Главная Электромагнитные устройства



8.2.10. Особенности силовых ЭМ

Электромагниты являются преобразователями электрической энергии в механическую и в подавляющем большинстве осуществляют пространственные перемещения элементов изделия, совершая при этом механическую работу.

Перемещения элементов, как правило, возвратно-поступательные: прямой ход совершается при помощи ЭМ, обратный ход в исходное положение - при помощи пружины, собственной массы, другого ЭМ или иным способом. Силовой ЭМ можно рассматривать как двигатель поступательного (или поворотного) дискретного действия, как силовую исполнительную часть изделия, от рациональной конструкции которого во многом зависят выходные параметры, качество и надежность всего изделия.

В ЭМУ используются ЭМ переменного (ЭМ..) и постоянного (ЭМ=) тока. Электромагниты переменного тока в ЭМУ РЭА и средствах автоматики в качестве ИЭ используются значительно реже: из-за пульсирующего во времен» тягового усилия, среднее значение которого меньше, чем в ЭМ= (что требует увеличения габаритных размеров и массы ЭМ.,); вибрация якоря и гудения, вызванных пульсацией тяговой силы; относительно низкой точности перемещения якоря; применения шихтованного материала, что ограничивает выбор форм магнитопровода. Электромагниты постоянного тока не имеют указанных недостатков, обладают лучшими массогабаритными н энергетическими показателями. Это обусловило их широкое распространение.

8.2.11. Сопоставление характеристик ЭМ постоянного и переменного тока

Электромагниты постоянного и переменного тока, работающие при знакопеременном магнитном потоке, имеют существенные различия [112, 131].

Ток обмотки и МДС. В ЭМ .. ток в обмотке, определяемой ее индуктивным сопротивлением, и МДС зависят от положения якоря. При начальном рабочем зазоре индуктивное сопротивление обмотки минимально. При включении обмотки по ней протекает пусковой ток (обычно двух - шестикратный от номинального), который снижается к концу хода якоря до номинального. Таким образом, имеет место естественная форсировка тока при включении, что повышает начальное тяговое усилие ЭМ... В случае останова (заклинивания) якоря в промежуточном положении обмотка ЭМ.., как правило, сгорает. Ток обмотки и ее температура зависят также от размеров зазоров магнитопровода и от плотности прилегания якоря в притянутом положении. Возникающие прн этом вибрации притянутого якоря в эксплуатационных условиях могут усиливаться, например, арматурой крепления.

В ЭМ= ток обмотки н МДС не зависят от положения якоря, поэтому в случае останова или заклинивания якоря в промежуточном положении тепловой режим обмотки не изменится, что определяет высокую эксплуатационную надежность ЭМ=. Отсутствие вибрации при притянутом якоре обеспечивает удовлетворительные виброакустические характеристики ЭМ=.

Тяговая сила. Прн одинаковых сечениях полюсов среднее значение силы в ЭМ. .. (однофазных и многофазных) вдвое меньше силы ЭМ=. Следовательно, металлоемкость в ЭМ.. вдвое хуже, чем в ЭМ=..



Пульсация силы. Работающим при знакопеременном магнитном потоке ЭМ ~ свойственна пульсация силы с удвоенной частотой относительно частоты питания. Для сглаживания пульсации силы применяют специальные меры [113], которые усложняют ЭМ и увеличивают потери в нем.

Вид и регулирование тяговой характеристики. По мере уменьшения рабочего зазора б тяговые силы изменяются в ЭМ .. незначительно (тяговая характеристика возрастает слабо), а в ЭМ= существенно (тяговая характеристика возрастает резко). Возможности регулирования тяговой характеристики выше у ЭМ=.

Масса и габаритные размеры. При одинаковых тяговых силах и ходах якоря ЭМ имеют значительно большую массу и габаритные размеры, чем ЭМ=.

Быстродействие. Принципиально ЭМ более быстродействующие, чем аналогичные ЭМ=. Это объясняется тем [112], что электромагнитная постоянная времени обмотки у ЭМ- обычно соизмерима с периодом переменного тока, а ЭДС самоиндукции, возникающая при движении якоря, значительно меньше приложенного напряжения. В ЭМ= время срабатывания уменьшается путем специальных мер (см. § 10 5), уменьшающих отношение ЭДС самоиндукции к приложенному напряжению, вихревые токи и т. п. Хотя это приводит к увеличению потребления ЭМ=, однако при одинаковой производимой работе и равных временах срабатывания ЭМ= имеют обычно меньшее потребление, чем ЭМ

Время срабатывания более стабильно у ЭМ=, а у ЭМ оно зависит в пределах полупериода изменения напряжения от начальной фазы приложенного напряжения.

