Файл: Курс лекций по дисциплине Средства автоматизации и управления.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.04.2024
Просмотров: 63
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тяговая характеристика
Определим выражение для тяговой характеристики. Представим взаимное расположение якоря, катушки и сердечника в виде, представленном на рис. 1.6, где 1 - катушка; 2 - сердечник; 3 - якорь; 4 - штифт отлипания. Механическая работа А, совершаемая электромагнитным усилием
при перемещении якоря на величину 
, определяется
.
При этом происходит изменение энергии в электромагнитной системе
,
где I- ток в катушке; w - число витков катушки; Ф0 - магнитный поток при зазоре
; 
- магнитный поток при притянутом сердечнике.
Магнитный поток, в свою очередь, определяется
,
где
и 
- магнитные сопротивление и проводимость цепи соответственно.
Положим, что магнитное сопротивление замкнутого магнитопровода сечением Sопределяется магнитным сопротивлением зазора
, тогда
=
,
где 
Г/м.
Изменение энергии в электромагнитной системе обусловлено механической работой по перемещению якоря, тогда
.
Переходя от приращений к производным, запишем
.
Переменной величиной является магнитная проводимость, а именно определяющий здесь ее параметр
, тогда
. (1.8)
Минус в выражении (1.8) говорит о разных направлениях изменений X
и
.
В соответствии с выражением (1.8) при зазоре
электромагнитное усилие стремится к бесконечности. Однако фактически это не наблюдается, что обусловлено насыщением магнитопровода (рис.1.7,а). Механическая характеристика 
формируется от усилий пружины возврата и в общем случае (для реле управления) от усилий размыкающих 
и замыкающих 
контактов. Относительно тяговой характеристики она направлена в обратную сторону и должна располагаться в нижнем квадранте, однако для удобства рассмотрения механизма срабатывания на графиках рис. 1.7 она взята с обратным знаком. Взаимное расположение характеристик 
и -
представлено на рис. 1.7,в. Характеристика - должна располагаться между двумя характеристиками 
, соответствующими току срабатывания и отпускания, т.е. при 
- якорь притягивается; 
- якорь отпускается. Если эти характеристики имеют точки контакта (это означает равенство электромагнитного и механического усилий), то в них возможно «залипание», т.е. останов якоря, а следовательно, и связанных с ним контактов.
Для резкого увеличения магнитного сопротивления цепи при снятии тока в катушке на якоре выполняют так называемый «штифт отлипания». Отсутствие его, кроме этого, может привести к "залипанию" якоря за счёт остаточной магнитной индукции.
Временные характеристики
Рассмотрим временные характеристики (рис.1.8) на примере электромагнитов реле постоянного тока клапанного типа.
Уравнение для цепи имеет вид
.
Отметим, что индуктивное сопротивление переменное и является функцией зазора, что отражено последней составляющей в уравнении (1.8). Рассмотрим характер изменения тока и положения якоря по участкам.
Участок 0-а. Происходит нарастание тока от 0 до тока трогания.
Якорь неподвижен, следовательно
и последний член уравнения обращается в нуль.
Тогда уравнение (1.8) принимает вид
.
Решение его будет
, где 
, 
.
Ток трогания соответствует равенству
. При расчетах эта величина известна, тогда
.
Участок а - в. - Перемещение якоря. Здесь
, если считать 
и соответствующим минимальному зазору между якорем и сердечником, то ток будет нарастать согласно уравнению
, 
.
Однако
величина переменная, решение уравнения в этом случае затруднительно. На временной диаграмме при движении якоря будет наблюдаться «завал», обусловленный падением напряжения на переменной индуктивности. При достижении
якорь притянется к сердечнику.
Участок в - с. - Нарастание тока до установившегося значения.
.
Участок с-d. - замкнутого состояние контактов, ток электромагнита постоянный.
Участок d-е. - убывание тока до величины тока отпускания
в соответствии с уравнением
.
Время трогания
определяется при 
.
Участокe-f. - перемещение контактов под действием силы
. Время движения является функцией 
,
и подвижных масс 
и определяется эмпирической зависимостью
.
Как правило,
= (0,5 - 0,8) 
.
Одной из характеристик электромагнитов и контакторов является коэффициент возврата
.
Это приводит к гистерезису характеристики
(рис.1.9).
При использовании электромагнитных контактных АУ в системах управления желательно повышать их быстродействие и уменьшать петлю гистерезиса характеристики
.
Способы изменения времени срабатывания и отпускания
Различают конструктивные и схемные. Конструктивные способы предусматривают снижение массы подвижных частей и уменьшение потерь на вихревые токи за счет выполнения магнитопровода из шихтованной электротехнической стали.
Схемные способы предусматривают изменение постоянной времени тока нарастания или убывания в катушке электромагнита.
Изменение времени срабатывания. Для этого необходимо уменьшить постоянную времени
. Как правило, с этой целью вводят в цепь катушки добавочное сопротивление 
, одновременно повышая напряжение источника питания, соответствующего первоначально напряжению 
срабатывания реле, на величину 
(рис. 1.10,а).
Это приводит к увеличению постоянной времени
.
Для большего повышения быстродействия параллельно вводят дифференцирующий конденсатор С, постоянная времени уменьшается 
и крутизна временной характеристики увеличивается. Временные характеристики приведены на рис. 1.10,б.
Изменение времени отпускания. Самое быстродействующее размыкание - бездуговое, для этого используются два способа.
