничивание сердечника, который приобретает свойства постоянного магнита. Таким образом, получается электромагнит, в котором стальной сердечник, при отсутствии электрического тока, полностью размагничивается.

Электромагниты постоянного тока

Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, значительно выше поля соленоида. В данном случае, поле сердечника накладывается на поле соленоида и, в конечном итоге, совместное магнитное поле, полученное при воздействии электрического тока, существенно возрастает.

Данное изобретение широко используется в электротехнике в качестве электромагнитов постоянного тока. Основное применение эта конструкция нашла в исполнительных механизмах, чаще всего, в тормозных устройствах различных подъемных механизмов.

Устройство электромагнита постоянного тока

На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками.

В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.

Дополнительные конструкции электромагнита

В большинстве конструкций совпадение якорей по осям обеспечивается с помощью центрирующего узла, представляющего собой вал из немагнитных материалов. Один конец данного вала жестко закрепляется в осевом отверстии первого якоря и имеет возможность перемещаться вдоль. Другой конец вала устанавливается в осевое отверстие второго якоря с применением подшипников скольжения.

Данная конструкция недостаточно надежна, поскольку существует возможность заклинивания свободного конца вала из-за попадания посторонних предметов. Эту проблему решают электромагниты постоянного тока, применяемые в центрирующем узле и обеспечивающие надежную работу вала при заклинивании одного из его концов.

Источник

Основные понятия про электромагниты

Существуют определенные природные материалы и объекты, которые сами по себе обладают магнитными свойствами. Их называют естественными магнитами. Примерами естественного магнитного материала могут служить железные руды, насыщенные магнитными свойствами. Примером же естественного магнитного объекта выступает наша с вами планета Земля.

Естественные, они же постоянные, магниты обладают высокой остаточной магнитной индукцией, что позволяет им сохранять магнитные свойства на протяжении длительного времени.

Однако, более широкое распространение в промышленности, медицине и других отраслях нашли электромагниты — электрические аппараты, в которых магнитным полем можно управлять. В электроэнергетике применяются, кроме прочего, в реле, выключателях, генераторах.

При определенных условиях магнитные поля способны создавать поля электрические. Верно и обратное утверждение. В этом и кроется суть электромагнитов.

Классификация электромагнитов

Принято классифицировать электромагниты (ЭМ) по способу питания на электромагниты постоянного и переменного тока. ЭМ постоянного тока в свою очередь классифицируются на постоянного тока нейтральные и поляризованные. Также существуют ЭМ выпрямленного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока магнитный поток создается обмоткой постоянного тока. Величина магнитного потока зависит лишь от обмотки, не зависит от направления. Если величина тока равна нулю, то магнитный поток и сила притяжения также опускаются практически до величины нуля.

Поляризованные ЭМ постоянного тока характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков — рабочего и поляризующего. Поляризующий поток создается постоянными магнитами или электромагнитами. Рабочий же поток создается под действием намагничивающей силы рабочей обмотки. При отсутствии тока на якорь магнита будет действовать сила притяжения от поляризующего потока. В отличие от нейтральных, в поляризованных электромагнитах их действие зависит не только от величины рабочего потока но и от его направления.

Читайте также:  Пример использования теплового действия электрического тока в быту

В электромагнитах переменного тока обмотка питается от источника переменного тока. Величина и направление магнитного потока изменяется во времени от нуля до максимума.

Далее другие возможные классификации

  • с последовательными (мало витков большого сечения) и параллельными (много витков малого сечения) обмотками
  • работающие в длительном, кратковременном или прерывистом режимах
  • быстродействующие, замедленно действующие и нормально действующие
  • с внешним притягивающим якорем, со втягивающимся якорем, с внешним поперечно движущимся якорем

Устройство электромагнитов

Несмотря на обширное, судя по описанной выше классификации, количество разнообразных вариантов электромагнитов, существуют определенные однотипные узлы, которые встречаются у всех ЭМ.

  • Катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой
  • Подвижная часть электромагнита — якорь
  • Неподвижная часть — ярмо и сердечник

Между якорем и неподвижными частями существуют воздушные промежутки. Так вот, воздушные промежутки бывают полезными и паразитными. Полезные промежутки располагаются по возможному пути движения якоря. Паразитные промежутки лежат за пределами движения якоря.

