Электромагнитные системы

Электромагниты (электромагнитные механизмы) предназначены для приведения в действие многих устройств и аппаратов. В них используется явление притяжения между намагниченными ферромагнитными телами и движение ферромагнитных тел в магнитном поле. Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение как элементы приводов аппаратов (контакторы, реле, автоматы, выключатели) и как устройства, создающие удерживающие силы в муфтах, тормозах и подъемных механизмах.

В зависимости от способа создания магнитного потока и характера намагничивающей силы электромагниты подразделяются на три группы:

· Нейтральные электромагниты постоянного тока;

· Поляризованные электромагниты постоянного тока;

· Электромагниты переменного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока. Действие электромагнита зависит только от величины этого потока и не зависит от его направления, а, следовательно, и от направления тока в обмотке электромагнита. При отсутствии тока магнитный поток практически равен нулю и на якорь не действует никакая сила притяжения.

Поляризованные электромагниты характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков: поляризующего и рабочего. Поляризующий магнитный поток в большинстве случаев создается с помощью постоянных магнитов. Рабочий поток возникает под действием МДС рабочей или управляющей обмотки, обтекаемой постоянным током. Действие поляризованного электромагнита зависит как от величины, так и от направления рабочего потока, т. е. от направления тока в рабочей обмотке. В электромагнитах переменного тока магнитный поток периодически меняется по величине и направлению, в результате чего сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой. Для того чтобы электромагнит непрерывно мог удерживать свою нагрузку, прибегают к специальным мерам, которые несколько усложняют его конструкцию, увеличивают размеры и массу.

Несмотря на многообразие встречающихся электромагнитов, все они состоят из органа, воспринимающего сигнал, — намагничивающей (включающей) катушки 1; исполнительного органа — подвижного магнитопровода (якоря) 4; неподвижного магнитопровода (сердечника 2, ярма 5); корпуса; пружин и узлов, удерживающих и фиксирующих якорь и катушку; различных тянущих, толкающих и крепежных деталей (рис. 1.2.1, а).

Якорь отделяется от остальных частей магнитопровода рабочим и паразитным зазорами и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электромагнитное усилие, передает его деталям приводимого в действие механизма.

Электромагниты классифицируются также по способу действия, роду тока, способу включения намагничивающих катушек в цепь, характеру работы, скорости действия, роду движения якоря и конструкции магнитной цепи.

Рис. 1.2.1. Элементы конструкции электромагнита: а — с поворотным якорем; б — с втягивающим якорем

По способу действия электромагниты делятся на удерживающие и притягивающие. Первые служат для удержания тех или иных грузов или деталей (электромагнитные муфты сцепления, тормозные электромагниты у судовых подъемных устройств и т. п.), вторые, притягивая свой якорь, совершают работу по перемещению того или иного исполнительного механизма.

По способу включения различают электромагниты с параллельной и последовательной катушкой. Параллельные катушки имеют обмотки с относительно большим сопротивлением, так как выполняются из тонкого провода при большом числе витков и обычно включаются на полное напряжение сети. Ток, протекающий по ним, определяется сопротивлением цепи обмотки и напряжением сети. Следовательно, при параллельном включении катушки в сеть постоянного тока в установившемся режиме с d = const (d - воздушный зазор в магнитной системе) электромагнитная система работает при постоянной МДС. В электромагнитах с постоянной МДС при изменении зазора изменяется магнитное сопротивление и магнитный поток, а ток, протекающий по катушке, остается постоянным. К электромагнитам с постоянной МДС относятся электромагниты с параллельными катушками постоянного тока и последовательными катушками постоянного и переменного тока. При переменном токе сила тока в параллельной катушке зависит от индуктивности системы, меняющейся обратно пропорционально воздушному зазору. В этом случае электромагнитная система работает при постоянстве потокосцеплений.

Последовательные обмотки имеют относительно малое сопротивление и выполняются из небольшого количества витков провода большого сечения. Сила тока такой обмотки не определяется величиной ее сопротивления, а зависит от тех устройств, которые включены последовательно с катушкой. Иногда электромагнитные механизмы имеют как параллельные, так и последовательные обмотки.

По режиму работы электромагниты разделяются на работающие длительно, повторно-кратковременно и кратковременно.

По скорости действия — на быстродействующие, нормальной скорости действия и замедленно действующие.

По роду движения якоря — на прямоходовые и поворотные. У первых якорь перемещается поступательно, у вторых поворачивается вокруг оси или опоры.

Одна из конструкций электромагнита с втягивающим якорем показана на рис. 1.2.1, б. Характерной особенностью таких электромагнитов является то, что якорь располагается целиком или частично внутри катушки. При срабатывании электромагнита якорь перемещается поступательно и втягивается в катушку.

По конструкции магнитной цепи различают электромагниты с разомкнутым и замкнутым магнитопроводом. По форме магнитопровода электромагниты бывают П-образные, Ш-образные, С-образные, Е-образные и др. По способу фиксации поворотного якоря могут быть электромагниты с вращением на призме, на оси, на гибкой связи. Для уменьшения потерь на вихревые токи и перемагничивание магнитопровод электромагнитов переменного тока набирают из тонколистовой электротехнической стали.