Файл: Любчик, М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов.pdf

дежной и четкой работе, связанные с возможными от­ клонениями в параметрах системы, увеличивается время срабатывания и т. и. Использование тяговой характери­ стики, представленной кривой 2, обеспечивает надежное и четкое срабатывание устройства. Резкое возрастание тяговой силы обеспечивает высокое быстродействие, од­ нако повышает расходные показатели и понижает изно­ соустойчивость системы вследствие значительного удара якоря о стоп в конце хода и при замыкании контактов. Использование характеристик 3 и 4 не обеспечивает нор­ мальное функционирование механизма. Характеристики 5 я 6 требуют дополнительного анализа.

Таким образом, сравнительная оценка и оптимальный выбор формы тяговой характеристики СЭММ являются практически важными задачами, при этом необходи­ мость рационального согласования тяговых и внешних характеристик очевидна.

Из определения тяговой силы (1-154)

или для несколько преобразованного выражения (при прямоходовой системе)

следует, что сила, а значит, и тяговая характеристика СЭММ в основном зависят от рода тока i и характера его изменения при движении подвижных звеньев систе­ мы; потокораспределения, а следовательно, падения и. с. на участках системы (сро, кс), что, как известно, опреде­ ляется формой и размерами магнитопровода, рабочих и нерабочих зазоров, а также насыщением участков стали. Если исключить внешнее воздействие на управляющий сигнал (на ток), то наиболее глубокое воздействие на форму тяговой характеристики можно получить за счет рационального выбора формы опорных поверхностей ра­ бочих зазоров и соотношений величины проводимости (сопротивления) рабочих и нерабочих зазоров, а также участков насыщения стали магнитопровода. Вопросы внешнего воздействия на управляющий сигнал —форси­ ровка питания катушек, создание специальных схем управления их питанием — достаточно полно рассмотре-

102

ны рядом авторов [Л. 13, 16, 94]. Однако при внешнем воздействии, как правило, усложняется схема управле­ ния и уменьшается надежность работы СЭММ, вследст­ вие чего в данной работе отдается предпочтение второй возможности формирования тяговых характеристик—без внешнего воздействия на управляющий сигнал.

В последнем случае, как было показано в [Л. 61], практически необходимые для рационального согласова­ ния с возвратной характеристикой формы тяговых ха­ рактеристик могут быть получены за счет соответствую­ щего выбора типа (конфигурации) рабочего зазора (е2о, е2д), характера изменения его проводимости при движе­ нии подвижных звеньев и относительного изменения па­ дения н. с. на рабочем зазоре ф0 за счет перераспределе­ ния общей н. с. (F) между участками рабочего зазора (F0), нерабочими зазорами (Fnp) и участками стали (Fот). Схематически сказанное поясняется рис. 1-17,а, где условно рассматривается система с одним рабочим зазором, проводимость которого Go последовательно со­ единяется с обобщенной проводимостью участков стали GCT и нерабочих зазоров Gnp. С целью наглядности про­ водимость на пути потоков рассеяния не приводится.

При постоянном значении н. с. F тяговая сила опре­ деляется изменением проводимости рабочего зазора сiG0/d6 и одновременно соотношением между абсолют-

103

нымн значениями проводимостей рабочего зазора и дру­ гими участками системы

В некоторых случаях на участках движения якоря при резком уменьшении сопротивления (увеличении про­ водимости) рабочего зазора, при относительно большом сопротивлении нерабочих зазоров пли насыщении стали член (?0F = F 0 уменьшается, и, несмотря на увеличение проводимости рабочего зазора и ее производной, проис­ ходит уменьшение общей тяговой силы (характеристика «сглаживается» или «заваливается»). Естественно, что при больших зазорах влияние падения и. с. в нерабочих зазорах и стали сказывается на тяговых силах в значи­ тельно меньшей степени (рис. 1-17,5, кривые Г и 1"). Особо глубокое влияние на «сглаживание» или «завал» тяговых сил в конце хода якоря и увеличение в начале

чить за счет введения в рабочий зазор ферромагнитного шунта (рис. 1-17,0) с проводимостью Gm, которая изме­ няет общую схему замещения проводимости рабочего зазора так, как это показано на рис. 1-17,г.

При этом в начале движения, когда влияние нерабо­ чих зазоров и стали мало (сро~1) и почти вся н. с. па­ дает на рабочий зазор (F0~ F ), уменьшение сопротив­ ления рабочего зазора за счет введения в его область ферромагнитных масс, не препятствующих движению якоря, увеличивают тяговую силу. При малых зазорах наличие шунта также повышает проводимость 'зазора, сопротивление которого становится соизмеримо с сопро­ тивлением нерабочих зазоров и участков стали, что вы­ зывает перераспределение н. с. в системе, часть из кото­ рых, падающая на рабочий зазор, резко уменьшается, и

Практически в СЭММ при прямоходовом или пово­ ротном якоре конструктивно опорные поверхности с фер­ ромагнитными шунтами могут быть выполнены так, как это показано на рис. 1-18, и в том числе так, как это предложено в [Л. 49].

