Устройства питания электромагнитов постоянного тока


СОДЕРЖАНИЕ:

Электромагниты постоянного тока серии ЭУ
Инструкция по применению, монтажу и эксплуатации

Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности СССР

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Инструкция по применению, монтажу и эксплуатации

Отдел научно—технической информации

Электромагниты постоянного токе серии ЭУ. Инструкция по применение, ыонто1у и эксплуатации. Выпуск ЭО-26-Ш. Рогачев Э.Б., Гонцова Т.П., под редакцией Маркина П.B., М., ЭНИНС, 1969.

В инструкции приведены основные технические данные, а также рекомендации по эксплуатации, монтажу и установке.

Введение
Электромагниты постоянного тока серии ЭУ
Назначение
Внешние условия эксплуатации
Классификация
Условное обозначение злектромагнитов серии ЭУ
Описание конструкции
Основные технические данные
Ответственность изготовителя и порядок предъявления рекламации
Размещение и монтаж
Условия хранения
Формулирование заказа

Электромагниты постоянного тока могут применяться для тех же целей, что и электромагниты переменного тока, т.е. для осуществления прямолинейных перемещений элементов механизмов, например, элементов гидро- и пневмооборудования, муфт, подъема задвижек, защелок и т.п.

Электромагниты постоянного тока по сравнению с электромагнитами переменного тока имеют следующие преимущества:
— повышенную допустимую частоту включений (из-за отсутствия пусковых токов), ограниченную практически собственным временем срабатывания электромагнита;
— случайный останов или зависание якоря (например при случайном возрастании противодействующего усилия) не вызывает перегрева и последующего отказв катушки;
— повышенную надежность из-за меньшей опасности витковых замыканий катушки.

Существенными недостатками электромагнитов постоянного тока является увеличенное время срабатывания и возврата из-за вихревых токов, возникающих в пассивном магнитопроводе. В связи о тем, что практически все станки и производственные машины питаются от сетей переменного тока, электромагниты постоянного тока нуждаются для питания в выпрямительных устройствах: двухполупермодных (например серии СВ) или трехфазных выпрямителях, выполненных на базе траноформаторов серии ТТ (применение трехфазных источников питания предпочтительно, так как в последних величина переменной составляющей меньше, а следовательно, тяговое усилие несколько повышается и уменьшаются потери в стали электромагнитов) .

Устройства питания электромагнитов постоянного тока

Круглые грузоподъемные электромагниты предназначены для подъема и транспортирования стальных и чугунных грузов (плит, чушек, скрапа и т.п.).
&nbsp&nbspЭлектромагниты выпускаются по видам климатических исполнений У1, УХЛ1 и Т1 по ГОСТ 15150 — 69.

Структура условного обозначения

М ХХ Х ХI:
М — обозначение серии: круглые электромагниты;
ХХ — условное обозначение электромагнита в зависимости от
параметров (табл. 1);
Х — К — кремнийорганический компаунд,
КС — кремнийорганический компаунд, утяжеленные;
Х1 — вид климатического исполнения.
&nbsp&nbsp

Высота над уровнем моря не более 2000 м.
&nbsp&nbspТемпература окружающего воздуха для районов с умеренным климатом от 40 до -45°С, для районов с тропическим климатом — от 45 до -10°С, для районов с холодным климатом — от 40 до -60°С.
&nbsp&nbspОтносительная влажность воздуха для районов с умеренным и холодным климатом до 100% при температуре 25°С, для районов с тропическим климатом до 100% при температуре 35°С.
&nbsp&nbspОкружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию.
&nbsp&nbspСтепень защиты грузоподъемных электромагнитов IР44 по ГОСТ 14255 -69, степень защиты шкафов управления IР21 по ГОСТ 14254 — 80.
&nbsp&nbspОдиночные ударные нагрузки с ускорением до 4 g длительностью 40 — 60 мс.
&nbsp&nbspКолебания напряжения питания минус 15, плюс 10% от номинального.
&nbsp&nbspТребования техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.0 — 75.
&nbsp&nbspЭлектромагниты соответствуют ТУ16 — 94 ИРАК.677237.003 ТУ.

ТУ 16-94 ИРАК.677237.003 ТУ

Номинальное напряжение постоянного тока 220 В.
&nbsp&nbspРежим работы повторно-кратковременный с относительной продолжительностью включения (ПВ) до 50% при работе с холодным грузом; возможна работа с ПВ более 50% при условии снижения напряжения на катушке электромагнита.
&nbsp&nbspЭлектромагниты допускают работу с горячими грузами, имеющими температуру до 500°С, при этом необходимо снизить величину питающего напряжения во избежание перегрева электромагнита.
&nbsp&nbspТипы и основные параметры электромагнитов приведены в табл. 1.
&nbsp&nbspОбмоточные данные катушек электромагнитов соответствуют указанным в табл. 2.
&nbsp&nbsp

Конструкция электромагнитов показана на рис. 1. Электромагниты состоят из корпуса 4, изготовленного из стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью, в котором находится катушка 7. Снизу катушка герметизирована тонкой (2 — 3 мм) стальной шайбой 6, приваренной к корпусу, и защищена от ударов о груз стальной немагнитной шайбой 8. Немагнитная шайба удерживается при помощи дуг 5, приваренных к корпусу.

&nbsp&nbspКоробка выводов
&nbsp&nbsp1 — основание;
&nbsp&nbsp2 — ось;
&nbsp&nbsp3 — компаунд;
&nbsp&nbsp4 — болт заземления;
&nbsp&nbsp5 — крышка;
&nbsp&nbsp6 — изоляционная крышка;
&nbsp&nbsp7 — гайка;
&nbsp&nbsp8 — контактный болт;
&nbsp&nbsp9 — уплотнение (шнур асбестовый);
&nbsp&nbsp10 — изоляционная панель;
&nbsp&nbsp11 — прокладка;
&nbsp&nbsp12 — выводной конец катушки
&nbsp&nbspНа изоляционной панели 10, закрепленной на корпусе электромагнита тремя болтами, расположены два контактных болта 8, к которым в нижней части присоединены выводные концы 12 катушки электромагнита, а в верхней части — питающий кабель. Контактные болты сверху закрыты изоляционной крышкой 6, защищающей их от металлической стружки и других мелких частей. Герметичность выводов катушки обеспечивается прокладкой 11, уплотнением 9, заливкой компаундом 3. Коробка выводов от механических повреждений защищена массивным стальным кожухом, состоящим из основания 1 и крышки 5.
&nbsp&nbspНа корпусе электромагнита (под крышкой коробки выводов) имеются заземляющий зажим и знак заземления по ГОСТ 21130 — 75.
&nbsp&nbspШкаф управления типа Ш9314 состоит из двух частей. В нижней части, представляющей собой металлический шкаф, на изоляционной панели размещена аппаратура управления. В верхней части размещено разрядное сопротивление, закрытое сверху съемным брызгозащищенным металлическим кожухом с жалюзями для улучшения охлаждения.
&nbsp&nbspВсе контактные зажимы расположены на лицевой стороне. Подвод внешних проводов осуществляется через вырез в дне шкафа, закрываемый изоляционными планками или алюминиевыми клицами. Для заземления оболочек подводящих кабелей в местах их ввода в шкаф имеются винты с резьбой М5. Для заземления самого шкафа служат два болта М8.
&nbsp&nbspОбщие указания
&nbsp&nbspЭлектромагнит рассчитан для работы в сети с колебаниями напряжения минус 15, плюс 10% от номинального. При этом режим работы электромагнита не должен превышать ПВ = 50%.
&nbsp&nbspПри работе электромагнита с ПВ более 50% необходимо снизить напряжение на катушке электромагнита до величины: V = 1555/ПВд(В), где ПВд — действительное значение относительной продолжительности включения (ПВ).
&nbsp&nbspУправление электромагнитами
&nbsp&nbspУправление грузоподъемными электромагнитами при питании от сети постоянного тока осуществляется при помощи шкафов управления типов Ш9314-4222А и Ш9314-4222Б. Выбор шкафа управления — в зависимости от типа и количества управляемых электромагнитов в соответствии с табл. 3.
&nbsp&nbsp

&nbsp&nbspСхема электрическая принципиальная управления грузоподъемными электромагнитами приведена на рис. 3.

&nbsp&nbspЭлектрическая принципиальная схема управления грузоподъемными
&nbsp&nbspэлектромагнитами
&nbsp&nbspШкаф управления Ш9314 (рис. 4)

&nbsp&nbspГабаритные размеры шкафа управления и переключателя указаны на рис. 4 и 5.

Электромагниты постоянного тока

Электромагниты постоянного тока — раздел Философия, Электрические и электронные аппараты Электромагнитными Называются Устройства, Предназначен­Ные Для Создания .

Электромагнитными называются устройства, предназначен­ные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока. Действие таких электромагнитов, в отличие от поляризованных, не зависит от направления тока в обмотке, они наиболее экономичны и благодаря разнообразию конструктивных исполнений их легко приспосабливать в различных конструкциях к различным усло­виям работы. Поэтому они получили наибольшее распространение.

Значительную часть электромагнитов постоянного тока составляют электромагнитные механизмы, использующиеся в качестве привода для осуществления необходимого перемещения.

Примером подобных электромагнитов являются: тяговые элек­тромагниты, предназначенные для совершения механической ра­боты при перемещении их рабочих органов, электромагниты муфт сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электро­магниты, приводящие в действие контактные устройства в кон­такторах, пускателях, автоматических выключателях; электро­магниты реле, регуляторов и других чувствительных устройств автоматики.

При всем разнообразии электромагнитов отдельные их узлы имеют общее назначение (рис.1.1):

катушка с расположенной на ней намагничивающей об­моткой 1; неподвижная часть магнитопровода из ферромагнитного материала 2; подвижная часть магнитопровода — якорь 3.

Исполнение для макроклима- тических районов Обозначения
буквенное
русские латинские
С умеренным климатом С умеренным и холодным кли- матом С влажным тропическим кли- матом С сухим тропическим климатом С сухим и влажным тропичес- ким климатом Для всех макроклиматических районов на суше, кроме рай- она с очень холодным клима- том (общеклиматическое ис- полнение) У УХЛ ТВ ТС Т О (N) (NF) ( ТН) (ТА) (Т) (V)
Категории размещения для эксплуатации Обозначение
На открытом воздухе Под навесом или в помещениях (объемах), где колеба- ния температуры и влажности несущественно отлича- ются от их колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха В закрытых помещениях (объемах) с естественной вен- тиляцией без искусственно регулируемых климатичес- ких условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно мень- ше, чем на открытом воздухе В помещениях (объемах) с искусственно регулируемы- ми климатическими условиями В помещениях (объемах) с повышенной влажностью (на- пример, в неотапливаемых и невентилируемых подзем- ных помещениях, в том числе шахтах, подвалах, в поч- ве и др.)

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

В зависимости от расположения якоря относительно остальных ча­стей электромагнита и характера воз­действия на якорь со стороны магнит­ного потока электромагниты постоян­ного тока разделяются на следующие типы: электромагниты с втягиваю­щимся якорем, с внешним притяги­вающимся якорем и с внешним попе­речно движущимся якорем.

Одна из типичных конструкций электромагнита с втягивающимся яко­рем показана на рис.1. Характер­ной особенностью таких электромаг­нитов электромагнитов является то, что якорь, или, как его в данном случае можно назвать, подвижный сердечник, располагается целиком или частично внутри катушки с обмоткой. В процессе срабатывания электромагнита якорь, перемещаясь по­ступательно, погружается в катушку. Втягивание якоря происхо­дит как за счет магнитного потока, проходящего через торцевую поверхность якоря, так и за счет действия магнитных потоков, выходящих из его боковой поверхно­сти.

На рис. 5.2 изобра­жена одна из разновидно­стей электромагнитов с внешним притягивающим­ся якорем. У этих элек­тромагнитов якорь распо­ложен снаружи по отноше­нию к катушке. На него действует главным образом рабочий магнитный поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. В результате этого якорь по­ворачивается в пределах малого угла или совершает поступательное перемещение в направлении линии индукции рабочего магнитного потока.

Рис.1.1. Электромагнит с втяги­вающимся якорем

Конструкция электромагнита с внешним поперечно движущимся якорем показана на рис. 5.3. Якорь в подобных электромагнитах также располагается снаружи катушки. Рабочий магнитный по­ток, действующий на якорь, проходит из его боковой поверхности к полюсным наконечникам, имеющим особую форму, определенным способом согласованную с формой боковой поверхности якоря. В результате воздействия со стороны рабочего магнитного потока якорь движется поперек магнитных линий, поворачиваясь на не­который ограниченный угол.

