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

Р и с . 1 - 3 3 .

цевая проводимость, производная которой очень быстро нарастает, что приводит к подъему тяговой характери­ стики.

Рассмотрим влияние толщины шунта. Тяговые харак­ теристики электромагнита при различных внутренних диаметрах шунта d0 и неизменных остальных размерах

(dc = const, dm = const, b= const, co = 0) изображены на рис. l-33,e.

Тяговые характеристики по форме напоминают кри­ вые, рассмотренные выше. Так как высота шунта не ме­ няется,, абсцисса максимума не смещается. При увеличе­ нии внутреннего диаметра шунта толщина его уменьша­ ется, а радиальный зазор между якорем и шунтом 6,= =i(do—dc)/2 растет.

Увеличение радиального зазора приводит к уменьше­ нию производной от проводимости и ординаты максиму­ ма тяговой характеристики. При достаточно больших радиальных зазорах и малой толщине шунта максимум сглаживается и характеристика становится монотонно возрастающей. Если изменять наружный диаметр шун­

проводимости основного зазора остается постоянной. Од­ нако при уменьшении толщины шунта он насыщается, что приводит к уменьшению падения н. с. на основном

Характер изменения силы по ходу якоря в приведен­ ных выше исполнениях (рис. 1-33) при ненасыщенном шунте при резком нарастании силы в начальных поло­ жениях якоря (больших зазорах) дает резкий спад (за­ вал) силы на конечных участках движения, что для со­ гласования с внешними характеристиками ряда СЭММ является рациональным, однако в ряде случаев такой «завал» нецелесообразен. Сглаживание характеристики на конечных участках движения можно получить за счет скоса на конце якоря (рис. 1-34).

Если на конце якоря проточить под углом со кониче­ скую поверхность, то по мере внедрения якоря в полость шунта радиальный зазор между якорем и шунтом будет

121

изменяться (уменьшаться). При этом производная от проводимости будет нарастать. Можно подобрать такой угол скоса якоря со, при котором уменьшение падения н. с. на основном зазоре будет полностью компенсиро­ ваться ростом производной. В результате «завал» сгла­

дится и тяговая характе­ ристика станет монотон­ ной. Указанное исполне­ ние имеет большое прак­ тическое значение в связи с простотой его осуще­ ствления при необходимо­ сти получения монотонной тяговой характеристики.

На рис. 1-34 приведе­ ны тяговые характеристи­ ки, полученные на экспе­ риментальном электро­ магните, при Т7 = 1 000 А. Угол, при котором тяговая характер истика становится примерно горизонталь­ ной, будем называть гра­ ничным (шг). В данном случае сог=8°. Прий)<сог

тяговая характеристика имеет «провал». При со> сог тя-' говая характеристика монотонно возрастающая. На форму хаарктеристики и величину граничного угла суще­ ственно влияет насыщение стали. На рис. 1-35,а — г при­ ведены тяговые характеристики при различных насыще­ ниях системы. Как видно из рис. 1-35,г, при А=1500 А и особенно при А = 2 000 А (система значительно насы­ щена) угол со = 8° уже не является граничным.

Насыщенные ферромагнитные шунты. Физика про­ цессов, связанная с изменением проводимости рабочих зазоров при насыщенных шунтах, будет подробно рас­ смотрена в § 2-1. Здесь же укажем, что, как следует из эскиза участка магнитной цепи в зоне основного рабоче­ го зазора с шунтом переменного сечения, изображенного на рис. 1-36, сечение шунта в торце настолько мало, что даже при малых величинах магнитных потоков в шунте возникают значительные индукции. В результате поверх­ ность шунта не может рассматриваться как эквипотен­ циальная, и поэтому в данном случае нельзя оперировать

122

понятием «проводимость» Между наружной поверхно­ стью якоря и внутренней поверхностью шунта при объ­ яснении той или иной формы тяговой характеристики. Как следует из анализа экспериментально полученных характеристик, для данного шунта тяговая характери­ стика на значительном интервале изменения зазора го-

Рис. 1-35.

123

ризонтальна и не зависит от и. с. катушки F, а следова­ тельно, и от насыщения системы.

Таким образом, глубоко насыщенный шунт при внед­ рении в него якоря выполняет роль своеобразного регу­ лятора, поддерживающего постоянной силу в рабочем зазоре, по крайней мере до тех пор, пока не начинает

сказываться торцевая проводимость. Следует отметить, что чем короче (меньше Ь) насыщенный шунт, тем выше и короче горизонтальный участок характеристики. Его размер примерно равен высоте шунта Ь.

