.
Магнито-полупроводниковые логические элементы Оптикоэлектронные преобразователи Автоматические воздушные выключатели Электромеханические реле

Лабораторные работы по электротехнике

Электромагнитные явления в электрических аппаратах

Магнитная система и материалы ЭА

Магнитная система – это совокупность проводников с током и магнитомягких элементов, предназначенных для создания заданной конфигурации магнитного поля и его значения в определенном месте пространства. Магнитные элементы образуют магнитопровод, который служит для уменьшения магнитного сопротивления потоку и подведения его к тому месту пространства, где поток используется.

Магнитная цепь – это упрощенное представление о магнитной системе и ее магнитном поле, при котором электромагнитные процессы описываются уравнениями, содержащими понятиями: МДС, магнитное напряжение, магнитный поток, магнитная проводимость, магнитное сопротивление. Эти понятия формально аналогичны понятиям: ЭДС, электрическое напряжение, ток проводимости, сопротивление электрической цепи.

Аналогия между электрическими и магнитными цепями формальна. Магнитные цепи большинства магнитных систем ЭА разомкнуты немагнитными зазорами, которые, однако, не прерывают магнитный поток, а только увеличивают магнитное сопротивление на его пути. Изоляционный промежуток в электрической цепи постоянного тока практически прерывает ток. Магнитная проницаемость зависит от потока, а электрическая удельная проводимость практически не зависит от тока (без учета нагрева проводника). Эти отличия делают расчеты магнитных цепей более сложными, чем расчеты электрических цепей.

Для расчета и анализа магнитных цепей постоянного тока используют три закона: первый и второй законы Киргофа и закон Ома для магнитных цепей.

Алгебраическая сумма магнитных потоков Ф в узле магнитной цепи равна нулю

Алгебраическая сумма магнит-ных напряжений на магнитных сопротивлениях любого произ-вольно выбранного контура равна алгебраической сумме МДС действующих в этом контуре

,

mа – абсолютная магнит-ная проницаемость;

 - удельная магнитного сопротивле-ния магнитного мате-риала

При расчете магнитной цепи решается обычно одна из двух задач: прямая и обратная. В прямой задаче известным является магнитный поток Ф (или магнитная индукция В) на некотором участке магнитной системы; требуется определить МДС обмотки F. В обратной задаче задана МДС обмотки, требуется определить поток (или индукцию). Как при прямой, так и при обратной задачах известны также все размеры магнитной системы и материал магнитопровода.

В большинстве случаев расчеты магнитных цепей постоянного тока проводится без учета гистерезиса намагничивания.

При изменении зазора происходит преобразование энергии и обеспечивается функционирование аппарата.

Магнитные материалы

В зависимости от значений коэрцитивной силы ферромагнитные материалы разделяются на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы (технически чистое железо, электротехнические стали, пермаллой) используются в магнитных системах как магнитопроводы, концентраторы магнитных потоков, якори электромагнитов. Эти материалы имеют малую коэрцитивную силу () высокие магнитную проницаемость и индукцию насыщения (m, Вs).

Магнитотвердые материалы имеют большую коэрцитивную силу () и в предварительно намагниченном состоянии используются как постоянные магниты – первичные источники магнитного поля.

Наряду с ферромагнитными материалами применяют ферримагнетики (ферриты) – это полупроводники, в них значительно меньше потери энергии на вихревые токи в переменных полях. Ферриты бывают магнитомягкие (никелевые, марганцевые), так и магнитотвердыми (бариевые, строицевые).

Требования к материалам для магнитных цепей электромагнитов:

1. Магнитное сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости m. Чем она выше, тем при меньшей м.д.с. обмотки и мощности возможно срабатывание магнита, при этом уменьшаются размеры обмоточного окна и всего магнита.

2. Важным параметром материала магнитопровода выступает индукция насыщения Вs тяговое усилие Qт пропорционально квадрату индукции. Поэтому, чем выше Вs, тем больше тяговое усилие электрического магнита при тех же размерах.

3. При обесточивании электрического магнита в магнитной системе существует остаточный магнитный поток Фо, который определяется коэрцитивной силой Нс материала магнитопровода и проводимостью рабочего зазора.

Остаточный магнитный поток может оказаться таким, что произойдет так называемое залипание сердечника. Во избежании этого явления требуется, чтобы материал обладал низкой коэрцитивной силой (узкая петля гистериза).

Для устранения залипания в магнитной системе предусматривают конечный зазор, создаваемый специальными немагнитными прокладками.

Магнитные цепи электрических аппаратов

Магнитной цепью электрического аппарата называется совокупность его элементов, через которые замыкается магнитный поток.

Магнитный поток в аппаратах создается главным образом, обтекаемыми токами, значительно реже применяются постоянные магниты.

Магнитная система состоит из двух основных частей:

- сердечника электрического магнита – неподвижную часть магнитопровода, на которой установлена обмотка;

- якорь электромагнита – подвижная часть магнитопровода.

При подключении катушки электрического магнита к источнику питания часть электрической энергии, получаемой катушкой, превращается в тепловую, а остальная – расходуется на создание магнитного поля.

Магнитный поток, проходящий через якорь, создает электромагнитное усилие, вызывающее притяжение якоря к сердечнику. Таким образом, часть магнитной энергии, сообщаемой катушке электрического магнита, превращается при движении якоря в механическую.

Магнитные системы по роду тока делятся на системы: - постоянного и переменного тока. По способу действия: притягивающие; удерживающие.

Электромагниты Магнит – это источник магнитного поля чаще всего в виде намагниченного ферромагнетика. Электромагнит – это ферромагнитный сердечник из магнитомягкого материала с обмоткой, обтекаемой током.

Электромагниты переменного тока Расчет электромагнитной системы при переменном токе отличается от расчета магнитной системы постоянного тока в следующем.

Способы устранения вибрации якоря Как видно из формулы Qт и рисунке в некоторые моменты времени тяговые усилия Qт обращается в нуль.

Электромагнитные муфты Передачу вращающего момента с ведущего, входного вала на соостный ведомый вал осуществляется с помощью муфт.

Электромагниты порошковые муфты (ЭПМ) Исполнительный орган в таких муфтах – ферромагнитный порошок, заполняющий зазор в электромагнитной системе между ведущей и ведомой ее частями.

Гистерезисные муфты Возможны два варианта исполнения таких муфт: в первом – магнитное поле индуктора создается обмоткой; во втором – постоянным магнитами.

Электромагнитные муфты управления

Контакторы переменного тока Применяются для управления асинхронным электродвигателем с к.з. ротором, для выведения пусковых резисторов, включения трехфазных трансформаторов нагревательных устройств, тормозных электромагнитов и других электротехнических устройств.

Контактор серии МК Работает как в силовых цепях, так и в цепях управления постоянного и переменного тока при U= = 440 В, при U~ = 660 В при частоте 50 и 60 Гц. Имеет П-образный сердечник, шихтованный. Постоянный магнит до 160 А, Uкатушки = 24-220 В. Это комбинированный контактор с тиристорной приставкой.

Назначение, область применения и основные технические данные контакторов


Лабораторные работы по электротехнике