Рис.1.2. Электромагнит с внешним притя­гивающимся якорем

Рис.1.3. Электромагнит с внеш­ним поперечно-движущимся яко­рем

В каждой из трех перечисленных групп электромагнитов по­стоянного тока в свою очередь имеется ряд конструктивных разно­видностей, определяемых конструкцией магнитной цепи. Кроме того, в зависимости от способа вклю­чения обмотки электромагнита разли­чают электромагниты с обмотками параллельного включения и с обмот­ками последовательного включения.

В первом случае обмотка выпол­няется таким образом, что ее вклю­чают на полное напряжение источ­ника питания непосредственно или через добавочное сопротивление. Ток в цепи обмотки параллельного вклю­чения полностью, или в значитель­ной степени, определяется ее пара­метрами.

Обмотка последовательного вклю­чения практически не влияет на ве­личину тока той цепи, в которую она включается. Последний определяется параметрами остальных эле­ментов цепи. Благодаря этим особенностям некоторые характе­ристики электромагнитов параллельного и последовательного включений, в первую очередь их динамические характеристики, оказываются различными.

Наконец, электромагниты могут различаться по скорости их срабатывания.

Электромагнит

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

Обмотку электромагнитов делают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготавливают из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали, также используют чугун, железоникелевые и железокобальтовые сплавы. Для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко) магнитопроводы изготавливают т из набора листов.

Выделяют три вида электромагнитов по способу генерации магнитного потока.

Нейтральные электромагниты постоянного тока

Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины и не зависит от направления тока в обмотке.

Поляризованные электромагниты постоянного тока

В таких магнитах используют два независимых магнитных потока — поляризующий и рабочий. Первый формулируется рабочей (или управляющей) обмоткой. Поляризующий поток чаще всего создается постоянными магнитами, в некоторых случаях дополнительными электромагнитами, применяется для обеспечения наличия притягивающей силы при выключенной рабочей обмотке. В целом действие такого магнита зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока

В подобных магнитах питание обмотки осуществляется источники переменного тока, магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, а однонаправленная сила притяжения меняется только по величине, в силу чего сила притяжения скачет от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Широко распространены в электротехнике начиная от бытовой техники до плит электромагнитных для станков, при магнитопорошковом методе неразрушающего контроля.

В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

Устройства питания электромагнитов постоянного тока

§ 43. Электромагниты и их применение

Если в соленоид поместить стальной сердечник и пропустить по его виткам электрический ток, то сердечник намагничивается и приобретает магнитные свойства, которыми обладает постоянный магнит.
Соленоид со стальным сердечником называется электромагнитом. При размыкании цепи обмотки электромагнита его стальной сердечник размагничивается.
Магнитное поле электромагнита во много раз сильнее поля соленоида. Это объясняется тем, что намагниченный сердечник из ферромагнитного материала создает свое магнитное поле, которое, складываясь с магнитным полем соленоида, значительно увеличивает общее магнитное поле, образуемое током.
я определения направления магнитных линий поля электромагнита пользуются ппавилом буравчика. Практически для определения полюсов электромагнита применяют магнитную стрелку.
Мощные электромагниты, подвешенные к подъемным кранам, служат для переноса изделий из стали и ее сплавов. Электромагниты применяют на станочном оборудовании, в электродвигателях и во многих других устройствах. На сверлильных и плоскошлифовальных станках используют электромагнитные плиты (рис. 38). В такой плите помещается электромагнит, подключаемый к источнику постоянного тока. Электромагнит удерживает обрабатываемое ферромагнитное изделие на станке. После обработки детали выключают ток и снимают изделие со станка.

На использовании электромагнита основано действие электромагнитного пресса, значительно повышающего производительность труда при штамповке изделий. Пресс (рис. 39) состоит из электромагнита 1, укрепленного на корпусе 4, подвижного якоря 3, ползуна 2 и возвратной пружины. При прохождении тока по обмотке электромагнита якорь преодолевает сопротивление возвратной пружины и притягивается к электромагниту. При этом приходит в движение ползун, совершающий ударное действие на обрабатываемый прессом материал.

При выключении электромагнита якорь вместе с ползуном при помощи спиральной пружины приходит в исходное положение. При повторном замыкании цепи электромагнита пресс произведет вырубку очередной детали. Установив определенный режим замыкания и размыкания электромагнита пресса, процесс штамповки может быть автоматизирован.
Электромагниты широко применяют в реле и искателях, которые получили большое распространение в устройствах автоматики.
Электромагнитное реле — это прибор, приводимый в действие небольшим электрическим током. Реле при срабатывании замыкает и размыкает своими контактными пружинами электрические цепи относительно большой мощности.
Электромагнитные реле делятся на простые и поляризованные. Основными частями простого электромагнитного реле (рис. 40, а) являются электромагнит с сердечником, якорь, мостик и контактные пружины. При прохождении электрического тока через обмотку 1 стальной сердечник 2 намагничивается и притягивает к себе якорь 3. Последний своим мостиком 4 действует на контактные пружины 5, к которым подключаются провода от управляемых электрических цепей. Если ток в обмотке выключить, сердечник размагничивается и якорь приходит в первоначальное положение. Контакты реле при этом вновь переключаются. Так как реле может иметь несколько пар контактных пружин, то оно (при срабатывании) одновременно может управлять несколькими различными объектами, присоединенными к контактам.

Рассмотрим схему применения простого электромагнитного реле (рис. 40, б) для автоматической сигнализации о ходе того или иного производственного процесса.
В цепи обмотки реле Р находится батарея Б и кнопка Кн. Цепь контактов К1 и К2, в которую включена сигнальная лампа, в спокойном положении замкнута, и лампа горит.
Цепь контактов К3 и К4, к которой подсоединен электрический звонок Зв, в спокойном положении разомкнута. Когда кнопка разомкнута, сигнальная лампа горит, указывая на то, что производственный процесс протекает нормально.
При нарушении производственного процесса специальное устройство замкнет кнопку и по обмотке реле Р потечет ток. В результате этого якорь реле притянется к сердечнику и переключит контактные пружины реле. Контакты К1 и К2 разомкнутся и сигнальная лампа погаснет, а контакты К3 и К4 цепи звонка замкнутся и зазвонит звонок. Это укажет обслуживающему персоналу, что производственный процесс нарушен. После устранения причин, нарушивших ход процесса, кнопка Кн разомкнётся и разорвет цепь обмотки реле. При этом якорь отойдет от сердечника реле, а контакты цепи звонка разомкнутся и звонок перестанет звонить.
Поляризованное электромагнитное реле состоит из электромагнита и постоянного магнита. В таком реле образуется два магнитных потока. Один из них — рабочий — создается электромагнитом, а другой — вспомогательный — постоянным магнитом. Основными частями поляризованного реле (рис. 41) являются постоянный магнит 1, намагничивающие катушки 2 (электромагниты), стальной сердечник 5, якорь 4, помещенный на оси 3, и контактные винты 6, между которыми перемещается якорь с контактами 7.

Магнитный поток магнита разветвляется на два потока Φ1 и Φ2 и намагничивает концы сердечника (одноименная полярность).
При отсутствии тока (сигнала управления) в обмотке 2 реле якорь 4 находится в одном из крайних положений и замыкает один из контактных винтов 6. В таком состоянии якорь удерживается сердечником силой притяжения магнитного потока постоянного магнита. Допустим, что якорь находится у левого контакта. Для перемещения якоря в правое положение необходимо по обмотке реле пропустить ток (сигнал управления) в таком направлении, чтобы созданный током, протекающим по правой обмотке, магнитный поток Φэ складывался с магнитным потоком Φ1, а магнитное поле левой катушки вычиталось из магнитного потока Φ2 и ослабило его.
В этом случае величина правой части магнитного потока (Φэ + Φ1) будет больше потока левой части (Φэ — Φ2); якорь реле притянется к правому концу сердечника и быстро переместится в правое положение.
Чтобы якорь оказался в первоначальном положении (левом), необходимо пропустить по его обмотке ток в противоположном направлении. Тогда намагниченность левой части сердечника реле (Φэ + Φ2) усилится, а намагниченность правой части сердечника (Φэ — Φ1) ослабится.
Таким образом, срабатывание поляризованного реле зависит от направления тока в его обмотке.
На этом свойстве основано применение поляризованного реле. Оно используется для того, чтобы по одному проводу передавались две различные команды, например «включено» и «выключено» или «да» и «нет» и др.
Для работы реле требуется весьма небольшой ток, а время срабатывания его очень мало.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Электромагниты

Электромагнит делает магнитное поле при помощи обмотки, обтекаемой электронным током. Для того чтоб усилить это поле и навести магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали.

Электромагниты получили так обширное распространение, что тяжело именовать область техники, где бы они не применялись в том либо ином виде. Они содержатся в почти всех бытовых устройствах — электробритвах, магнитофонах, телеках и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио невообразимы без их внедрения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электронных машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты различных электротехнических установок. Развивающейся областью внедрения электромагнитов является мед аппаратура. В конце концов, огромные электромагниты для ускорения простых частиц используются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от толикой грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электронная мощность — от милливатт до 10-ов тыщ кв.

Особенной областью внедрения электромагнитов являются электрические механизмы. В их электромагниты употребляются в качестве привода для воплощения нужного поступательного перемещения рабочего органа либо поворота его в границах ограниченного угла, либо для сотворения удерживающей силы.

Примером схожих электромагнитов являются тяговые электромагниты, созданные для совершения определенной работы при перемещении тех либо других рабочих органов; электрические замки; электрические муфты сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электромагниты, приводящие в действие контактные устройства в реле, контакторах, пускателях, автоматических выключателях; подъемные электромагниты, электромагниты вибраторов и т. п.

В ряде устройств вместе с электромагнитами либо взамен их употребляются неизменные магниты (к примеру, магнитные плиты металлорежущих станков, тормозные устройства, магнитные замки и т. п.).

Электромагниты очень многообразны по конструктивным выполнениям, которые различаются по своим чертам и характеристикам, потому систематизация упрощает исследование процессов, происходящих при их работе.

Зависимо от метода сотворения магнитного потока и нрава действующей намагничивающей силы электромагниты разделяются на три группы: электромагниты неизменного тока нейтральные, электромагниты неизменного тока поляризованные и электромагниты переменного тока.

В нейтральных электромагнитах неизменного тока рабочий магнитный поток создается при помощи обмотки неизменного тока. Действие электромагнита зависит только от величины этого потока и не находится в зависимости от его направления, а как следует, от направления тока в обмотке электромагнита. При отсутствии тока магнитный поток и сила притяжения, действующая на якорь, фактически равны нулю.

Поляризованные электромагниты неизменного тока характеризуются наличием 2-ух независящих магнитных потоков:(поляризующего и рабочего. Поляризующий магнитный поток почти всегда создается при помощи неизменных магнитов. Время от времени для этой цели употребляют электромагниты. Рабочий поток появляется под действием намагничивающей силы рабочей либо управляющей обмотки. Если ток в их отсутствует, на якорь действует сила притяжения, создаваемая поляризующим магнитным потоком. Действие поляризованного электромагнита зависит как от величины, так и от направления рабочего потока, т. е. от направления тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока

В электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока. Магнитный поток, создаваемый обмоткой, по которой проходит переменный ток, временами меняется по величине и направлению (переменный магнитный поток), в итоге чего сила электрического притяжения пульсирует от нуля до предела с двойной частотой по отношению к частоте питающего тока.

Но для тяговых электромагнитов понижение электрической силы ниже определенного уровня неприемлимо, потому что это приводит к вибрации якоря, а в отдельных случаях к прямому нарушению обычной работы. Потому в тяговых электромагнитах, работающих при переменном магнитном потоке, приходится прибегать к мерам для уменьшения глубины пульсации силы (к примеру, использовать экранирующий виток, обхватывающий часть полюса электромагнита).

Не считая перечисленных разновидностей, в текущее время огромное распространение получили электромагниты с выпрямлением тока, которые по питанию могут быть отнесены к электромагнитам переменного тока, а по своим чертам приближаются к электромагнитам неизменного тока. Так как все таки имеются некие специальные особенности их работы.

Каждый электрик должен знать:  Как не попасть в проводку при сверлении стен и потолка

Зависимо от метода включения обмотки различают электромагниты с поочередными и параллельными обмотками.

Обмотки поочередного включения , работающие при данном токе, производятся с малым числом витков огромного сечения. Ток, проходящий по таковой обмотке, фактически не находится в зависимости от ее .характеристик, а определяется чертами потребителей, включенных .поочередно с обмоткой.

Обмотки параллельного включения , работающие при данном напряжении, имеют, обычно, очень огромное число витков и производятся из провода малого сечения.

По нраву работы обмотки электромагниты делятся на работающие в продолжительном, прерывающемся и краткосрочном режимах.

По скорости деяния электромагниты могут быть с обычной скоростью деяния, быстродействующие и замедленно действующие. Это разделение является несколько условным и свидетельствует приемущественно о том, приняты ли особые меры для получения нужной скорости деяния.

Все вышеперечисленные признаки накладывают собственный отпечаток на особенности конструктивных выполнений электромагнитов.