Глубоко насыщенные шунты рационально использовать

при работе на гравитационную нагрузку, а при -£-<0,3

и на пружинную нагрузку. Укажем также, что в связи

сбольшой проводимостью зазоров с ферромагнитными шунтами и, следовательно, малым падением н. с. на них

сцелью увеличения тяговых сил следует принимать меры к уменьшению насыщения участков магнитопровода вне зоны рабочего зазора и уменьшению падения н. с. на нерабочих зазорах.

Вэтой связи, как указывалось ранее, на форму тяго­ вой характеристики существенное влияние оказывает не­

рабочий зазор, расположенный у воротничка системы.

124

При изменении его проводимости изменяется падение нй нем и. с., и, следовательно, при постоянной и. с. катушки 'изменяется и. с. на основном зазоре Fo—q>oF, которая определяет тяговую силу СЭММ.

На рис. 1-37 приведены тяговые характеристики экспе­ риментального СЭММ с насыщенным шунтом F = .\ 500 А при изменении проводи­ мости зазора у воротнич­ ка за счет изменения его высоты Дпр. При малых зазорах влияние высоты воротничка существенно, тяговая сила возрастает при увеличении Двр и, сле­ довательно, при увеличе­ нии проводимости нерабо­ чего зазора. Величина проводимости нерабочего зазора у воротничка опре­ деляется зазором у ворот­ ничка бВр и его шириной (толщиной по металлу)

с — ~ 2~ (с^др ■d c 28вр),

а также насыщением магнитопровода.

Таким образом, анализ приведенных выше тяговых характеристик систем указывает на перспективность ис­ пользования ферромагнитных шунтов с целью рацио­ нального перераспределения запасенной в системе элек­ тромагнитной энергии и оптимального согласования тя­ говых и внешних характеристик.

Особенности исполнения опорных поверхностей магнитных систем переменного тока и их влияние на тяговую характеристику

Специфика исполнения магнитопровода на переменном токе (шихтованные пластины, наличие скрепляющих заклепок и др.) не­ сколько ограничивает применение шунтов в этих случаях. Однако и здесь возможно шунтирование рабочих зазоров за счет изменения общей формы при шихтовке пластин якоря, например, так, как это показано для П- и Ш-образных систем на рис. 1-38,а, б.

Можно также изменить форму тяговой характеристики измене­ нием по ходу движения якоря проводимости нерабочего зазора, например, как это показано на рис. 1-38,а, за счет чего регулируется

125

йасть н. с., падающая на рабочим зазор и определяющая тяговую силу. Полученные тяговые характеристики в указанных выше ис­ полнениях СЭММ подтверждают целесообразность их использования. Кроме того, известны и другие формы магнитопровода систем пере­ менного тока, например в виде «зуба» (рис. 1-38,г), обеспечивающие рациональное согласование тяговых и возвратных характеристик.

Рис. 1-38.

Следует указать, что в системах переменного тока широко ис­ пользуется для получения различных форм тяговых характеристик варьирование общей конфигурации магнитопровода и глубины внедрения якоря в область, занимаемую катушкой. Эти вопросы достаточно полно освещены в |[Л. 14, 25, 50] и здесь подробно не рассматриваются.

126

Г Л А В А В Т О Р А Я .

АНАЛИЗ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ НАДЕЖНОЕ СРАБАТЫВАНИЕ И ДОПУСТИМЫЙ НАГРЕВ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Из основной функциональной задачи СЭММ— обес­ печения надежного срабатывания механизма, что связа­ но с обеспечением необходимой тяговой силы при задан­ ных положениях его подвижных звеньев, следует важ­ ность правильного определения и расчета тяговой харак­ теристики, которая имеет вид:

где Q — обобщенная тяговая сила; q — обобщенная ко­ ордината, определяющая положение подвижных звеньев; i — ток в обмотке электромагнитного элемента; п — чис­ ло рабочих зазоров; Ж — полное потокосцепление систе­ мы; Fj — падение я. с. на j-м рабочем зазоре; Gj — про­ водимость этого зазора.

Таким образом, анализ работы, а тем более решение задачи, связанной с проектированием СЭММ, требует предварительного достаточно точного определения потокосцепления или распределения н. с. в системе, а следо­ вательно, и определения сопротивлений (проводимостей) на ее участках и в том числе в области переменных ра­ бочих зазоров.

2-1. Принятые магнитные модели проводимости рабочих зазоров СЭММ.

Определение и анализ корректирующих функций, характеризующих рабочие зазоры

Анализ и расчет магнитной проводимости воздушных зазоров достаточно широко отражены в значительном числе опубликованных работ. Однако в связи с тем, что магнитное поле в воздушных рабочих зазорах СЭММ,

127