С целью анализа влияния на форму тяговой характе­ ристики исполнений опорных поверхностей магнитопро-

104

иода и зоне рабочего зазора ниже рассматриваются ре­ зультаты экспериментального исследования ряда СЭММ при неизменном токе I — const. Последнее характерно для токовых катушек и статических тяговых характери­ стик СЭММ. Динамические тяговые характеристики при катушках напряжения, естественно, отличаются от соот­ ветствующих статических. Однако, как будет показано ниже, их форма в значительном числе случаев опреде­ ляется формой статической характеристики, аналитиче­ ское пли экспериментальное исследование которой воз­ можно без учета характеристики внешних сил. Послед­ нее определяет возможность анализа влияния исполне­ ния опорных поверхностей основных рабочих зазоров. Это влияние на тяговые характеристики и процессы сра­ батывания СЭММ подробно рассмотрено ниже. Влияние изменения тока при срабатывании СЭММ рассмотрено в § 3-3, 3-4.

Тяговые характеристики электромагнитных систем СЭММ с внешним прямоходовым и поворотным якорем

На рис. 1-19 приведены принципиальные эскизы наиболее харак­ терных исполнении СЭММ с внешним торцевым прямоходовым (рис. 1-19,6, о) и поворотным (рис. 1-19,г—ж) якорем. В конструк­

Я н катушка К. В местах сочленения круглого сердечника с прямо­ угольной скобой н сердечника с полюсным наконечником образуются постоянные воздушные зазоры, так называемые нерабочие зазоры HP. В некоторых исполнениях СЭММ с большими тяговыми силами применяется двухстержневая магнитная система (рис. 1-19,а) с об­ щим прямоходовым якорем и ярмом. В системах меньшей мощности используется однокатушечное исполнение (рис. 1-19,б). В исполне­ ниях типа рис. 1-19,6, в ярмо и сердечник изготавливаются из одного прутка, поэтому у них отсутствует нижний нерабочий зазор.

Уповоротных систем якорь поворачивается на ребре (на

105

зоре значительно превышает момент в зазоре у торца скобы в Месте, где фиксируется якорь, при этом практически считают, что йс=0. В этих случаях

в нерабочих зазорах и в стали магмптопровода, а также не учитывать потоки выпучивания в рабочем зазоре (рис. 1-19,з), то тяговая ха­ рактеристика принимает форму квадратичной гиперболы (кривая 1, рис. 1-19,л). Поток выпучивания (рис. 1-19,и) несколько повышает

проводимость рабочего зазора и, следовательно, несколько повышает

тяговую силу при начальных зазорах (кривая 2). Проводимость

рабочего зазора может быть увеличена за счет полюсного наконеч­ ника (рис. 1-19,к), который повышает тяговую силу в начале хода

(кривая 3). Падение и. с. в нерабочих зазорах и участках стали несколько уменьшает силу в конце хода. Подробно влияние полюс­ ного наконечника рассмотрено в ряде работ :[Л. 13, 14, 19, 24, 51], где анализируется влияние на оптимум по силе изменения соотно­ шений размеров полюсного наконечника и сердечника магиитопровода. Укажем, что на форму тяговой характеристики СЭММ с внеш­ ним якорем при наличии полюсного наконечника существенное влия­ ние оказывает также насыщение системы, при уменьшении которого оптимум сглаживается.

106

Как следует из анализа форм тяговых характеристик систем с плоским внешним якорем, характерными для них все же являются относительно малые силы при начальных (больших) зазорах и резкое нарастание силы при конечных положениях якоря (малых зазорах). Увеличить силу в начале движения и несколько уменьшить ее в конце можно за счет внедрения выступа, выполненного на сер­

Рис. 1-19,

Ю7

них поверхностен, а также примерные формы тяговых характери­ стик при наличии отверстия в якоре по диаметру, почти равному диаметру сердечника (рис. 1-20,а), при наличии полюсного наконеч­ ника (рис. 1-20,6) и при совмещении выступа на сердечнике магнитопровода и полюсного наконечника (рис. 1-20,о). Практически существенного «завала» тяговой характеристики при малых зазорах получить не удается из-за технологических трудностей.

Анализ влияния на форму тяговой характеристики ферромагнитного шунта, установленного в зоне основного рабочего зазора систем с плоским внешним якорем

Значительно более глубокое влияние на тяговую ха­ рактеристику для рассматриваемого исполнения систем с внешним поворотным и прямоходовым якорем можно получить, как показано в [Л. 49], при установке между сердечником и неподвижной скобой, или между двумя сердечниками, или между сердечником и корпусом фер­ ромагнитного прилива (шунта), жестко скрепленного с подвижным якорем системы. При наличии полюсных наконечников шунт частично охватывает их поверхность, например так, как это показано на рис. 1-18,а. Выбор различных форм шунта, его размеров и зазора между ним и неподвижными участками магнитопровода без уменьшения объема стали якоря в области основного за­ зора определяет возможность существенного увеличения тяговой силы в начале движения и «сглаживания» или «завала» характеристики в конечных положениях якоря. Величина «завала» характеристики может быть измене­ на за счет нерабочего зазора 6цР, установленного, напри­

тверждают перспективность использования ферромагнит­ ных шунтов в рассматриваемых случаях.

Например, на рис. 1-21,я приведены статические тя­ говые характеристики, снятые на макете с шунтом в га­ баритах магнитной системы с внешним поворотным яко­ рем контактора КТП-6013, при различной высоте шунта 6= 4, 6, 8 и 10 мм (соответственно кривые 2У3, 4, 5), при фиксированном зазоре 6, = 1,5 мм между шунтом и полюсным наконечником. С целью сопоставления там же приведены характеристика внешних сил (кривая 6) и характеристика, полученная при плоском якоре без шунта 6= 0 (кривая 1)'. Все характеристики с шунтом

10S