Совместно с тем при всем многообразии встречающихся на практике электромагнитов они состоят из главных частей схожего предназначения. К ним относятся катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой (может быть несколько катушек и несколько обмоток), недвижная часть магнитопровода, выполняемого из ферромагнитного материала (ярмо и сердечник) и подвижная часть магнитопровода (якорь). В неких случаях недвижная часть магнитопровода состоит из нескольких деталей (основания, корпуса, фланцев и т. д.). а)

Якорь отделяется от других частей магнитопровода воздушными промежутками и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электрическое усилие, передает его подходящим деталям приводимого в действие механизма.

Количество и форма воздушных промежутков, отделяющих подвижную часть магнитопровода от недвижной, зависят от конструкции электромагнита. Воздушные промежутки, в каких появляется нужная сила, именуются рабочими; воздушные промежутки, в каких не появляется усилия в направлении вероятного перемещения якоря, являются-паразитными.

Поверхности подвижной либо недвижной части магнитопровода, ограничивающие рабочий воздушный просвет, именуют полюсами.

Зависимо от расположения якоря относительно других частей электромагнита различают электромагниты с наружным притягивающимся якорем, электромагниты со втягивающимся якорем и электромагниты с наружным поперечно передвигающимся якорем.

Соответствующей особенностью электромагнитов с наружным притягивающимся якорем является наружное размещение якоря относительно обмотки. На него действует приемущественно рабочий поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. Нрав перемещения якоря может быть вращательным (к примеру, клапанный электромагнит) либо поступательным. Потоки рассеяния (замыкающиеся кроме рабочего зазора) у таких электромагнитов фактически не делают тягового усилия, и потому их стремятся уменьшить. Электромагниты этой группы способны развивать довольно огромное усилие, но обычно используются при сравнимо маленьких рабочих ходах якоря.

Особенностью электромагнитов со втягивающимся якорем являются частичное размещение якоря в собственном исходном положении снутри катушки и предстоящее перемещение его в катушку в процессе работы. Потоки рассеяния у таких электромагнитов, в особенности при огромных воздушных зазорах, делают определенное тяговое усилие, в итоге чего они являются полезными, в особенности при сравнимо огромных ходах якоря. Такие электромагниты могут производиться со стопом либо без него, при этом форма поверхностей, образующих рабочий зазор, может быть различной зависимо от того, какую тяговую характеристику необходимо получить.

Наибольшее распространение получили электромагниты с плоскими и усеченно коническими полюсами, также электромагниты без стопа. В качестве направляющей для якоря в большинстве случаев применяется трубка из немагнитного материала, создающая паразитный зазор меж якорем и верхней, недвижной, частью магнитопровода.

Электромагниты со втягивающимся якорем могут развивать усилия и иметь ход якоря, изменяющиеся в очень большенном спектре, что обусловливает их обширное распространение.

В электромагнитах с наружным поперечно передвигающимся якорем якорь перемещается поперек магнитных силовых линий, делая поворот на некий ограниченный угол. Такие электромагниты обычно развивают сравнимо маленькие усилия, но они позволяют методом соответственного согласования форм полюсов и якоря получать конфигурации тяговой свойства и высочайший коэффициент возврата.

В каждой из 3-х перечисленных групп электромагнитов в свою очередь имеется ряд конструктивных разновидностей, связанных как с нравом протекающего по обмотке тока, так и с необходимостью обеспечения данных черт и характеристик электромагнитов.

Где применяют электромагниты. Электромагниты и их применение

Существуют четыре фундаментальные силы физики, и одна из них называется электромагнетизм. Обычные магниты имеют ограниченное применение. Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле во время прохождения электрического тока. Поскольку электричество может быть включено и выключено, то же самое касается и электромагнита. Он даже может быть ослаблен или усилен путем уменьшения или увеличения тока. Электромагниты находят свое применение в различных повседневных электроприборах, в разных областях промышленности, от обычных переключателей до двигательных установок космических аппаратов.

Что такое электромагнит?

Электромагнит можно рассматривать как временный магнит, который функционирует с потоком электричества, и его полярность может быть легко изменена путем изменения направления тока. Также сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.

Сфера применения электромагнетизма необычайно широка. Например, магнитные выключатели являются предпочтительными в использовании тем, что они менее восприимчивы к изменениям температуры и способны поддерживать номинальный ток без ложного срабатывания.

Электромагниты и их применение

Вот некоторые из примеров, где они используются:

  • Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
  • Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
  • Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Электромагниты в повседневной жизни

Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.

Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.

Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.

Электромагнитные силы

Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.

Магнетизм и электричество

Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.

Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.

Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов

Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.

Настоящее чудо техники — японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться. Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.

Понятие электромагнитной индукции

При изучении электричества и магнетизма важным является понятие электромагнитной индукции. Индукция имеет место, когда в проводнике в присутствии изменяющегося магнитного поля возникает поток электричества. Применение электромагнитов с их индукционными принципами активно используются в электродвигателях, генераторах и трансформаторах.

Где можно применять электромагниты в медицине?

Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.

Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.

1.7.2. Электромеханические преобразователи электромагнитного типа

Электромеханические преобразователи электромагнитного типа состоят из электромагнита и механического узла (рис. 1.68).

Преобразование электрической энергии в электромагнитную и затем в механическую или в обратной последовательности осуществляется за счет подвижного якоря, составляющего часть сердечника электромагнита. Якорь намагничивается в магнитном поле электромагнита и возникают силы взаимодействия намагниченного тела с магнитным полем, в которое оно помещено. Анализ процессов преобразования энергии состоит в определении зависимостей тока в катушке электромагнита, скорости и перемещения якоря, параметров движения механического узла от времени в переходных и установившихся режимах. Механическая нагрузка преобразователя представляется кинематической схемой с элементами трения, пружинам, инерционными

Схема электромеханического преобразователя электромагнитного типа элементами (массами, моментами инерции тел) и источниками внешних сил и моментов.

Модель такой электромеханической системы можно построить, используя следующую методику решения задачи: модели со сосредоточенными параметрами в виде электрических цепей применяются для электрической и механической подсистем [4], а анализ магнитной подсистемы выполняется с помощью численного анализа магнитного поля.

Эквивалентная схема электрической цепи для изображенного на рисунке 1.68 преобразователя содержит источник постоянной ЭДС — U, выключатель В, активное сопротивление провода катушки и индуцируемую в катушке ЭДС — e(t) (рис. 1.69а), которая согласно закону электромагнитной индукции определяется взятой со знаком минус производной потокосцепления катушки е = -с№/сД.

Эквивалентные схемы электрической и механической подсистем: а — электрическая подсистема; б — механическая подсистема.

Эквивалентная схема механической подсистемы (рис. 1.696) в соответствии с кинематической схемой на рисунке 1.68 составлена из источника силы Р (аналог источника тока в электрической цепи), резистора с сопротивлением 1/й.гр, представляющего вязкое трение, индуктивности со значением 1//еу — модели пружины и конденсатора с емкостью т — масса подвижной части преобразователя (якоря, штока и пр.). Скорость якоря и в модели определена напряжением на конденсаторе.

Система дифференциальных уравнений, записанная для анализа динамики работы системы, имеет вид:

В программной среде МАТЬАВ втшИпк расчетные уравнения формируются автоматически по составленным эквивалентным схемам.

Эта система уравнений не замкнута, так как не определена связь потокосдепления с остальными параметрами или ее временная функция. Для решения задачи используют итерационные пошаговые алгоритмы расчета электромагнитного поля в существующих пакетах программ для расчета полей [12], [15]. Однако здесь могут возникнуть трудности из-за разномасштабности во времени электромагнитных и механических процессов, что вызовет недопустимое возрастание объема и требуемого времени вычислений.

Для упрощения задачи принимают допущения об отсутствии индуцированных токов и магнитного гистерезиса в магнитопроводе и якоре электромагнита. В этом случае потокосцепление катушки и электромагнитную силу можно представить зависимостями только от двух переменных: перемещения х и тока г. Ф(х, /) и Р(х, г). Такие зависимости в табличной форме или в виде аппроксимирующих функций определяются расчетом электромагнитного поля в выбранном диапазоне варьирования переменных х,

Связь между электрической и механической подсистемами на рисунке 1.69 задается через источники фазовых переменных: индуцируемой в катушке электромагнита ЭДС и электромагнитную силу. Предположим, были рассчитаны эти функции и аппроксимированы полиномами:

Модель электромеханического преобразователя электромагнитного типа, в которую включены аппроксимирующие функции потокосцепления и силы, представлена в программной среде МАТЬАВ ЭппиИпк на рисунке 1.70.

Модель электромеханического преобразователя электромагнитного типа в МА’ГЬАВ вппиНпк

В схему включен генератор импульсов для управления выключателем электромагнита.

Электрическая подсистема модели (рис. 1.71) составлена из источника постоянного напряжения и, выключателя В, сопротивления провода катушки 7? и индуцируемой в катушке ЭДС е = -(?ЧК/сД, моделируемой управляемым источником напряжения. В схему включен амперметр А.

Модель электрической подсистемы

Расчет индуцируемой в катушке электромагнита ЭДС выполнен по схеме рисунка 1.72а. На вход 1п1 подается текущее значение тока из электрической подсистемы, а на вход 1п2 — значение перемещения якоря из механической подсистемы. На выходе Ои1;2 формируется значение е(?), а на выходе Ои11 — сигнал квадрата тока / 2 , ко-

Модели расчета управляющих сигналов: а — расчет индуцируемой ЭДС е((); б — расчета силы Р.

торый далее используется для расчета силы. Выход Ои12 соединен с управляемым источником напряжения в электрической подсистеме.

Расчет сил по построенному полиному производится по схеме рисунка 1.726. На вход 1п1 подается текущее значение тока из электрической подсистемы, вход 1н2 — значение квадрата тока из блока расчета ЭДС, а на вход 1иЗ — перемещения якоря из механической подсистемы. На выходе ОиП формируется сигнал силы, который управляет источником силы в механической подсистеме.

Схема механической подсистемы представлена на рисунке 1.73. Сила, действующая на якорь, моделируется управляемым источником тока, у которого на вход 1п1 по-

Модель механической подсистемы дается управляющий сигнал из блока расчета силы. Вязкое трение, пружина и масса подвижной части устройства представлены соответственно резистором, индуктивностью и конденсатором.

В модель включен упор, ограничивающий перемещение якоря в промежутке ±1 мм. Модель упора представляет собой шунтирующую цепь из Ш,-элементов — упругая стенка с рассеянием энергии. Когда якорь касается упора, замыкается ключ и подключается шунтирующая цепь. Для расчета перемещения якоря построена логическая цепь: вольтметр V2 дает значение скорости якоря. После интегратора получаем значение перемещения в метрах, которое затем пересчитывается в миллиметры, так как в функциональных блоках приняты такие единицы измерения. Начальное положение якоря задает элемент Constant. Пределы перемещения якоря — упоры, определены элементом Relay.

Цилиндрический электромагнит броневого типа

В качестве характерного примера приведем результаты расчетов изображенной на рисунке 1.68 системы, в которой применен цилиндрический электромагнит броневого типа с размерами, указанными на рисунке 1.74.

Задача состояла в построении зависимостей тока г, скорости и и перемещения х от времени в электромеханической системе при включении электромагнита на источник постоянного напряжения U. Механическая нагрузка представлена элементами вязкого трения с коэффициентом krp, пружиной с жесткостью ky и массой подвижной части т. Перемещение линейное по оси х.

Исходные данные: ?/=3,0 В; т = 0,5 кг; krp = 0,001 кг/с; ky = 1000 Н/м; сопротивление провода Rnp = 0,2 Ом; число витков катушки N = 40; материал магнитопровода и якоря — сталь 10. Начальные условия при анализе процесса включения электромагнита: зазор — § = х = 3 мм; сила начального поджатия пружины Р1ф0 = -2 Н; начальная скорость о = 0.

Рассчитанные с помощью программы анализа электромагнитного поля зависимости потокосцепления катушки и силы от перемещения якоря при различных токах приведены на рисунках 1.75, 1.76.

Результаты расчетов динамики работы электромеханической системы представлены на рисунке 1.77. В начале процесса источник питания выключен и якорь под действием силы предварительно поджатой пружины (установлено предварительное поджатие — 2 Н) перемещается в сторону увеличения зазора до упора х = 5 мм. В момент времени t = 0,05 с включается источник питания и якорь под действием электромагнитной силы перемещается в сторону уменьшения зазора до упора х = 1 мм. При ? = 0,1 с источник питания выключается и якорь возвращается в положение х = 3 мм. В момент

Зависимость потокосцепления катушки электромагнита от перемещения якоря (зазора) при различных токах

Зависимость силы, действующей на якорь электромагнита от перемещения якоря (зазора) при различных токах

времени ? = 0,15 с снова включается источник питания и якорь перемещается в положение х = 1 мм. В период переходного процесса включения источника питания изменение тока имеет характерный всплеск из-за перемещения якоря.

