Электромагниты

В промышленном электрооборудовании широкое применение получили электромагниты переменного и постоянного тока. Их используют для автоматического управления гидравлическими, пневматическими и другими механизмами, а также в схемах электромеханического торможения электродвигателей [1, 6, 7].

Например, электромагниты осуществляют быстрое перемещение задвижек, кранов, защелок, золотников, приводов вибробункеров, дистанционное переключение пневматических фрикционных муфт и т.д.

Принцип действия электромагнита заключается во взаимодействии магнитного поля, создаваемой катушкой с током и подвижного якоря.

По способу взаимодействия якоря на перемещаемый элемент, электромагнитыразделяют на тяговые и толкающие. На рис. 2.17 показан однофазный электромагнит переменного тока со втяжным якорем.

При протекании тока через катушку 1 возникает магнитный поток, замыкающийся через сердечник 2, склепанный из листов электротехнической стали. При этом возникает сила F,втягивающаяякорь 3, тоже склепанный из листов стали, в катушку. Магнитный поток полностью замыкается через сердечник и якорь. Зависимость силы тяги F, развиваемой якорем, от его хода lназывают тяговой характеристикой электромагнита. Наибольшее допускаемое данным электромагнитом значение хода якоря исоответствующая ей сила тяги электромагнита называются номинальными значениями хода и силы тяги электромагнита.

Рис. 2.17. Однофазный электромагнит Рис. 2.18. Демпферный виток

переменного тока

Тяговая характеристика (рис. 2.19)однофазного электромагнита показывает, что по мере втягивания якоря и уменьшения воздушного зазора между якорем и сердечником сила тяги возрастает и в конце хода в 1,5–3 раза превышает силу тяги в начале хода. При включении электромагнита зазор l между сердечником 2 и якорем3 велик. По этой причине магнитный поток и индуктивность катушки 1 малы. Следовательно, при включении мало и индуктивное сопротивление X_к=2πfL катушки. Поэтому сила тока I_к , протекающего через катушку при ее включении, велика. По мере уменьшения зазора между сердечником 2 и якорем 3 индуктивность катушки возрастает. При этом увеличивается ее индуктивное сопротивление и сила тока после притяжения якоря к сердечнику уменьшается в 5–15 раз. При применении однофазных электромагнитов переменного тока необходимо обеспечить якорю возможность дойти доконца своего хода. Если этому помешает какое-либо механическое препятствие, обмотка электромагнита может быть перегрета увеличенным током.

Рис. 2.19. Тяговая характеристика и ток I_кРис. 2.20. Тяговая характеристика и однофазного электромагнита I_к электромагнита постоянного тока

Для обеспечения гарантии полного хода якорь часто связывают с перемещаемым механизмом пружиной. В этом случае якорь может втянуться до конца хода даже при заклинивании или заедании механизма.

Переменный ток, протекающий через катушку электромагнита, периодически через 0,01 с уменьшается до нуля. Тогда якорь 3 под действием силы тяжести начинает отпадать. Hoвое нарастание тока в катушке 1 вновь притянет якорь 3 к сердечнику 2. Для устранения этих вибраций якоря и сопровождающего их громкого гудения на торец якоря помещают демпферный виток. Он представляет собой медную рамку, охватывающую часть торца якоря (рис. 2.18). Часть переменного магнитного потока якоря Ф₁ пульсирует внутри демпферного витка. При этом в нем как во вторичной обмотке трансформатора, замкнутой накоротко, наводится ЭДС и возникает ток. Этот ток создает магнитный поток Ф₂, не совпадающий по фазе с основным магнитным потоком. Так как эти потоки неодновременно становятся равными нулю, то всегда имеется поток,

удерживающий якорь от отпадания. В результате гудение резко уменьшается. Демпферные витки часто встраивают и в другие части магнитопровода.

При штамповке мелких деталей применяют различные вибротранспортеры. Для создания вибраций часто используют однофазные втяжные электромагниты. В этом случае электромагнит работает без демпферного витка и с зазором между якорем и сердечником. Чтобы ток, потребляемый катушкой, не был при этом чрезмерно велик, ее включают через добавочное сопротивление. Втягивание происходит и при положительном, и при отрицательном полупериоде. Поэтому частота вибраций при питании катушки электромагнита переменным током составляет 100 Гц. Включением в цепь катушки полупроводникового выпрямителя обеспечивают питание пульсирующим током, и частота уменьшается до 50 Гц.

Напряжение питания однофазных электромагнитов от 36 В до 380 В. Тяговые силы, в зависимости от серии, от 4 Н до 250 Н с ходом якоря от 5 до 40 мм. Собственное время срабатывания электромагнитов 0,06 – 0,10 с.

Когда сила тяги однофазных электромагнитов оказывается недостаточной, применяют электромагниты трехфазного тока.

В электрооборудовании применяют также электромагниты постоянного тока серии ЭЛ, изготовленные в толкающем исполнении. Они развивают силу тяги 4,0-100 Н с ходом 5–15 мм. Напряжение питания 24 В.

Электромагниты постоянного тока могут быть использованы также и для главного привода кузнечно-штамповочных машин при штамповке мелких деталей.

Электромагниты постоянного тока могут работать при произвольном зазоре между якорем и сердечником при включенной катушке, допускают большую частоту включений, имеют большую надежность и долговечность, чем втяжные электромагниты переменного тока. Эти электромагниты допускают до 25·10⁶ включений за срок службы. Электромагниты постоянного тока серии МП развивают силу тяги до 40300 Н.

Недостатком электромагнитов постоянного тока является увеличенное время срабатывания и возврата. Это объясняется тем, что при изменении силы тока от нуля (электромагнит выключен) ток, протекающий по катушке, является величиной переменной и вызывает и катушке ЭДС самоиндукции, противодействующую изменению силы тока. Для электромагнитов постоянного тока зависимость силы тяги F от хода якоряlи ток I_к показаны на рис. 2.20. Минимальный зазор между сердечником не дошедшим до упора якорем необходим для обеспечивания размагничивания после отключения катушки электромагнита.

Электромагниты выбирают по роду тока, величине номинального тока и напряжения, допустимому числу включений в час и тяговому усилию.

Тяговое усилие электромагнита:

, (2.12)

где – начальная сила сопротивления нагрузки.

Электромагниты (ЭМ)