ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава шестая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
А. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ

6.9. ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Многие устройства снабжаются электромагнитами, у которых подвижная часть магнитопровода (якорь) отделена от его неподвижной части воздушным зазором. При подключении намагничивающей обмотки к источнику электрической энергии возбуждается магнитное поле, возникает электромагнитная сила, действующая на якорь, и он, преодолевая силу тяжести, действие пружин и т. п., притягивается к неподвижной части магнитопровода.

Рис. 6.20. К определению подъемной силы электромагнита

В результате перемещения якоря электромагнитное устройство выполняет те функции, на которые оно рассчитано: происходит подъем грузов, растормаживание механических тормозов, переключение контактов коммутационных аппаратов, переключение вентилей в гидравлических системах управления и т. п.

Между работой электромагнитных сил и изменением запаса энергии магнитного поля существует зависимость, по которой можно определить электромагнитные силы, действующие во многих электромагнитных устройствах. Воспользуемся указанной зависимостью для определения тягового усилия F электромагнита (рис. 6.20).

При подключении катушки к источнику электрической энергии происходят весьма сложные процессы: так как катушка 3 обладает индуктивностью, то ее ток после подключения и, следовательно, магнитный поток магнитопровода, энергия магнитного поля и тяговое усилие, действующее на якорь 1, будут возрастать постепенно. Когда тяговое усилие станет больше сил сопротивления движению якоря (силы тяжести, сил сопротивления пружин и т. п.), якорь начнет перемещаться в направлении к неподвижной части магнитопровода 2 с ускорением, зависящим от значений тягового усилия, сил сопротивления перемещению и массы перемещающихся частей; уменьшение воздушного зазора, вызванное перемещением якоря, окажет влияние на характер изменения почти всех перечисленных выше величин; тяговым усилием совершится работа, связанная с перемещением якоря.

Определение тягового усилия с учетом всех перечисленных процессов представляет значительную сложность. Поэтому тяговое усилие определяют часто приближенно, исходя из сле­дующих соображений:

в обмотке и воздушном зазоре существуют соответственно установившиеся значения  тока  I  и  магнитной  индукции Вδ;

при изменении воздушного зазора на dlδ магнитная индукция остается постоянной.

Учитывая последнее, следует считать, что механическая работа, связанная с перемещением якоря, совершается за счет изменения энергии магнитного поля воздушного зазора вследствие уменьшения объема последнего.

На основании этого и имея в виду, что в магнитной цепи (рис, 6.20) два воздушных зазора, можно написать

где Bδ2/2μ0 — энергия магнитного поля в единице объема воздушного зазора; 2dVδ = 2Sδdlδ— изменение объема воздушных зазоров при перемещении якоря на dlδ .

Из (6.18)

Тяговое усилие, приходящееся на один воздушный зазор,

После изготовления и испытания электромагнита, рассчитанного но формуле (6.19) или (6.20), можно ввести необходимые уточнения.

Пример 6.3. Определить магнитную индукцию в воздушном зазоре электромагнита (см. рис 6.20), при которой возникает тяговое усилие F= 240 Н.

Решение. Из  формулы (6.19)

Bδ =	√	Fμ0	=	√	240•4π•10-7	≈ 1 Тл.
		Sδ			15•20•10-6

Определив   магнитную   индукцию,   можно   найти   МДС   катушки и произвести ее расчет.