Характерной особенностью электромагнитной системы представляется нелинейная тяговая характеристика — зависимость силы от перемещения якоря, что затрудняет использование их в исполнительных механизмах. Получить тяговую характеристику, которая слабо зависит от перемещения в заданном диапазоне перемещения позволяют конструктивные решения, которые используются в пропорциональных электромагнитах (рис. 1.78).

В этом электромагните регулировка тяговой характеристики осуществляется выбором профиля и магнитных свойств кольцевой конической втулки. Материал втулки находится в состоянии близком к насыщению при максимальном зазоре. При перемещении якоря внутрь втулки ее материал переходит в более глубокое насыщение и при

Временные зависимости тока I, скорости V, электромагнитной силы и перемещения якоря х

неизменном токе это позволяет поддерживать постоянство силы.

Конструкция электромагнита пропорционального действия

Такие электромагниты применяются в механизмах клапанов, позиционерах и имеют тяговые характеристики, которые содержат протяженные горизонтальные участки, подобные, приведенным на рисунке 1.79 для электромагнита рисунка 1.78. Прямоугольной областью на этом рисунке выделена наиболее приемлемая зона регулирования силы электромагнита при вариациях тока катушки и перемещений якоря.

Электромагнитные приводы широко используются в контакторах, реле и других электрических аппаратах. Рассмотрим работу электромагнита в электромеханической системе реле постоянного напряжения с одной парой замыкающихся контактов, модель механического узла которого построена в п. 1.6.5.

Характерное семейство тяговых характеристик электромагнита пропорционального действия, приведенной на рисунке 1.78 конструкции

Размеры электромагнита представлены на рисунке 1.80. Ширина всех элементов магнитопровода 50 мм. Катушка электромагнита имеет 3000 витков, намотанных с коэффициентом заполнения К.з = 0,6. Напряжение питания электромагнита 24 В.

Конструкция электромагнита реле постоянного напряжения

Задача состоит в анализе динамики работы реле при включении и выключении электромагнита. Влиянием индуцированных токов и магнитным гистерезисом в деталях конструкции электромагнита пренебрегаем.

Порядок расчетов следующий. Сначала определяют функции потокосцепления и момента, действующего на якорь, от тока и угла поворота якоря ф. Для этого применяют программы численного анализа электромагнитного поля. При принятых допущениях задача сводится к анализу стационарного магнитного поля. На рисунке 1.81 представлены рассчитанные семейства однофакторных зависимостей потокосцепления и момента от угла поворо-

Зависимость потокосцепления (а) и момента, действующего на якорь (б), в электромагните реле рисунка 1.80 от угла поворота якоря при различных токах та якоря при различных фиксированных токах в электромагните рисунка 1.80. Зависимости имеют нелинейный вид, но сохраняют плавный возрастающий характер при уменьшении угла и увеличении тока в катушке.

Расчет зависимостей момента от угла поворота якоря при фиксированных значениях тока в катушке электромагнита удобно выполнить энергетическим методом в стационарном приближении с медленным линейным нарастанием тока до заданного значения. Силовые взаимодействия определяются по изменению магнитной энергии, соответствующей работе при малых перемещениях деталей системы. Перемещения якоря осуществляются при поддержании тока неизменным i = const, тогда момент вычисляется по формуле:

Для рассматриваемого примера искомые зависимости потокосцепления и момента приближенно аппроксимированы полиномами вида:

Коэффициенты полиномов, определенные по методу наименьших квадратов, следующие:

• для электромагнитного момента, действующего на

• для потокосцепления катушки: а2 = 2475,0;а3 = -232,6;

После определения параметров электромагнита построим его модель в MATLAB Simulink и соединим ее с моделью механического узла контактов рисунка 1.53. Полная модель реле приведена на рисунке 1.82. Она составлена из подсистем (Subsystem): электрической электромагнита, контактной системы реле, блоков расчетов момента и индуцируемой в катушке электромагнита ЭДС.

Полная модель электромеханической системы реле

В модель включены импульсный генератор для управления ключом, коммутирующим источник питания электромагнита, и осциллографы для визуализации временных зависимостей исследуемых параметров.

Модель электрической подсистемы электромагнита показана на рисунке 1.83. Она составлена в випРошегвув- 1ешз.

Модель включает следующие элементы: источник постоянного напряжения ?/, идеальный ключ для коммутации источника, активное сопротивление провода катуш-

Модель электрической подсистемы электромеханической системы реле

khR, управляемый источник напряжения, моделирующий индуцируемую в катушке ЭДС e(t) = —dp/di. Знак «минус» учтен встречным включением источника. Также в схеме модели присутствуют измерители тока и напряжения.

Модель блока расчета полинома, аппроксимирующего функцию потокосцепления и его производной для определения ЭДС, представлена на рисунке 1.84а.

Блоки расчетов потокосцепления и ЭДС (а) и момента (б) модели электромеханической системы реле

На вход 1п1 подается измеренный в электрической подсистеме ток, а на вход 1п2 — значение угла поворота якоря электромагнита из механической подсистемы. Блок выполняет совокупность арифметических операций вычисления полинома потокосцепления и его производной. Выход ОиИ подключается к управляемому источнику напряжения в электрической подсистеме.

Расчет действующего на якорь электромагнита момента выполняется по схеме рисунка 1.846. На входы 1п1,1п2 подаются сигналы тока и угла якоря. После выполнения арифметических операций вычисления полинома, аппроксимирующего момент, полученный сигнал с выхода Ои1Д управляет источником электромагнитного момента в механической подсистеме — контактной системе реле.

Результаты расчетов процесса включения и последующего отключения электромагнита реле приведены ниже на осциллограммах (рис. 1.85), где показаны управляющий импульс ключа, ток в катушке и момент электромагнита.

Ток в электромагните имеет характерное искажение апериодического процесса нарастания тока при включении из-за движения якоря, влияющего на скорость из-

Осциллограммы управляющего импульса ключа [/, тока / и момента электромагнита М

Осциллограммы управляющего импульса ключа С/, углов поворота якоря и первого контакта сря, (рк1 и угла поворота второго контакта срк2 (полная и увеличенная) менения потокосцепления в катушке. В осциллограмме момента выделяются два участка: быстрое нарастание момента при движении якоря и нарастании тока и более медленное увеличение момента с ростом тока, когда якорь остановился.

На рисунке 1.86 приведены осциллограммы управляющего импульса ключа, изменение углов поворота якоря, первого контакта и второго контакта.

Начальное положение якоря определено углом 3° (0,0524 рад), что соответствует начальному положению первой контактной пластины с углом 0°. В период времени до включения электромагнита под действием момента, создаваемого предварительно поджатой возвратной пружины, якорь поворачивается на угол 2° до упора с углом 5° (0,0873 рад), а первая контактная пластина поворачивается вправо на угол -2,5° (-0,0436 рад). Затем, при включении электромагнита под действием возникающего электромагнитного момента якорь, преодолевая противодействующие моменты возвратной пружины и контактной системы, переходит в положение с углом 0°, первая контактная пластина — в положение 3,75° (0,0655 рад), вторая контактная пластина — в положение 0,162° (2,83-10

Таким образом, угол провала контакта составляет 0,162° или 0,14 мм. В момент касания контактных пластин происходит короткий отскок второй пластины до угла -0,04 рад (рис. 1.876). При размыкании контактов наблюдается небольшое качание второго контакта.

По осциллограммам определяется время срабатывания реле — 0,035 с и время отпускания — 0,036 с.

В электромеханических преобразователях магнитоэлектрического типа используют силовое взаимодействие магнитного поля, создаваемого электромагнитом, с постоянными магнитами. Анализ таких устройств рассмотрим на примере линейного магнитоэлектрического привода механизма возвратно-поступательного действия (рис. 1.87).

Устройство состоит из внешнего кольцевого магнито- провода с полюсными дисками из магнитомягкого материала, кольцевой электрической катушки возбуждения, подвижной системы из двух встречно намагниченных цилиндрических постоянных магнитов. Привод обеспечивает значительное вынуждающее усилие при большой амплитуде перемещения подвижной части и малых массогабаритных показателях. Преимуществами данной системы является также отсутствие подвижных токоведущих частей. Недостатком привода представляется повышенная токовая нагрузка из-за значительных немагнитных промежутков, к которым относятся и постоянные магниты.

Механическую систему с таким приводом представим эквивалентной механической нагрузкой (рис. 1.88), состоящей из инерционного элемента — массы т, пружины с жесткостью и вязкого трения с коэффициентом /гтр,

Электромеханическая система линейного магнитоэлектрического преобразователя которая подсоединена к подвижным постоянным магнитам. Питание электромагнита осуществляется от источника переменного напряжения.

Задача анализа заключается в расчете зависимостей тока, электромагнитной силы, скорости и перемещения от времени в магнитоэлектрической системе в переходных режимах, а также амплитудных и фазочастотных характеристик параметров. Для этого составим макромодели для электрической и механической подсистем. Магнитную подсистему представим более точной микромоделью с пространственно-временными распределенными параметрами, определенными с помощью численного анализа магнитного поля. Распространение теплоты в пространстве выделяется в отдельную задачу и здесь не рассматривается.

Каждый электрик должен знать:  Электричество из земли своими руками схема, видео, идеи

Эквивалентные схемы электрической и механической подсистем в общем случае не отличаются от схем для преобразователя электромагнитного типа, приведенных в п. 1.7.2, если иметь в виду, что потокосдепление катушки создается не только собственным током, но и постоянными магнитами и результирующая сила, действующая на постоянный магнит, может возникнуть и при выключенном токе при взаимодействии постоянного магнита с ферромагнитными деталями магнитной системы.

Сила зависит от магнитных свойств постоянного магнита и магнитопровода, от тока в катушке электромагнита, положения подвижной части и при учете вихревых токов — от скорости движения. Индуцируемая в катушке ЭДС определяется скоростью изменения потокосцепления с ней, которое, в свою очередь, также зависит от тока, положения постоянных магнитов и возможных индуцированных токов в электропроводящих деталях конструкции. Эти зависимости нелинейные, гистерезисные, так как при изменении тока и положения магнита непропорционально изменяется магнитных поток из-за нелинейных гистерезисных магнитных свойств материала сердечника и постоянных магнитов. Однако в условиях, когда магнитопровод и полюса не находятся в состоянии глубокого насыщения и можно принять относительную магнитную проницаемость материала постоянной, намагниченность высококоэрцитивных постоянных магнитов практически неизменной, а также пренебречь влиянием вихревых токов в электропроводящих элементах конструкции, возможно без заметной ошибки упростить расчетные модели.

Такие допущения приемлемы при анализе динамики работы электромеханических систем магнитоэлектрического типа на начальных стадиях их проектирования. Они позволяют использовать принцип наложения для определения параметров моделей. Потокосцепление в катушке электромагнита представляется в виде суммы двух составляющих: Ф* = Т,(г, х) + ^„„(х), где ТДг, х) — создается током в катушке и в общем случае зависит от положения х подвижной части устройства относительно электромагнита, Ф„м(х) — создается постоянными магнитами и не зависит от значения тока в катушке, а определяется только положением подвижной части. В рассматриваемой конструкции принимается, что составляющая ФДц х) не зависит от положения постоянных магнитов, так как для внешнего магнитного поля постоянный магнит имеет относительную магнитную проницаемость близкую к рг= 1, т. е. занимаемый им объем для внешнего магнитного поля — немагнитный. Если подвижная часть устройства содержит кроме постоянных магнитов детали из магнитомягких материалов, которые приводят к изменению составляющей магнитного потока от тока катушки при перемещении, то функция потокосцепления катушки представляется функцией двух переменных.

Результирующая ЭДС рассматриваемой конструкции с учетом принятых допущений может быть выражена следующим образом через производную по времени потокосцепления:

где ? — время; йх/сД = и — скорость движения постоянных магнитов относительно электромагнита.

В упрощенной линеаризованной модели функция сРРД^/си будет постоянным числом, т. е. мы допускаем независимость потока электромагнита от положения подвижной части. Составляющую ЭДС с этим коэффициентом в эквивалентной схеме удобно представить в виде напряжения на постоянной индуктивности, а составляющую, пропорциональную скорости движения, оставить как ЭДС (рис. 1.89)

Результирующая сила взаимодействия электромагнита и подвижной части в условиях принятых допущениях раскладывается на две составляющие:

где Рпм(д:) — сила взаимодействия постоянных магнитов с магнитопроводом электромагнита при отсутствии тока в катушке, РЭ!Л(х, /) — сила взаимодействия постоянных магнитов с магнитным полем электромагнита — электромагнитная сила. Сила постоянных магнитов зависит только от положения подвижной части, а электромагнитная сила зависит как от положения, так и от тока в катушке. Причем из упрощающих условий независимости намагниченности постоянных магнитов от значения магнитной индукции и пропорциональности магнитной индукции электромагнита току в катушке (постоянная относительная магнитная

Упрощенные эквивалентные схемы электромеханического преобразователя магнитоэлектрического типа:

проницаемость материала электромагнита) следует

Для принятых допущений эквивалентные схемы электрической и механической подсистем представляются в виде, показанном на рисунке 1.89.

