Параметри и характеристики на електромагнитите
Основни характеристики на електромагнитите
Най -често срещаните са динамични характеристики, които отчитат промените в n. с. електромагнит в процеса на своята работа поради действието на ЕМП на самоиндукция и движение, а също така се вземат предвид триенето, амортизацията и инерцията на движещите се части.
За някои видове електромагнити (високоскоростни електромагнити, електромагнитни вибратори и др.) познаването на динамичните характеристики е задължително, тъй като само те характеризират работния процес на такива електромагнити. Получаването на динамични характеристики обаче изисква много изчислителна работа. Следователно в много случаи, особено когато не се изисква точно определяне на времето на движение, те се ограничават до отчитане на статичните характеристики.
Статичните характеристики се получават, ако не вземем под внимание въздействието върху електрическата верига на обратната ЕМП, възникващо по време на движението на котвата на електромагнита, т.е. приемаме, че токът в намотката на електромагнита е непроменен и равен, например , към работния ток.
Най -важните характеристики на електромагнита от гледна точка на предварителната му оценка са следните:
1. Тягова статична характеристика на електромагнита… Той представлява зависимостта на електромагнитната сила от положението на котвата или работната междина за различни постоянни стойности на напрежението, подадено към намотката, или тока в намотката:
Fe = f (δ) при U = const
или Fe = f (δ)в Аз= const.
Ориз. 1. Типични видове електромагнитни натоварвания: а — заключващ механизъм, б — при повдигане на товар, в — под формата на пружина, г — под формата на поредица от входящи пружини, δn — първоначален клирънс, δk е крайният клирънс.
2. Характеристика на противоположните сили (натоварване) на електромагнита… Той представлява зависимостта на противоположните сили (в общия случай, намалена до точката на прилагане на електромагнитната сила) от работната междина δ (Фиг. 1): Fn = f (δ)
Сравнението на противоположните и тяговите характеристики дава възможност да се направи заключение (предварително, без да се отчита динамиката) за работоспособността на електромагнита.
За да може електромагнитът да работи нормално, е необходимо тяговата характеристика в целия диапазон от промени в хода на котвата да премине над противоположната, а за ясно освобождаване, напротив, тяговата характеристика трябва да мине под противоположната един (фиг. 2).
Ориз. 2. Към координирането на характеристиките на действащите и противоположните сили
3. Характеристика на натоварване на електромагнита… Тази характеристика свързва стойността на електромагнитната сила и големината на напрежението, подадено към намотката, или тока в нея с фиксирано положение на котвата:
Fe = f (u) и Fe = f (i) в δ= const
4. Условно полезна работа електромагнит… Определя се като произведение на електромагнитната сила, съответстваща на началната работна междина от стойността на хода на котвата:
Wny = Fн (δн — δк) в Аз= const.
Стойността на условната полезна работа за даден електромагнит е функция от началното положение на котвата и величината на тока в намотката на електромагнита. На фиг. 3 показва характеристиката на статично сцепление Fe = f (δ) и крива Wny = Fн (δ) електромагнит. Засенчената област е пропорционална на Wny при тази стойност δн.
Ориз. 3… Условно полезна работа на електромагнит.
5. Механична ефективност на електромагнит — относителната стойност на условната полезна работа Wny в сравнение с максималната възможна (съответстваща на най -голямата засенчена площ) Wp.y m:
ηкозина = Wny / Wp.y m
При изчисляване на електромагнит е препоръчително да се избере първоначалната му хлабина по такъв начин, че електромагнитът да даде максимум полезна работа, т.е. δн съответства на Wp.ym (фиг. 3).
6. Време за реакция на електромагнит — времето от момента на подаване на сигнала към намотката на електромагнита до прехода на котвата в крайното й положение. При равни други условия, това е функция на първоначалната противоположна сила Fп:
TСр = f (Fн) при U = конст
7. Характеристика на отопление е зависимостта на температурата на нагряване на намотката на електромагнита от продължителността на включеното състояние.
8. Q-фактор на електромагнит, определено като съотношението на масата на електромагнита към стойността на условната полезна работа:
D = маса на електромагнита / Wпу
9. Показател за рентабилност, което е съотношението на мощността, консумирана от намотката на електромагнита, към стойността на условната полезна работа:
E = консумирана мощност / Wпу
Всички тези характеристики позволяват да се установи пригодността на даден електромагнит за определени условия на неговата работа.
Електромагнитни параметри
В допълнение към изброените по -горе характеристики, ще разгледаме и някои от основните параметри на електромагнитите. Те включват следното:
а) Консумирана енергия от електромагнита… Ограничаващата мощност, консумирана от електромагнит, може да бъде ограничена както от размера на допустимото нагряване на намотката му, така и в някои случаи от условията на мощност на веригата на намотката на електромагнита.
За силовите електромагнити, като правило, ограничението е нагряването му през периода на включване. Следователно количеството на допустимото нагряване и правилното му отчитане са също толкова важни фактори при изчислението, колкото дадената сила и ходът на котвата.
Изборът на рационален дизайн, както в магнитно и механично отношение, така и по отношение на топлинните характеристики, дава възможност при определени условия да се получи дизайн с минимални размери и тегло и съответно най -ниска цена. Използването на по -модерни магнитни материали и намотаващи проводници също допринася за увеличаване на ефективността на проектирането.
В някои случаи електромагнитите (за реле, регулатори и др.) са проектирани въз основа на постигане на максимално усилие, т.е. минималната консумация на енергия за дадена полезна работа. Такива електромагнити се характеризират със сравнително малки електромагнитни сили и удари и леки движещи се части. Нагряването на намотките им е много по -ниско от допустимото.
Теоретично мощността, консумирана от електромагнит, може да бъде произволно намалена чрез съответно увеличение на размера на неговата намотка. Практически границата за това се създава от нарастващата дължина на средния завой на намотката и дължината на централната линия на магнитната индукция, в резултат на което увеличаването на размера на електромагнита става неефективно.
б) Фактор на безопасност… В повечето случаи n. с. започването може да се счита за равно на n. с. задействане на електромагнит.
Отношението на n. с. съответстваща на стационарната стойност на тока, k n. с. задействане (критична N.S.) (виж фиг. 2) се нарича коефициент на безопасност:
кs = Азв / АзСр
Коефициентът на безопасност на електромагнит, според условията на надеждност, винаги се избира повече от един.
v) Параметър за задействане представлява минималната стойност на n. с. ток или напрежение, при което се задейства електромагнитът (преместване на котвата от δn до δДа се).
Ж) Параметър за освобождаване — съответно максималната стойност на n. s, ток или напрежение, при което котвата на електромагнита се връща в първоначалното си положение.
д) Процент на връщане… Отношението на n.c, при което котвата се връща в първоначалното си положение, към n. с. задействането се нарича коефициент на връщане на електромагнита: кв = Азv / АзСр
За неутрални електромагнити стойностите на коефициента на връщане винаги са по -малки от една, а за различни конструкции могат да бъдат от 0,1 до 0,9. В същото време постигането на стойности, близки до двете граници, е еднакво трудно.
Коефициентът на връщане е от най -голямо значение, когато противоположната характеристика е възможно най -близо до тяговата характеристика на електромагнита. Намаляването на хода на соленоида също увеличава процента на връщане.