Вихревые токи. Потери на вихревые токи в массивных частях (магнитопроводе, направляющих втулках, короткозамкиутых витках и т. п.), а также на перемагничивание, увеличивают потребление энергии и нагрев ЭМ. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы ЭМ выполняют шихтованными или разрезными; в ЭМ= это требуется лишь для быстродействующих ЭМ. Такое исполнение магнитопровода приводит к ухудшению заполнения объема сталью, а также предопределяет призматическую форму частей магнитопровода. Последнее вызывает увеличение длины среднего витка обмотки и приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления.

Реактивная мощность. В момент включения реактивная мощность, потребляемая ЭМ, однозначно связана с номинальной механической работой ЭМ и не может быть уменьшена путем увеличения его размеров. В ЭМ=, такой связи нет, и, если не принимать во внимание быстродействие ЭМ, потребляемая мощность может быть уменьшена соответствующим увеличением размеров. При работе ЭМ=, в длительном режиме энергия расходуется только на потери в обмотке.

Указанные недостатки ЭМ во многих случаях ограничивают их применение. Но специальная сеть постоянного тока может отсутствовать. В этом случае удачный выход дает применение ЭМ со встроенными выпрямителями

[112], характеристики которых близки к характеристикам ЭМ=.

8.2.12. Применение ЭМ

Наибольшее распространение в РЭА и средствах автоматики получили ЭМ= с втяжным якорем различных форм стопа, с дисковым якорем, клапан-

14* 211



ного типа, с поворотным якорем, комбинированные ЭМ. В аппаратуре общего применения, в станкостроенин достаточно широко применяются ЭМ . В приборостроении нашли применение поворотные ЭМ, соленоидные, подъемные.

8.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ, ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭМ

8.3.1. Электромагниты специальные мелкосерийного производства

По ориентировочной оценке в нашей стране разработаны десятки тысяч различных ЭМ. Как правило, разработка их проводилась и проводится до настоящего времени в индивидуальном порядке для конкретной аппаратуры и производство их носит единичный или мелкосерийный характер.

Примеры конструкций некоторых ЭМ приведены в табл. 8.1, где указаны также их основные размеры и экспериментальные статические тяговые характеристики P=f{6) в ненагретом состоянии при различных значениях МДС F (показаны сплошными линиями), а также кривые номинальной механической работы Л = Ргбг для ЭТИХ характсристик (показаны штриховыми линиями).

В табл. 8.1 ЭМ расположены по возрастанию габаритных размеров или номинальной механической работы.

Основные параметры ЭМ, размеры магнитопроводов, параметры и размеры катушек приведены соответственно в табл. 8.2-8.4. Для ЭМ с двумя обмотками значения над чертой соответствуют форсирующей (пусковой) обмотке, под чертой-удерживающей обмотке. Условные обозначения приведены в приложении.

В табл. 8.2-8.4 даны номинальные значения размеров и параметров, а параметры Р, А, М, F, N, G - при расчетном значеннв напряжения питания в нормальных климатических условиях.

Конструктивные, технологические и схемные особенности ЭМ рассмотрены в гл. 10, а вопросы расчета - гл. 11.

8.3.2. Электромагниты общепромышленного применения

Отечественная промышленность в настоящее время изготавливает отдельные серии и типы ЭМ, перечень которых, а также их основные технические данные, представлены в табл. 8.5 [124].

Указанные ЭМ предназначены для управления гидравлическими, пневматическими и другими различными механизмами общепромышленного применения и по ряду причин не нашли широкого применения в РЭА и средствах автоматики.

Ряд других ЭМ, например серии МТ, ЭД, МИС, в новых разработках применять не разрешается.

8.3.3. Состояние разработки ЭМ за рубежом

За рубежом известен ряд фирм, специализирующихся частично или полностью на разработке и производстве различных серий электромагнитных элементов. Достаточно назвать фирмы OAK, «Ledex», «Anderson», «Pichering», «Westool» (все США), MSM, «Thomas», «Binder», «Hartung» (все ФРГ), «Cas-tell» (Великобритания), «Shindengen», «Kogyosha» (.Япония).



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [69] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116


0.0121