а — электрическая подситсема; б — механическая подсистема.

Более простая модель получается при допущениях: СДх) = Се🙂 = const, а сила постоянных магнитов линейно зависит от перемещения Рпм(х) = 1гимх. Линейная зависимость силы постоянных магнитов от перемещения моделируется введением в эквивалентную схему механической подсистемы дополнительного упругого элемента жесткостью /гпм, которая может быть положительной или отрицательной. Такая магнитная пружина складывается с механической пружиной, и получаем пружину с эквивалентной жесткостью. Обоснования выбранных допущений возможно только на основании анализа тяговых характеристик устройства и функций потокосцепления.

Упрощенная модель электромеханической системы преобразователя магнитоэлектрического типа, составленная в соответствии с эквивалентными схемами рисунка 1.89 в МАТЬАВ ЭтшИпк, приведена на рисунке 1.90.

Электрическая и механическая подсистемы связаны блоками расчета силы и ЭДС. Модель электрической подсистемы (рис. 1.91) составлена из последовательно соединенных источника питания, активного сопротивления провода катушки, индуктивности катушки и управляемого источника напряжения, представляющего ЭДС,

Упрощенная модель электромеханической системы преобразователя магнитоэлектрического типа в МАТЬАВ 8шш1тк

Модель электрической подсистемы преобразователя

индуцируемую при движении постоянных магнитов. Сигнал управления формируется в блоке расчета ЭДС и подается на вход 1п1. Также в схему включены измерительные приборы: амперметр — выход ОиП, вольтметр — выход Ои1;2.

Схемы блоков расчета сил и ЭДС приведены на рисунке 1.92. Они содержат функцию /(и), аппроксимирующую зависимости индуцируемой в катушке ЭДС или действующей на якорь электромагнита силы по перемещению якоря х, и элемент умножения. На вход 1н1 подается сигнал перемещения якоря из механической подсистемы. На вход 1п2 подаются или ток для расчета силы, или скорость якоря для расчета ЭДС. Соответственно на выходе ОиП получаем силу или ЭДС.

Схема механической подсистемы изображена на рисунке 1.93. В ней параллельно соединены управляемый

Модель блоков расчета сил или ЭДС

Модель механической подсистемы преобразователя

источник тока — источник силы Рэм, резистор, индуктивность и конденсатор, моделирующие вязкое трение, пружину и массу подвижной части. Управление источником силы осуществляется по входу 1п1 сигналом, сформированным в блоке расчета силы. Вольтметр У2 измеряет скорость постоянных магнитов. Далее сигнал вольтметра интегрируется и на выходе ОиН получаем значение перемещения х, который подается на блоки расчета сил и ЭДС. С выхода Ои12 сигнал скорости подается на блок расчета ЭДС.

Порядок расчета параметров упрощенной модели устройства с помощью программы численного анализа электромагнитного поля следующий:

  • 1. Расчет индуктивности Ь при отсутствии постоянного магнита и номинальном токе.
  • 2. Расчет функции потокосцепления и его производной по перемещению от поля постоянных магнитов при выключенном токе.
  • 3. Расчет зависимостей от положения постоянных магнитов результирующей силы Ру(х) при номинальном токе, силы постоянных магнитов при выключенном токе Рпм(х) и электромагнитной силы Рэм(х) = Р^(х) — РП!Л(х).

В качестве примера приведем результаты расчетов конструкции рисунка 1.88, со следующими исходными данными:

  • • материал магнитопровода — сталь 10;
  • • намагниченность постоянных магнитов — 1000 кА/м.

Начальные условия: х = 0 мм (симметричное положение магнитов относительно электромагнита); сила начального поджатия пружины Р1ф0 = 0; начальная скорость о = 0; хтах = ±7,0 мм.

Индуктивность катушки составила Ь = 0,52 Гн, активное сопротивление Я = 264 Ом.

Рассчитанные функции потокосцепления и его производной по перемещению от поля постоянных магнитов приведены на рисунке 1.94. Аппроксимирующая функция в виде полинома для производной потокосцепления:

Зависимость потокосцепления (а) катушки с магнитным полем постоянных магнитов и его производной (б) от положения постоянных магнитов

Зависимости сил от перемещения подвижной части устройства

Результирующая сила, сила постоянных магнитов при выключенном токе и электромагнитная сила Рэм(х) = Р^(х) — Р,т(х) как функции положения постоянных магнитов приведены на рисунке 1.95.

Аппроксимирующие функции результирующей силы:

Из баланса преобразуемой энергии из электрической в механическую следует, что

Полученное небольшое расхождение в аппроксимирующих формулах для этих коэффициентов связано с нелинейными свойствами материала сердечника электромагнита, которые учитывались при расчете. В дальнейшем будем использовать формулу для СДх).

Аппроксимирующая функция для силы взаимодействия постоянных магнитов со стальным сердечником электромагнита Р,т(х) = 10,Зх вычитается из жесткости пружины.

Результаты расчетов переходного процесса при включении источника питания (220 В, 50 Гц) в период времени t = 0ч-0,1 с по составленной модели представлены на рисунке 1.96.

Характер полученных зависимостей указывает на переходной процесс вблизи частоты механического резо

Рассчитанные осциллограммы переходного процесса при включении электромеханической системы преобразователя магнитоэлектрического типа рисунка 1.88: напряжения питания и, электромагнитной силы Рзм, тока I, перемещения постоянных магнитов х

АЧХ и ФЧХ для скорости движения постоянных магнитов

нанса, что подтверждается анализом частотных зависимостей. Результаты расчетов АЧХ и ФЧХ скорости движения постоянных магнитов с опорным параметром силы (опорный параметр имеет единичное значение) представлены на рисунке 1.97.

Электромагнитные системы широко используются для создания измерительных устройств как электрических, так и неэлектрических величин. В электроэнергетике повсеместно применяют трансформаторы тока, которые предназначены для преобразования тока первичной сети во вторичный, имеющий стандартный уровень 1 или 5 А, используемый в качестве сигнала в системах измерения, учета и релейной защиты. Для получения линейной функции преобразования амплитудных и фазовых характеристик измеряемого тока во вторичный ток такие трансформаторы имеют конструктивные особенности, отличные от трансформаторов напряжения. Первичная обмотка включается в контролируемую цепь тока последовательно, поэтому она должна иметь малое сопротивление, чтобы падение напряжения на ней практически отсутствовало. Вторичная обмотка замыкается на измерительные или другие приборы с малым сопротивлением, поэтому режим работы трансформатора тока считается близким к режиму короткого замыкания. Амплитудная и фазовая погрешность трансформатора тока определяется как функция измеряемого тока.

По конструктивному исполнению и применению трансформаторы тока бывают следующих видов:

  • • встроенный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит ввод электротехнического устройства;
  • • опорный трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для установки на опорной плоскости;
  • • проходной трансформатор тока — трансформатор тока, предназначенный для использования его в качестве ввода;
  • • шинный трансформатор тока — трансформатор тока, первичной обмоткой которого служит одна или несколько параллельно включенных шин распределительного устройства (шинные трансформаторы тока имеют изоляцию, рассчитанную на наибольшее рабочее напряжение);
  • • втулочный трансформатор тока — проходной шинный трансформатор тока;
  • • разъемный трансформатор тока — трансформатор тока без первичной обмотки, магнитная цепь которого может размыкаться и затем замыкаться вокруг проводника с измеряемым током.

На рисунке 1.98 изображен разрез высоковольтного ввода с встроенным трансформатором тока. Вводы служат для подсоединения выключателя к шинам распределительного устройства. Ввод состоит из изоляционной втулки с контактным стержнем, фарфоровой покрышки и помещенных в колпак трансформаторов тока. Пространство между втулкой и фарфоровой покрышкой заполнено изоляционным материалом загерметизировано от окружающей среды. Ввод крепится к корпусу выключателя.

Встроенный трансформатор тока состоит из магни- топровода и двух обмоток: защитной и измерительной. Трансформатор тока выполнен в виде тороида (рис. 1.99).

Конструкция ввода: 1 — дугогасительная камера; 2 — стальной корпус; 3 — высоковольтный ввод; 4 — трансформатор тока; 5 — опорная рама (Сименс).

Изготовление трансформатора тока

Магнитопровод — ленточный из электротехнической стали. Роль первичной обмотки трансформатора тока выполняет контактный стержень ввода. Вторичная обмотка намотана равномерно на магнитопроводе.

Принцип работы трансформатора тока поясним на модели двухобмоточного трансформатора напряжения, схема которого приведена на рисунке 1.100.


Схема двухобмоточного трансформатора напряжения: и — напряжение питания первичной обмотки; ЛГ,, Л г 2 — числа витков первичной и вторичной обмоток; Z?laГp — комплексное сопротивление нагрузки.

Эквивалентные схемы электрических подсистем первичной и вторичной обмоток трансформатора показаны на рисунке 1.101а, б и магнитной цепи на рисунке 1.101в. Выделены магнитные потоки рассеяния обмоток и рабочий магнитный поток.

На схемах обозначено:

  • • в первичной обмотке: С/ — напряжение питания; — сопротивление провода; Ьп1 — индуктивность магнитных потоков рассеяния; ел — индуцируемая ЭДС рабочим магнитным потоком;
  • • во вторичной обмотке: Я2 — сопротивление провода; Ьа2 — индуктивность магнитных потоков рассеяния; е2 — индуцируемая ЭДС рабочим магнитным потоком; Zнal.p — комплексное сопротивление нагрузки трансформатора;
  • • в магнитной цепи: Дмо1, Вм2 — магнитные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмотки; Вми — нелинейное магнитное сопротивление сердечника; Ьм — магнитная индуктивность, определяющая активные потери в сердечнике от индуцируемых токов и магнитного гистерезисами. п. 1.4.3, далее не учитывается);

Эквивалентные схемы двухобмоточного трансформатора: а — первичная электрическая обмотки; 6 — вторичная электрическая цепь; в — магнитная цепь.

?2ЛГ2 — магнитодвижущие силы первичной и вторичной обмоток;

Фм»1, ф .мп2 — магнитные потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток; Фмп — рабочий магнитный поток в сердечнике.

Модель трансформатора, составленная по приведенным эквивалентным схемам в программной среде МАТЬАВ випиИпк, изображена на рисунке 1.102.

Модель включает три подсистемы: первичной

и вторичной обмоток и магнитной цепи трансформатора, которые приведены на рисунке 1.103. Подсистемы связаны управляемыми источниками напряжения. Индуцируемые в обмотках ЭДС ег и е2 получают сигнал

Модель двухобмоточного трансформатора в программной среде МАТЬАВ ЭппиНпк

Эквивалентные схемы подсистем трансформатора в МАТ1АВ вшшИпк: а, б — схемы первичной и вторичной обмоток; в — магнитная цепь.

управления о рабочем магнитном потоке Фмп из магнитной подсистемы. Этот сигнал дифференцируется и умножается на число витков обмотки. В магнитной подсистеме МДС и ?2-^2 представлены управляемыми источниками напряжения по значениям токов первичной и вторичной обмоток, которые дают амперметры в соответствующих цепях (рис. 1.103). Модель нелинейного магнитного сопротивления сердечника трансформатора Дми составлена в виде управляемого источника тока (магнитного потока) ФМп(1/м„), который представляет вебер-амперную характеристику сердечника, заданную аппроксимирующей функцией в элементе ВбАХ ДМ11, как функция измеряемого вольтметром магнитного напряжения 1/мп.

У трансформатора тока считается заданным ток в первичной обмотке, поэтому нет необходимости включать в расчет первичную обмотку как у трансформатора напряжения и модель будет иметь вид схемы, представленной на рисунке 1.104. Здесь источник тока (измеряемый ток) управляет МДС первичной обмотки в магнитной подсистеме.

Модель трансформатора тока в программной среде МЛТЬЛВ втшИпк.

Ток представлен суммой двух гармонических составляющих

Конструкция трансформатора тока, магнитные свойства материала сердечника, значения первичного тока и нагрузки вторичной обмотки влияют на возникающие погрешности измерения тока и его угла. Моделирование процессов позволяет выполнить теоретический анализ возникающих погрешностей. Для примера рассмотрим встроенный трансформатор тока типа ТВ-35-Ш. Габаритный чертеж трансформатора приведен на рисунке 1.105, а его технические характеристики в таблице 1.5.