Также существует понятие полюса. Полюсами называют поверхности магнитопровода, которые ограничивают полезный воздушный промежуток.

Конструктивные формы электромагнитов переменного тока не имеют множества вариантов, за счет того, что сердечник набирается из листов электротехнической стали. Это необходимо для борьбы с вихревыми токами.

Как работает электромагнит

Сам цикл работы ЭМ представляет собой следующую последовательность действий. Сначала в обмотку подается ток такой величины, при которой магнитные силы станут больше, чем силы удерживающие якорь в покое.

Далее произойдет отрыв якоря из состояния покоя и движение якоря в конечную точку полезного промежутка. Это первый этап.

На втором этапе якорь ЭМ подтянут и через него протекает ток. Как известно, ток создает термическое воздействие с течением времени. Поэтому время работы не должно превышать допустимое. На этом этапе сила тяги электромагнита максимальная.

Последний, Третий этап — аналогичен первому — ток уменьшается до нуля, магнитные силы становятся меньше сил, возвращающих якорь в состояние покоя, якорь отпадает. Далее электромагнит остывает.

Если характер его работы периодически повторяющийся, то за время до следующего цикла, ему необходимо успеть остыть.

Сравнение ЭМ постоянного и переменного тока

При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:

    Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ

тока”) будет вдвое меньше, чем в аналогичном на постоянном токе. То есть железо более эффективно используется в ЭМ на постоянном токе (“ЭМ = тока”)

  • Вес. Если же заданными константами являются сила тяги и ход якоря, то для получения электромагнита переменного тока потребуется вдвое больше железа и размеров, чем для ЭМ постоянного тока
  • Реактивная мощность. Если необходимо уменьшить потребляемую мощность “ЭМ = тока”, то достаточно увеличить его размеры. В случае же с “ЭМ

    тока” потребляемая при пуске реактивная мощность не может быть уменьшена путем увеличения размеров ЭМ
    Вихревые токи. В случае с “ЭМ

    тока” магнитопроводы выполняют шихтованными и разрезными для уменьшения влияния вихревых токов. Само же наличие потерь на вихревые токи и перемагничивание вызывает увеличение потребления электроэнергии и лишний нагрев. В случае же с “ЭМ = тока” данный пункт отсутствует

  • Быстродействие. Если взять ЭМ постоянного и переменного тока, то вторые будут более быстродействующие. Однако для “ЭМ = тока” внедряют специальные меры, которые могут сделать их более быстродействующими. При этом “ЭМ = тока” будут потреблять меньше энергии
  • Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ

    тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.

    Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

    Источник

    Электромагниты постоянного тока. Конструкции, уравнения рабочего процесса и основные характеристики электромагнитных преобразователей

    Страницы работы

    Содержание работы

    ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    Электромагниты постоянного тока являются основой многих устройств, применяемых в современной технике. Наиболее широкое применение они находят в электромагнитных механизмах, где используются для преобразования электрической энергии в механическую. Обобщенное название, используемое для них, встречаемое в литературе применительно не только к реле — электромагнитные преобразователи (ЭМП)

    1. КОНСТРУКЦИИ ЭМП

    Наибольшее распространение получили два варианта ЭМП: с внешним притягивающимся якорем и втяжные.

    1. ЭМП с внешним притягивающимся якорем

    Читайте также:  Цепи синусоидального переменного тока электрическая цепь с индуктивностью

    Характерной особенностью ЭМП с внешним притягивающимся якорем является наружное расположение якоря по отношению к катушке. На рис. 1 показаны конструктивные схемы таких ЭМП: одно- и двухкатушечные. Однокатушечные ЭМП (рис. 1, а) проще по конструкции. Якорь вращается на “призме” — ребре торца магнитопровода, представляющего собой скобу, что обеспечивает высокую механическую износостойкость. Двухкатушечные ЭМП (рис. 1, б) несколько сложнее конструктивно, так как в них отсутствует скоба, используемая в однокатушечных ЭМП для вращения якоря на “призме”. Но зато, благодаря развитой поверхности охлаждения обмоток и отсутствию паразитного зазора между якорем и скобой, что является причиной потерь в магнитопроводе, расход меди в них примерно на 20-40% меньше, чем в аналогичных по эксплуатационным параметрам электромагнитах с одной подмагничивающей катушкой.

