ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТА ЗМІННОГО СТРУМУ

Тривалість лабораторного заняття – 4 години.

Мета роботи

Експериментальне та теоретичне визначення розподілу магнітного потоку впродовж магнітного кола, а також впливу площі яка обіймається короткозамкнутим витком, на пульсацію тягової сили електромагніту змінного струму.

Предмет дослідження

На відміну від магнітних систем постійного струму середнє значення амплітуди магнітного потоку в магнітній системі змінного струму практично не залежить від повітряних зазорів і може бути знайдено за формулою:

, (3.1)

де U – діюче значення напруги живлення обмотки електромагніту;

w = 2pf - кутова частота джерела живлення обмотки електромагніту;

w - кількість витків обмотки електромагніту.

В робочому повітряному зазорі магнітний потік

,

де s_сер - коефіцієнт розсіювання (враховує наявність потоків розсіювання), відповідний до середнього значення магнітного потоку в магнітопроводі.

Значення s_сер в електромагнітних механізмах, яке характеризується непостійністю повітряних зазорів, змінюється із зміною зазору. Зі зменшенням зазорів s_сер зменшується, зі збільшенням - збільшується.

Таким чином, не дивлячись на постійне значення потоку Ф_m.сер, потік Ф_d змінюється із зміною зазору. За цієї ж причини будуть змінюватися потоки і на інших ділянках магнітопроводу. Однак, зміни потоків будуть менше, ніж в аналогічних магнітних системах постійного струму. Пояснюється це тим, що в магнітних системах постійного струму із зміною зазорів змінюється як величина потоку, так і відповідні коефіцієнти розсіювання.

Магніторушійну силу котушки як постійного, так і змінного струму з деяким наближенням знаходять за такою формулою:

, (3.2)

де Z_мS - сумарний магнітний опір магнітного кола.

В магнітних системах змінного струму (Iw) буде змінюватися із зміною зазору. Якщо величину зворотну Z_мS прийняти такою, що дорівнює лише магнітній провідності робочого повітряного зазору і виразити її без урахування випучування, то для магнітної системи змінного струму

,

де m₀ - магнітна проникність повітря, яке дорівнює 4p×10^-7 Гн/м;

S - площа полюса робочого зазору, м²;

d - розмір зазору, м.

Тобто магніторушійна сила котушки пропорційна розміру зазору. Але в дійсності, в зв'язку з присутністю магнітного опору сталі та інших повітряних зазорів (крім робочого), прямої пропорційності не спостерігається, та все ж залежність (Iw) від d значна.

В однофазних магнітних системах змінного струму магнітний потік, змінюючись по синусоїдальному закону, двічі за період проходить через нульове значення. Тягова ж сила також змінюється по синусоїдальному закону, але має дві складові - постійну та змінну і яка змінюється від нуля до максимальної величини. Очевидно, що будуть існувати проміжки часу, коли тягова сила буде менше ніж протидіюча сила. В ці проміжки якір під дією протидіючих сил буде відпадати від осердя, а при зростанні сили - притягуватися. Виникає явище вібрації якоря, яке негативним чином впливає на роботоздатність і характеристики електромагнітів змінного струму.

Щоб уникнути цього явища в однофазних електромагнітах змінного струму застосовують різні заходи - наприклад, збільшення маси рухомих частин електромагніту, збільшення сил тертя в осях обертання та ін. Одним з ефективних методів, що дозволяють уникнути вібрації якоря - це використання короткозамкнутих витків, які обіймають частину поверхні полюсу робочого зазору електромагніта, рис. 3.1.

За допомогою таких витків магнітний потік Ф розбивається на два потоки: Ф1, який проходить крізь площу S1 і Ф20, який проходить крізь площу S2.

Рисунок 3.1 - Полюс електромагніта з к.з. витком

В короткозамнутому витку під дією змінного потоку Ф₂₀, який створюється обмоткою електромагніту, виникає ЕРС Е_кз, під дією якої в ньому буде протікати струм, який створює магнітний потік Ф_кз. Результуючій потік Ф₂, який складається з геометричної суми потоків Ф₂₀, і Ф_кз буде здвигнутий відносно Ф₁ на кут Y, рис. 3.2. Тягові сили, що утворюються магнітними потоками Ф₁ і Ф₂, будуть зсунуті відносно одна одній на кут 2Y , в результаті чого пульсація результуючої сили буде зменшена. Її практично не буде, якщо виконуються умови:

і Y = 90°.

Останню умову за допомогою короткозамкнутих витків забезпечити практично неможливо (на практиці звичайно кут дорівнює 50...60°) і результуюча тягова сила при наявності корткозамкнутого витка буде носити пульсуючий характер, але вібрації якоря можна уникнути, якщо в будь-який момент часу тягова сила буде перевищувати протидіючу силу. Для цього потрібно, щоб при притягнутому якорі мінімальна результуюча тягова сила була більше протидіючої сили.