Габаритный чертеж трансформатора тока ТВ-35-Ш

Технические характеристики трансформатора тока ТВ-35-111

Электромагнит постоянного тока

Выбор конструктивного типа и формы стопа. Определение основных размеров электромагнита, параметров катушки. Расчет винтовой пружины. Разработка ключевого усилителя мощности, источника питания постоянного тока. Анализ динамической характеристики системы.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 16.11.2011
Размер файла 122,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Под электромагнитным механизмом (ЭММ) понимают устройство, работа которого основана на взаимодействии ферромагнитного подвижного элемента с магнитным полем, создаваемым намагничивающей обмоткой. ЭММ состоит из двух основных узлов: электромагнита (ЭМ) и исполнительного механизма (исполнительного органа, механизма нагрузки). ЭММ является преобразователем электромагнитной энергии ЭМ в механическую энергию исполнительного механизма.

Благодаря своим богатым функциональным возможностям ЭММ в настоящее время нашли широкое применение вообще и в особенности в приборных устройствах. Они отличаются не только большим разнообразием выполняемых функций, но и в еще большей степени разнообразием конструктивных решений.

Особенности приборных ЭММ заключаются в следующем. Во-первых, приборные ЭММ — маломощные механизмы. Во-вторых, к ним часто предъявляют высокие требования в отношении динамических характеристик (быстродействия). В-третьих, это преимущественно ЭММ постоянного тока. ЭММ постоянного тока в сравнении с ЭММ переменного тока имеют значительно меньшую потребляемую мощность, массу и габариты и способны развивать бульшие тяговые усилия. Даже в тех приборных устройствах, в которых имеется лишь питающая сеть переменного тока, выгоднее установить специальный выпрямитель, чем использовать ЭММ переменного тока. Такой выпрямитель легко может быть реализован на полупроводниковых элементах, учитывая, что ЭММ приборных устройств являются маломощными. И, наконец, в-четвертых, приборные ЭММ нередко отличаются особыми тяговыми характеристиками, что объясняет особенности их применения.

Наибольшую трудность при создании ЭММ представляет расчет и проектирование наиболее сложного и специфического узла ЭММ — его электромагнита.

Существующие в настоящее время ЭМ характеризуются большим разнообразием конструктивных форм магнитопроводов, расположения обмоток, способов их питания. Их классифицируют по следующим наиболее важным признакам:

по характеру движения якоря: с угловым и поступательным перемещением якоря;

по расположению якоря: с внутренним или с втягивающимся якорем (ЭМ соленоидного типа или втяжные) и с внешним якорем;

по виду тяговой характеристики (зависимость силы электромагнитного притяжения FЭ, действующей на якорь, от воздушного зазора д).

Втяжные ЭМ отличаются большим ходом якоря, малыми размерами и высоким быстродействием. Втяжные ЭМ со стопом создают бульшие усилия, чем без стопа. Это усилие резко растет по мере приближения якоря к стопу. На форму тяговой характеристики существенно влияют размер и форма стопа: конический стоп в сравнении с плоским позволяет увеличить начальное тяговое усилие; при увеличении высоты стопа седлообразная тяговая характеристика приближается к гиперболической.

В данном курсовом проекте будет рассчитываться втяжной электромагнит. Он является нейтральным ЭМ, так как для него характерно наличие одного магнитного потока, который создается управляющей обмоткой, расположенной на статоре. Обмотка управления питается от усилителя мощности работающего в ключевом режиме (на обмотку подаются прямоугольные импульсы, а информация содержится в длительности импульса).

Различают две основные задачи проектирования ЭМ — прямую и обратную. Прямая задача заключается в определении по заданным исходным данным типа ЭМ, его геометрических размеров и характеристик намагничивающей катушки, то есть это создание конструкции. Обратная задача выражается в проверочном расчете уже существующего или известного ЭМ с определением точных его магнитных характеристик и проектированием катушки. В нашем случае имеет место прямая задача.

Порядок проектирования ЭМ по заданным параметрам (прямая задача) обычно выполняется в два этапа: сначала производится проектный (предварительный) расчет, а затем поверочный (окончательный) расчет. На первом этапе: определяют недостающие и уточняют имеющиеся исходные данные; выбирают тип ЭМ; выбирают магнитные характеристики ЭМ (индукцию в воздушном зазоре, максимальную индукцию); определяют основные размеры и параметры ЭМ. На втором этапе по известным размерам ЭМ: рассчитывают магнитную цепь с определением намагничивающей силы, необходимой для срабатывания; рассчитывают размеры катушки; производят корректировку размеров ЭМ.

После выполнения этих двух этапов разрабатываются программы расчета статических и динамических характеристик, производится их анализ. Затем выбирают схему усилителя мощности и рассчитывают его. И в конце рассчитывается источник питания для ЭМ.

Оптимальную конструктивную форму ЭМ можно выбрать по конструктивному фактору (КФ). Каждой конструктивной форме ЭМ, спроектированного оптимально в смысле минимума массы, соответствует определенный диапазон значений КФ. Диапазоны значений КФ приведены в различных справочниках. Конструктивный фактор КФ дает возможность определить конструктивную форму только в первом приближении. Он не учитывает многие требования технического задания: температурные условия, режим работы и так далее.

где — величина рабочего зазора

— толщина немагнитной прокладки

(предотвращает залипание якоря на стопе)

Таким образом, исходя из табличных значений, имеем стоп конической формы с наклоном

Проектный расчет

Определение основных размеров электромагнита:

Устройства питания электромагнитов постоянного тока

ГОСТ 19264-82
(СТ СЭВ 3153-81)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Общие технические условия

Control electromagnets.
General specifications

Дата введения 1983-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности

ИСПОЛНИТЕЛИ

Ф.П.Чалый, Л.Л.Тульчинский, Н.А.Терехова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 06.05.82 N 1827

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3153-81.

4. Срок проверки I квартал 1991 г.

6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, подпункта

7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (июль 1987 г.) с Изменением N 1, утвержденным в июне 1987 г. (ИУС 9-87).

ПРОВЕРЕН в 1987 г.

Срок действия продлен до 01.01.93 Постановлением Госстандарта СССР от 17.06.87 N 2099

8. Срок действия продлен до 01.01.93.

Настоящий стандарт распространяется на электромагниты управления (далее — электромагниты) постоянного и переменного тока, применяемые в исполнительных механизмах различного промышленного назначения, а также в качестве самостоятельного функционального блока.

Настоящий стандарт не распространяется на следующие электромагниты:

управляющие контактными устройствами коммутационных аппаратов;

подъемные;

для информационной техники;

для использования на подвижных установках наземного, водного и воздушного транспорта;

специального назначения.

Термины и пояснения, применяемые в настоящем стандарте, приведены в справочном приложении.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1. В зависимости от рода тока питающей сети электромагниты подразделяются на:

постоянного тока;

переменного тока — однофазные;

переменного тока — трехфазные.

1.2. В зависимости от вида воздействия на исполнительный механизм электромагниты подразделяются на:

одностороннего действия — тянущие или толкающие;

одностороннего действия — тянущие и толкающие;

двустороннего действия с нулевым положением;

реверсивного действия;

для ударной нагрузки;

поворотные.

2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ

2.1. Номинальное рабочее напряжение электромагнитов должно выбираться из следующих значений ряда:

12; 24; 48; 60; 110; 220; 440 В — для электромагнитов постоянного тока;

24; 42; 60; 110; 220; 380 В — для однофазных электромагнитов;

220; 380; 660 В — для трехфазных электромагнитов.

2.2. Электромагниты должны работать при значениях напряжения питающей сети от 0,9 до 1,1 номинального значения.

2.3. Номинальная частота сети для питания электромагнитов переменного тока должна составлять 50 или 60 Гц с допускаемым отклонением ±3%.

2.4. Электромагниты должны работать в одном, двух или в трех из следующих режимов:

продолжительный;

повторно-кратковременный;

кратковременный.

2.4.1. Электромагниты переменного тока для продолжительного режима работы должны допускать не менее 120 включений в 1 ч.

2.4.2. Относительная продолжительность включения для повторно-кратковременного режима работы должна выбираться из значений следующего ряда:

5; 15; 25; 40; 60%.

Максимальное время цикла 300 с.

2.4.3. Продолжительность включения для кратковременного режима работы должна выбираться из значений следующего ряда:

5; 10; 15; 30 с;

10; 30; 60; 90 мин.

2.5. Число циклов ВО, определяющее механическую износостойкость (средний ресурс) электромагнитов, должно выбираться из следующего ряда: 10000; 30000; 100000; 300000; 1000000; 3000000; 4000000; 6300000; 10000000; 16000000; 20000000; 30000000.

2.6. Габаритные, установочные размеры, масса и удельная масса электромагнитов, получаемая делением массы на основной параметр, должны указываться в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы. Для определения удельных показателей основным параметром для электромагнитов является номинальная работа.

2.5, 2.6. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

3.1. Требования к конструкции

3.1.1. Электромагниты должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта, стандартов и технических условий на конкретные серии или типы электромагнитов по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

3.1.2. Наименьшие пути тока утечки по изоляции и воздушные расстояния между частями электромагнита, в зависимости от напряжения по изоляции, а также от электроизоляционных материалов, должны соответствовать табл.1-2 для степеней защиты:

IP00 и IP20 — группа В,

IP4X — группа Б,

IP5X — группа А.

У катушек, намотанных обмоточным проводом с эмалевой изоляцией, допускается уменьшение путей тока утечки и воздушных расстояний между поверхностью обмотки и сердечником или же металлическими частями, соединенными с сердечником, до 50% от значений, указанных в табл.1.

Примечание. Требования п.3.1.2 не относятся к катушкам, изолированным дополнительной изоляцией, опрессованным или залитым электроизоляционным материалом, у которых нарушение целостности обмотки не может привести к перекрытию на металлические части электромагнита.

В этом случае проверка путей токов утечки и воздушных расстояний не проводится. Проверка путей токов утечки не проводится также в случае, когда катушка имеет гибкие выводы.

Значения наименьших воздушных расстояний и путей тока утечки

Номинальное напряжение по изоляции, В, не более

Путь тока утечки

Путь тока утечки

Путь тока утечки

Путь тока утечки в зависимости от вида электроизоляционного материала

Виды электроизоляционного материала

Путь тока утечки

Изоляционные материалы, не проверенные на стойкость к токам утечки

Изоляционные материалы, проверенные на стойкость к токам утечки

Фарфор глазурованный, стеатит, стекло, слюда и т.п.

3.1.3. Степень защиты электромагнитов — по ГОСТ 14255-69 и должна соответствовать среде, в которой они работают.

3.1.4. На несъемной части металлической оболочки (основании) электромагнита, электрически не соединенной с токоведущими частями, должен быть предусмотрен отдельный легкодоступный и надежно защищенный от коррозии и самоотвинчивания элемент защитного заземления.

3.1.5. Заземляющие зажимы и знаки заземления — по ГОСТ 21130-75.

3.1.6. Значение сопротивления между заземляющими элементом (болтом, винтом, шпилькой) и каждой доступной для прикосновения металлической нетоковедущей частью электромагнита, которая может оказаться под напряжением, не должна превышать 0,1 Ом.

3.1.7. При наличии металлической оболочки элемент для ее заземления должен быть расположен внутри оболочки.

Примечание. Электромагниты, предназначенные для монтажа на заземленных металлоконструкциях, могут не иметь специального элемента для заземления, если их конструкция обеспечивает надежное электрическое соединение с заземленными устройствами через опорную поверхность оболочки (основания) электромагнита.

3.1.8. Съемные металлические части оболочки электромагнита в рабочем положении должны иметь надежный электрический контакт с несъемной заземляемой металлической корпусной частью электромагнита.

Допускается соединение съемной металлической части оболочки с несъемной заземляемой частью винтами или болтами при условии, что винты и болты имеют защитное металлическое покрытие, а между головками болтов, винтов, гаек и съемной металлической частью оболочки нет электроизолирующего слоя (например, лака, краски, эмали). Допускается применение зубчатых шайб, разрушающих слой лака при осуществлении соединения.

3.1.9. Допускается не заземлять следующие металлические детали:

основания электромагнитов, встраиваемых в заземленные металлические оболочки;

нетоковедущие детали, если они надежно изолированы от токоведущих частей и не могут оказаться под напряжением при обслуживании и уходе.

3.1.10. Изоляция частей электромагнитов, устанавливаемых на станках и не подлежащих заземлению, должна соответствовать ГОСТ 12.2.009-80*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 12.2.009-99. — Примечание изготовителя базы данных.

3.1.11. Электромагниты, питающее напряжение которых безопасно, могут не иметь защитный зажим.

3.1.12. Размеры пространства для присоединения проводов должны обеспечивать удобство присоединения подводящих проводов, включая заземляющий провод, при соблюдении допустимых радиусов изгиба проводов и обеспечении нормальной эксплуатации электромагнитов.

3.1.13. Отверстия для подводящих проводов в оболочках электромагнитов должны предохранять от повреждения подводящие провода наименьшего и наибольшего сечений без нарушения защиты.

3.1.14. Места ввода для подвижных подводящих проводов должны исключить возможность нарушения их изоляции и обрыва.