Первый предусматривает введение схем, замедляющих исчезновение тока в коммутирующей цепи , т.е. параллельно нагрузке (рис. 1.11,а) или контактам (рис. 1.11,б) вводится RС-цепочка.
При размыкании контактов ЭДС самоиндукции
Определим выражение для тяговой характеристики. Представим взаимное расположение якоря, катушки и сердечника в виде, представленном на рис. 1.6, где 1 - катушка; 2 - сердечник; 3 - якорь; 4 - штифт отлипания. Механическая работа А, совершаемая электромагнитным усилием
при перемещении якоря на величину , определяется .При этом происходит изменение энергии в электромагнитной системе
,где I- ток в катушке; w - число витков катушки; Ф0 - магнитный поток при зазоре
; - магнитный поток при притянутом сердечнике.Магнитный поток, в свою очередь, определяется
,где
и - магнитные сопротивление и проводимость цепи соответственно.Положим, что магнитное сопротивление замкнутого магнитопровода сечением Sопределяется магнитным сопротивлением зазора
, тогда = , где
Г/м.Изменение энергии в электромагнитной системе обусловлено механической работой по перемещению якоря, тогда
.Переходя от приращений к производным, запишем
.Переменной величиной является магнитная проводимость, а именно определяющий здесь ее параметр
, тогда . (1.8)Минус в выражении (1.8) говорит о разных направлениях изменений X
и
.В соответствии с выражением (1.8) при зазоре
электромагнитное усилие стремится к бесконечности. Однако фактически это не наблюдается, что обусловлено насыщением магнитопровода (рис.1.7,а). Механическая характеристика формируется от усилий пружины возврата и в общем случае (для реле управления) от усилий размыкающих и замыкающих контактов. Относительно тяговой характеристики она направлена в обратную сторону и должна располагаться в нижнем квадранте, однако для удобства рассмотрения механизма срабатывания на графиках рис. 1.7 она взята с обратным знаком. Взаимное расположение характеристик и - представлено на рис. 1.7,в. Характеристика - должна располагаться между двумя характеристиками , соответствующими току срабатывания и отпускания, т.е. при - якорь притягивается; - якорь отпускается. Если эти характеристики имеют точки контакта (это означает равенство электромагнитного и механического усилий), то в них возможно «залипание», т.е. останов якоря, а следовательно, и связанных с ним контактов.
Для резкого увеличения магнитного сопротивления цепи при снятии тока в катушке на якоре выполняют так называемый «штифт отлипания». Отсутствие его, кроме этого, может привести к "залипанию" якоря за счёт остаточной магнитной индукции.
Временные характеристики
Рассмотрим временные характеристики (рис.1.8) на примере электромагнитов реле постоянного тока клапанного типа.
Уравнение для цепи имеет вид
.Отметим, что индуктивное сопротивление переменное и является функцией зазора, что отражено последней составляющей в уравнении (1.8). Рассмотрим характер изменения тока и положения якоря по участкам.
Участок 0-а. Происходит нарастание тока от 0 до тока трогания.
Якорь неподвижен, следовательно
и последний член уравнения обращается в нуль.Тогда уравнение (1.8) принимает вид
.Решение его будет
, где , . Ток трогания соответствует равенству
. При расчетах эта величина известна, тогда .Участок а - в. - Перемещение якоря. Здесь
, если считать и соответствующим минимальному зазору между якорем и сердечником, то ток будет нарастать согласно уравнению , .Однако
величина переменная, решение уравнения в этом случае затруднительно. На временной диаграмме при движении якоря будет наблюдаться «завал», обусловленный падением напряжения на переменной индуктивности. При достижении
якорь притянется к сердечнику.Участок в - с. - Нарастание тока до установившегося значения.
.Участок с-d. - замкнутого состояние контактов, ток электромагнита постоянный.
Участок d-е. - убывание тока до величины тока отпускания
в соответствии с уравнением .Время трогания
определяется при .Участокe-f. - перемещение контактов под действием силы
. Время движения является функцией , и подвижных масс и определяется эмпирической зависимостью .Как правило,
= (0,5 - 0,8) . Одной из характеристик электромагнитов и контакторов является коэффициент возврата
.Это приводит к гистерезису характеристики
(рис.1.9).При использовании электромагнитных контактных АУ в системах управления желательно повышать их быстродействие и уменьшать петлю гистерезиса характеристики
.Способы изменения времени срабатывания и отпускания
Различают конструктивные и схемные. Конструктивные
способы предусматривают снижение массы подвижных частей и уменьшение потерь на вихревые токи за счет выполнения магнитопровода из шихтованной электротехнической стали.Схемные способы предусматривают изменение постоянной времени тока нарастания или убывания в катушке электромагнита.
Изменение времени срабатывания. Для этого необходимо уменьшить постоянную времени
. Как правило, с этой целью вводят в цепь катушки добавочное сопротивление , одновременно повышая напряжение источника питания, соответствующего первоначально напряжению срабатывания реле, на величину (рис. 1.10,а). Это приводит к увеличению постоянной времени
.Для большего повышения быстродействия параллельно
вводят дифференцирующий конденсатор С, постоянная времени уменьшается и крутизна временной характеристики увеличивается. Временные характеристики приведены на рис. 1.10,б. Изменение времени отпускания. Самое быстродействующее размыкание - бездуговое, для этого используются два способа.
Первый предусматривает введение схем, замедляющих исчезновение тока в коммутирующей цепи , т.е. параллельно нагрузке (рис. 1.11,а) или контактам (рис. 1.11,б) вводится RС-цепочка.
При размыкании контактов ЭДС самоиндукции