    Полюсный наконечник, располагаемый на сердечнике ЭМП над катушкой, способствует увеличению тяговой силы ЭМ при начальном положении якоря. Однако, существует оптимальный диаметр полюсного наконечника dп, который зависит от начального значения зазора d и соотношений размеров магнитопровода. При больших зазорах магнитопровод ЭМП, как правило, ненасыщен, поэтому увеличение площади полюсного наконечника приводит к соответствующему увеличению магнитного потока, и тяговая сила увеличивается, как это вытекает из выражения:

    где — тяговая сила двух полюсов;

    — магнитный поток через торцы полюсов;

    — магнитная постоянная ( =4p ×10 -7 Гн/м);

    — магнитная индукция в зазоре между торцами полюсов;

    S — площадь торцов полюсов.

    Дальнейшее увеличение приводит к замедлению роста силы или даже к ее уменьшению, так как при определенном значении потока магнитопровод насыщается, что препятствует росту магнитного потока. Налицо нежелательный отрицательный эффект.

    Увеличение силы удержания при наличии достаточно больших нерабочих зазоров обеспечивает выступ на торце полюсного наконечника (рис. 2). Для уменьшения проводимости между полюсным наконечником и скобой (в однокатушечном ЭМП) или между полюсными наконечниками (в двухкатушечном ЭМП) на них делают срезы (рис. 3). Благодаря этим срезам удается уменьшить потоки рассеивания и, следовательно, увеличить тяговое усилие ЭМП.

    В крупных ЭМП существенное влияние оказывают вихревые токи, возникающие в магнитопроводах как при включении, так и при отключении обмотки, что снижает быстродействие ЭМП. В целях борьбы с потерями на вихревых токах в сердечнике ЭМП его магнитопровод шихтуют — набирают из отдельных пластин, что несколько усложняет процесс изготовления ЭМП, снижает его надежность и износостойкость. Наибольшее демпфирующее (замедляющее) действие на процесс срабатывания оказывают вихревые токи в круглом сердечнике. Для уменьшения их влияния рекомендуется делать на сердечнике разрезы (рис. 4).

    При отключении ЭМП показателями скорости срабатывания являются время отпадания и напряжение отпускания якоря. Для уменьшения времени отпадания якоря и увеличения напряжения отпускания в конструкцию ЭМП вводят немагнитную прокладку (латунную или из лавсановой пленки), увеличивающую зазор между якорем и сердечником, благодаря которой уменьшается остаточный магнитный поток и постоянная времени спадания вихревых токов. Но введение немагнитной прокладки приводит при неизменном ходе к увеличению начального зазора, что влечет за собой некоторое уменьшение тягового усилия в начальном состоянии.

    Рассмотренные ЭМП с внешним притягивающимся якорем используются главным образом в маломощных устройствах, особенно в тех случаях, когда важно получить максимальную чувствительность к управляющим сигналам.

    1.2. Втяжные ЭМП

    Конструктивные схемы втяжных ЭМП приведены на рис. 5. В традиционной конструкции стальной якорь движется внутри немагнитной гильзы (рис. 5, а). Поскольку изготовление достаточно тонкой гильзы сопряжено с серьезными технологическими трудностями, увеличения магнитной проводимости нерабочего зазора между корпусом и якорем достигают за счет увеличения осевого размера этого зазора (высоты воротничка). Два способа увеличения высоты воротничка дали два варианта втяжных ЭМП с разными характеристиками. Если воротничок охватывает якорь вне отверстия катушки, его называют внешним (рис. 5, а). Внутренний воротничок охватывает поверхность якоря внутри отверстия катушки (рис. 5, б) и, таким образом, выполняет функции направляющей гильзы. Немагнитный зазор в этом случае обеспечивают при помощи технологии плакирования, т.е. напыления тонкого немагнитного слоя непосредственно на поверхность якоря. Толщина этого слоя составляет 100-250 мкм и определяется требованиями механической износостойкости ЭМ. Рекомендуется применять наружный воротничок в длинноходовых, а внутренний — в короткоходовых ЭМП.

    Источник