3.1.15. В зависимости от номинального тока выводы должны обеспечивать присоединение внешних проводов с сечением в соответствии с табл.3.

Номинальный ток, А, не более

3.1.16. Присоединительные зажимы у трехфазных электромагнитов следует обозначать следующим образом: начало обмотки; конец обмотки.

3.1.17. Контактные соединения должны быть выполнены так, чтобы не было недопустимого снижения контактного нажатия в процессе эксплуатации.

Провода должны зажиматься между деталями, выполненными из металла. Контактное нажатие не должно передаваться через изоляционный материал.

Примечание. Это требование не обязательно в случае расположения проводов между деталями из фарфора, стеатита и аналогичных по стабильности размеров в процессе эксплуатации материалов, а также из других материалов, если приняты меры, позволяющие компенсировать изменения толщины материала.

3.1.18. Гибкие выводы должны иметь длину, обеспечивающую повторное присоединение электромагнита в случае обрыва конца провода в месте его присоединения.

3.1.19. У нестационарных электромагнитов, имеющих гибкие выводы, подводящие провода не должны быть подвержены натяжению. Изоляция проводов должна быть защищена от повреждения, а жилы проводов — от проворачивания. Концы жил провода не должны изменять своего положения в контактных зажимах. Смещение провода, которое должно замеряться на выпрямленном проводе, не должно превышать 2 мм, а зажимное устройство не должно иметь значительного перемещения. Части устройства, служащего для защиты выводов от натяжения и от проворачивания, не должны находиться под напряжением. Для разгрузки выводов против натяжения и проворачивания необходимо применять неперемещающиеся детали внутри оболочки.

3.1.20. Все резьбовые разборные соединения должны быть предохранены от самоотвинчивания.

Крепежные винты, отвинчиваемые при периодическом обслуживании, должны быть невыпадающими.

3.1.21. Поверхности деталей, которые могут быть подвержены коррозии, должны иметь защитное покрытие, выбранное с учетом условий эксплуатации: для металлических покрытий по ГОСТ 9.303-84, для лакокрасочных — по ГОСТ 9.104-79.

Поверхности шихтованных магнитопроводов, образующие рабочие и нерабочие размыкаемые воздушные зазоры, могут не иметь защитного покрытия, но в этом случае в состоянии поставки они должны быть предохранены от коррозии консервирующей смазкой или ингибитором.

Поверхности, подверженные трению, подлежащие смазке при эксплуатации, должны быть смазаны и могут не иметь иного защитного покрытия.

3.2. Требования по устойчивости к внешним воздействиям

3.2.1. Номинальные значения климатических факторов внешней среды — по ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69. Вид климатического исполнения У2, У3, У4, Т2, Т3, 04, ХЛЗ, УХЛ4.

3.2.2. Электромагниты должны быть рассчитаны для работы в следующих условиях:

высота над уровнем моря — 2000 м.

При работе электромагнитов на высоте более 2000 м в стандартах и технических условиях на конкретные серии и типы электромагнитов должны быть установлены значения номинальных параметров, соответствующих конкретной высоте;

среда, не содержащая газов, жидкостей и пыли в концентрациях, нарушающих работу электромагнитов;

отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации;

группа условий эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды М9 по ГОСТ 17516-72;

нормальное рабочее положение — вертикальное и (или) горизонтальное.

Допускаемое отклонение от нормального рабочего положения не более 5° в любую сторону.

При более жестких условиях работы электромагнитов допускаются изменения параметров.

3.3. Требования к надежности

3.3.1. Электромагниты относятся к невосстанавливаемым изделиям группы II вида 1 по ГОСТ 27.003-83*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 27.003-90. — Примечание изготовителя базы данных.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.3.2. Критерии отказов должны устанавливаться в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов.

3.3.3. Для оценки надежности электромагнитов устанавливают следующие показатели:

вероятность безотказной работы;

средний ресурс (механическая износостойкость);

установленная безотказная наработка.

3.3.4. Значения показателей надежности должны устанавливаться в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов.

Установленная безотказная наработка должна быть не менее 10% среднего ресурса.

3.3.3, 3.3.4. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3.4. Требования к обмоткам электромагнита

3.4.1. Установившееся превышение температуры должно определяться предельной температурой обмотки электромагнита в зависимости от класса изоляции по ГОСТ 8865-87*, указанной в табл.4, и температурой окружающей среды.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 8865-93. — Примечание изготовителя базы данных.

Предельная температура, °С

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.4.2. Изоляция электромагнитов должна быть рассчитана на номинальное напряжение.

Изоляция электромагнитов, не бывших в эксплуатации, в холодном и нагретом до установившейся температуры состоянии при температуре и влажности воздуха по п.3.2 должна в течение 1 мин выдерживать испытательное напряжение переменного тока практически синусоидальной формы частотой 50 Гц в соответствии с табл.5.

Номинальное напряжение по изоляции, В

Испытательное напряжение (действующее значение), В

3.4.3. Сопротивление изоляции электромагнитов переменного и постоянного тока, не бывших в эксплуатации, должно соответствовать следующим значениям:

для сухих и чистых электромагнитов в холодном состоянии и влажности воздуха по п.3.2 не ниже 10 МОм;

для электромагнитов после пребывания в камере влажности в течение 24 ч с относительной влажностью (95±3)% при температуре (20±5) °С, не ниже 0,5 МОм.

3.4.4. Отклонение активного сопротивления катушек электромагнитов постоянного тока от номинальных значений в холодном состоянии не должно превышать ±8%.

3.5.1. В стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов должны быть указаны значения номинального тягового усилия или номинального вращающего момента, номинального хода, удерживающей силы, времени срабатывания и возврата, номинальной частоты включений, номинальной потребляемой мощности для электромагнитов постоянного тока и номинальной активной мощности электромагнитов переменного тока, а также форма статической тяговой характеристики.

3.5.2. После отключения электромагнитов от питающей сети якорь должен возвратиться из конечного положения в начальное под действием противодействующего усилия, величина которого не превышает 25% номинального тягового усилия.

3.5.3. Средний уровень шума однофазных электромагнитов переменного тока в конечном положении якоря и приложенном к нему противодействующем усилии, не превышающем номинальное тяговое усилие при эксплуатационно-нагретом состоянии электромагнита и напряжении питающей сети, равном 0,9 номинального значения, не должен превышать 60 дБ на расстоянии 1 м.

4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1. Требования безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.6-75.

5. КОМПЛЕКТНОСТЬ

5.1. В комплект электромагнита должны входить:

электромагнит;

одиночный комплект ЗИП, если это установлено в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов.

5.2. К электромагнитам прилагается эксплуатационная документация по ГОСТ 2.601-68* в количестве, установленном в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов.
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 2.601-2006. Здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

6. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

6.1. Для контроля соответствия электромагнитов требованиям настоящего стандарта, стандартов или технических условий на конкретные серии или типы электромагнитов устанавливаются следующие виды испытаний:

квалификационные;

приемо-сдаточные;

периодические;

типовые.

6.2. Квалификационные испытания проводят после изготовления установочной серии по программе приемо-сдаточных и периодических испытаний (кроме испытаний по группе П4).

Квалификационным испытаниям по программе приемо-сдаточных испытаний подвергают каждый электромагнит, а по программе периодических — не менее 6 шт. каждого типа.

При проведении квалификационных испытаний в дополнение к указанным испытаниям измеряют:

статическую тяговую характеристику;

пусковой ток электромагнитов переменного тока;

пусковую кажущуюся мощность электромагнитов переменного тока;

коэффициент мощности электромагнитов переменного тока;

постоянную времени электромагнитов постоянного тока.

6.3. Приемо-сдаточные испытания должны проводиться по программе, указанной в табл.6.

Виды испытаний и проверок

Проверка электрической прочности изоляции в холодном состоянии

Проверка сопротивления обмотки электромагнитов постоянного тока

Измерение номинального тягового усилия или номинального вращающего момента

Проверка возврата якоря

Электромагниты предъявляют к приемке поштучно или партиями и подвергают проверке сплошным контролем.

6.4. Периодические испытания электромагнитов должны проводиться не реже одного раза в 2 года по программе, указанной в табл.7.

Виды проверок и испытаний

Внешний осмотр и измерения габаритных, присоединительных размеров и путей токов утечки и воздушных расстояний, проверка массы и пробный монтаж, проверка маркировки

Проверка степени защиты

Проверка сопротивления изоляции в холодном состоянии

Проверка электрической прочности изоляции в холодном состоянии

Проверка сопротивления обмотки

Измерение потребляемых мощностей

Испытание на нагревание и электрическую прочность изоляции в нагретом состоянии

Измерение номинального тягового усилия или номинального вращающего момента

Проверка возврата якоря

Проверка уровня шума однофазных электромагнитов переменного тока

Проверка времени срабатывания и возврата якоря

Испытание на виброустойчивость

Испытание на ударную устойчивость

Испытание на ударную прочность

Испытание на крепление выводов

Испытание на холодоустойчивость при эксплуатации

Испытание на холодоустойчивость при температуре транспортирования и хранения

Испытание на влагоустойчивость

Испытание на механическую износостойкость

Испытание на надежность

6.3, 6.4. (Измененная редакция, Изм. N 1).

6.5. Типовые испытания следует проводить при изменении конструкции, материалов или технологии изготовления, если эти изменения могут оказать влияние на качество электромагнитов. Программа типовых испытаний устанавливается в зависимости от степени возможного влияния предлагаемых изменений на качество выпускаемых электромагнитов.

7. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

7.1. Общие положения

7.1.1. Испытания и проверки электромагнитов следует проводить в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150-69 в их нормальном рабочем положении.

7.1.2. Электромагниты следует испытывать и проверять в собранном виде.

7.1.3. Перед началом испытаний, а также если требуется привести электромагнит из нагретого состояния в холодное, он должен быть выдержан в помещении, где проводят испытание, в течение времени, необходимого для достижения всеми деталями аппарата температуры, отличающейся от температуры помещения не более, чем на ±3 °С. Если такая проверка не проводится, то электромагнит должен быть выдержан в помещении не менее 15 ч.

7.1.4. Погрешность условий испытаний и измерения параметров должна быть не более указанной в табл.8.

Измерение напряжения, тока, мощности

Измерение электрического сопротивления

Измерение времени срабатывания и возврата якоря

Проверка габаритных и присоединительных размеров

Проверка путей тока утечки и воздушных расстояний

Испытание на электрическую прочность и сопротивление изоляции

Измерение тягового усилия и вращающего момента

7.2. Внешний осмотр

7.2.1. Внешним осмотром проверяются:

укомплектованность электромагнита всеми необходимыми деталями и сопроводительными эксплуатационными документами;

качество сборки, отделки, пайки;

отсутствие загрязнений и посторонних частиц;

наличие защитных и защитно-декоративных покрытий и отсутствие повреждений этих покрытий;

отсутствие ослабления креплений и наличие невыпадающих винтов, отвинчиваемых при периодическом обслуживании в эксплуатации;

четкость и правильность маркировки электромагнита, катушек, выводов;

правильность выполнения контактных соединений;

соответствие конструкции общим требованиям безопасности.

7.2.2. Контроль габаритных и присоединительных размеров электромагнита, электрических зазоров и путей тока утечки, величины хода якоря, а также других необходимых для работы электромагнита размеров следует проводить с помощью измерительных инструментов общего применения или шаблонов, обеспечивающих проверку размеров с погрешностью измерений не выше указанной в табл.8.

7.2.3. Для пробного монтажа электромагнит следует установить в рабочем положении и закрепить всеми предусмотренными крепежными деталями. При этом следует провести пятикратное отвинчивание и завинчивание крепежных деталей, после чего к электромагниту следует поочередно присоединить провода, имеющие минимальное и максимальное сечения в соответствии с табл.3.

7.2.4. Массу электромагнитов следует проверять взвешиванием на весах, обеспечивающих погрешность измерения не выше указанной в табл.8.

7.3. Проверка степени защиты

Проверку степени защиты от опасности прикосновения к токоведущим частям и против проникновения посторонних предметов или воды следует проводить по ГОСТ 14254-80*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 14254-96. — Примечание изготовителя базы данных.

7.4. Проверка сопротивления изоляции

7.4.1. Измерение сопротивления изоляции электромагнитов переменного или постоянного тока между частями, указанными в п.7.5.2, должно производиться омметром постоянного тока или другим испытательным устройством напряжением, указанным в табл.9.

При измерении сопротивления изоляции специальным испытательным устройством допускается прикладывать другое напряжение, но не ниже номинального и не выше испытательного напряжения по табл.9.

Номинальное напряжение по изоляции, В

Напряжение омметра, В

7.5. Проверка электрической прочности изоляции

7.5.1. Испытание на электрическую прочность изоляции высоким напряжением должно проводиться приложением испытательного напряжения практически синусоидальной формы частотой 50 Гц со значениями по п.3.4.2, табл.5.

7.5.2. Испытательное напряжение следует прикладывать между:

соседними электрическими независимыми токоведущими частями электромагнита;

всеми токоведущими частями и частями, к которым при обслуживании возможны прикосновения (например, оболочки, щитки, бинты, заклепки и узлы, на которых закреплены отдельные монтажные узлы или детали, соединяющие эти монтажные узлы);

всеми токоведущими частями и заземляемыми металлическими частями электромагнита.

7.5.3. Мощность испытательного трансформатора должна быть такой, чтобы действующее значение установившегося тока короткого замыкания на стороне высокого напряжения было не менее 0,5 А.

При испытаниях в течение 1 мин допускается применение трансформатора меньшей мощности, если измерение напряжения производится на стороне высокого напряжения и контролируется ток утечки.

Измерение испытательного напряжения следует проводить непосредственно на стороне высокого напряжения киловольтметром, вольтметром с трансформатором напряжения или вольтметром, присоединенного к специальной вольтметровой обмотке испытательного трансформатора. Допускается производить измерение на стороне низкого напряжения при условии, что при испытании ток в обмотке низкого напряжения не отличается от тока холостого хода. За величину испытательного напряжения принимают его действующее значение.

7.5.4. Испытательное напряжение, значение которого указано в табл.5, должно быть приложено в течение (60±5) с. При приемо-сдаточных испытаниях продолжительного приложения полного испытательного напряжения может быть уменьшена до 1 с.

Испытание на электрическую прочность изоляции полным испытательным напряжением в течение 60 с должно проводиться не более одного раза. Последующее испытание следует проводить при 80% полного испытательного напряжения.

7.5.5. Электромагнит, имеющий основание из изоляционного материала, при испытании должен устанавливаться в нормальном для его работы положении на металлическом основании, рассматриваемом как часть корпуса электромагнита. Допускается установка электромагнита на металлическое основание без крепления, если это не облегчает условий испытаний.

7.6. Проверка сопротивления обмотки

7.6.1. Измерение сопротивления обмотки следует проводить соответствующими измерительными приборами (измерительными мостами, омметрами) или методом вольтметра-амперметра.

где — температура окружающей среды, при которой проводилось измерение, °С;

— измеренное значение сопротивления при температуре , Ом.

7.6.3. Контроль сопротивления обмотки методом вольтметра-амперметра следует проводить при постоянном токе по черт.1. При применении выпрямленного тока следует использовать схему двухполупериодного выпрямления.

Сопротивление в омах вычисляют по формуле

где — напряжение, В;

— ток, А;

— сопротивление вольтметра, Ом.

Черт.1

— измеряемое сопротивление; — амперметр; — вольтметр; — выключатель

7.6.4. Контроль сопротивления обмотки может быть проведен непосредственно после изготовления катушки в качестве приемо-сдаточного испытания.

7.7. Измерение токов и потребляемых мощностей

7.7.1. Номинальный и пусковой токи электромагнита следует измерять при номинальном напряжении и частоте и при холодном состоянии электромагнита.

7.7.2. Измерение токов следует производить при помощи амперметра.

7.7.3. У электромагнитов постоянного тока следует измерять номинальную мощность; у электромагнитов переменного тока — кажущуюся пусковую и номинальную активную мощность. Потребляемую мощность следует определять в холодном состоянии при номинальном напряжении и номинальной частоте питающей сети.

7.7.4. Измерение мощности электромагнитов постоянного тока следует производить методом амперметра-вольтметра.

Измерение мощности электромагнитов переменного тока следует производить при помощи ваттметра, варметра или векторметра.

7.8. Испытание на нагревание

7.8.1. Испытание на нагревание обмотки электромагнита следует проводить на электромагнитах в нормальном рабочем положении и в полностью собранном состоянии.

7.8.2. Электромагниты следует испытывать в условиях, соответствующих эксплуатационным условиям; необходимо исключить влияние нагревающих и охлаждающих внешних воздействий.

Электромагниты, предназначенные для управления гидравликой, необходимо подвергать испытаниям в эксплуатационных условиях или в условиях, отвечающих им.

7.8.3. Испытание на нагревание обмотки электромагнита должно проводиться при номинальном режиме работы и напряжении, равном 1,1 номинального значения.

7.8.4. Испытание электромагнитов для продолжительного режима работы следует начинать с холодного состояния электромагнита и продолжать до достижения установившейся температуры следующим образом:

для электромагнитов переменного тока — при нагрузке на якоре, соответствующей номинальному тяговому усилию, максимальной допустимой частоте включений и максимальной возможности относительной продолжительности включения и номинальном ходе;

для электромагнитов постоянного тока — при продолжительном режиме работы.

7.8.5. Испытание электромагнитов с относительной продолжительностью включения менее 100% начинают с холодного состояния электромагнита и продолжают до достижения установившейся температуры, при нагрузке на якоре, соответствующей номинальному тяговому усилию, и при номинальном ходе следующим образом:

для электромагнитов переменного тока — при соблюдении указанной относительной продолжительности включения и максимальной допустимой частоте включения;

для электромагнитов постоянного тока — при соблюдении указанной относительной продолжительности включения и максимальной длительности цикла.

7.8.6. Температура считается установившейся, если при продолжительном и повторно-кратковременном режимах работы она изменяется не более чем на ±1 °С в течение 1 ч.

7.8.7. При испытании на нагревание должны определяться температура и превышение температуры обмотки электромагнита над температурой окружающей среды.

Температура обмотки электромагнита должна определяться методом определения изменения электрического сопротивления.

где — температура окружающей среды при измерении электрического сопротивления обмотки в нагретом состоянии, °С;

— температура окружающей среды при измерении электрического сопротивления обмотки в холодном состоянии, °С;

— температура обмотки в нагретом состоянии, °С;

— электрическое сопротивление обмотки в холодном состоянии, Ом;

— электрическое сопротивление обмотки в нагретом состоянии, Ом.

Если нельзя измерить сопротивление непосредственно в конце испытания на нагревание, то после отключения необходимо снять кривую остывания измерениями сопротивления через определенные промежутки времени. По кривой остывания (сопротивление или температура в зависимости от времени) экстраполяцией определяется максимальное превышение температуры в момент отключения электромагнита от питающей сети.

7.9. По окончании испытания на нагревание следует сразу проводить в нагретом состоянии испытание на электрическую прочность изоляции в соответствии с п.7.5.

7.10. Измерение статической тяговой характеристики и определение номинального тягового усилия и номинального вращающего момента

7.10.1. Статическую тяговую характеристику следует измерять после переходного процесса при эксплуатационно-нагретом состоянии, напряжении питающей сети, равном 0,9 номинального значения, и при постоянном значении напряжения у электромагнитов переменного тока и при постоянном значении тока у электромагнитов постоянного тока.

7.10.2. Если температура окружающей среды менее 40 °С, то необходимо у электромагнитов постоянного тока провести пересчет тока на максимальную температуру окружающей среды.

7.10.3. Статические тяговые характеристики (для электромагнитов с прямолинейным движением якоря) и (для поворотных электромагнитов) следует определять по нагрузочным характеристикам (для электромагнитов переменного тока) и (для электромагнитов постоянного тока) или непосредственно снятием зависимости и при условиях, указанных в п.7.10.1.

7.10.4. При определении тяговых характеристик электромагнитов измерения необходимо проводить быстро, чтобы не было в процессе испытания значительного изменения температуры обмотки.

7.10.5. Для измерения характеристик необходимо использовать подходящие датчики (пьезоэлектрические, тензометрические) по возможности с плавной записью.

Допускается при измерении тягового усилия или вращающего момента применять в качестве противодействующего усилия пружинную нагрузку или груз необходимой массы.

7.10.6. Измерение номинального тягового усилия или номинального вращающего момента электромагнитов при приемо-сдаточных испытаниях следует производить при холодном состоянии. При этом для электромагнитов переменного тока испытание проводится при напряжении, равном 0,9 номинального значения, и для электромагнитов постоянного тока — при токе, соответствующем эксплуатационно-нагретому состоянию.

Ток, соответствующий эксплуатационно-нагретому состоянию, должен быть указан в технической документации.

7.11. Проверка срабатывания и возврата якоря

7.11.1. Проверку времени срабатывания и возврата якоря следует проводить при номинальном напряжении в эксплуатационно-нагретом состоянии при противодействующем усилии, равном 0,7 номинального тягового усилия, если в качестве противодействующего усилия применен груз, и работе, равной 0,7 номинальной работы, если в качестве противодействующего усилия применена пружинная нагрузка, и номинальном ходе.

7.11, 7.11.1. (Измененная редакция, Изм. N 1).

7.11.2. У электромагнитов постоянного тока следует провести шесть измерений общего времени срабатывания и возврата якоря.

У электромагнитов переменного тока следует провести 20 замеров при случайном включении питающего напряжения, не учитывая мгновенного значения питающего напряжения.

Общее время срабатывания и возврата якоря следует определять как среднее арифметическое всех выполненных измерений.

7.11.3. Проверку возврата якоря следует проводить при напряжении, равном 1,1 номинального значения, в холодном состоянии, усилием или моментом, равным максимально 0,25 значения номинального тягового усилия или номинального вращающего момента, которые действуют в направлении против тягового усилия или вращающего момента электромагнита.

Якорь электромагнита должен при повторно-кратковременном режиме работы 10 раз поочередно четко возвратиться из конечного положения в начальное.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7.12. Испытание на холодоустойчивость

7.12.1. Испытание электромагнитов на холодоустойчивость при эксплуатации проводят по ГОСТ 16962-71, метод 203-1. В нерабочем состоянии их выдерживают при заданной температуре в течение времени, достаточном для охлаждения электромагнита по всему объему, но не менее 2 ч.

В конце выдержки при заданной температуре следует проверить работу электромагнитов с противодействующими усилиями, равными номинальному тяговому усилию или номинальному вращающему моменту, и напряжению 0,9 номинального значения. При этом электромагниты должны сделать не менее 50 рабочих циклов.

7.12.2. Испытание электромагнитов на холодоустойчивость при температуре транспортирования и хранения проводят по ГОСТ 16962-71, метод 204-1.

В нерабочем состоянии электромагниты выдерживают в течение не менее 2 ч.

После извлечения электромагнитов из камеры холода их выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 2 ч. Затем проводят внешний осмотр и проверку электромагнитов на функционирование при напряжении 0,9 номинального значения, без нагрузки.

Электромагниты считают выдержавшими испытания, если они удовлетворяют требованиям п.8.3 и при внешнем осмотре не обнаружено отслоения металлических и лакокрасочных покрытий.

7.13. Испытание на влагоустойчивость

7.13.1. Испытание электромагнитов на влагоустойчивость проводят по ГОСТ 16962-71, метод 207-1.

Электромагниты следует испытывать в обесточенном состоянии.

Температура в камере влажности и длительность проведения испытаний устанавливаются в стандартах или технических условиях на конкретные серии или типы электромагнитов. При этом относительная влажность должна быть не менее 95%, температура не менее 20°С, время выдержки не менее 24 ч.

7.13.2. После испытания на влагоустойчивость электромагниты извлекают из камеры влажности и не позднее, чем через 5 мин после их извлечения измеряют сопротивление изоляции в соответствии с п.7.4 и проводят внешний осмотр.

Электромагниты считают выдержавшими испытания, если они удовлетворяют требованиям п.3.4.3 и при внешнем осмотре не обнаружено отслоения металлических и лакокрасочных покрытий.

7.14. Испытание на виброустойчивость

7.14.1. Испытание на виброустойчивость проводят с целью проверки способности электромагнитов выполнять свои функции и сохранять свои параметры в условиях вибрации по п.3.2.2.

7.15. Испытание на ударную устойчивость

7.15.1. Испытание на ударную устойчивость с параметрами по п.3.2.2 следует проводить на установке, приведенной на черт.2.

Черт.2

1 — испытуемый электромагнит; 2 — стальная плита; 3 — стальной буфер; 4 — резиновая плитка

Стальная плита падает 1-3 раза в течение 1 с на стальной буфер, установленный на резиновой или войлочной плитке. Длительность удара должна быть от 2 до 15 мс.

7.11.3-7.15.1. (Измененная редакция, Изм. N 1).

7.16. Испытание крепления гибких выводов

7.16.1. В испытуемый электромагнит вводят гибкие выводы. Токоведущие жилы гибких выводов следует ввести в контактные зажимы электромагнита. Зажимные винты, предназначенные для крепления гибких выводов в местах их присоединения, должны затягиваться крутящим моментом в соответствии с табл.10. Испытание следует проводить пятикратным присоединением и отсоединением гибких выводов.

Электромагниты считают выдержавшими испытание, если после испытания контактные зажимы обеспечивают надежное присоединение гибких выводов зажимными винтами, затянутыми крутящим моментом в соответствии с табл.10.

Электромагниты, катушки которых имеют гибкие выводы, испытаниям не подвергают.

Добавить комментарий