Уповільнення і прискорення дії електромагніта.

У ряді випадків на практиці необхідно сповільнити чи прискорити дію електромагніта.

Уповільнення дії електромагніта постійного струму може бути досягнуто збільшенням його постійної часу, або збільшенням індуктивності самої котушки, або послідовним включенням додаткової індуктивності (мал. 6.4, а). Останнє застосовується рідко. Включення рівнобіжне котушці ємності (мал. 6.4, б) також дає уповільнення спрацьовування. При відповідному підборі ємності наростання напруги на котушці відбувається поступово в міру зарядки ємності.

Широко застосовується уповільнення дії електромагніта за допомогою короткозамкнутого витка, що має малий електричний опір (мал. 6.4,б). Короткозамкнутый виток (обмотка) сповільнює наростання потоку при включенні електромагніта й у набагато більшому ступені спадання потоку при відключенні електромагніта.

Рис. 6.4. Схеми уповільнення спрацьовування електромагніта: 1- котушка;

2 - короткозамкнутая обмотка; L – індуктивність; З - ємність.

 

При відсутності короткозамкнутого витка наростання струму в котушці відбувалося б по кривій 1 (мал. 6.5, а), а потоку і тягової сили - по кривій 4. У момент часу t = t₁ стискальне зусилля досягло б значення сили початку руху P_тр = P_отр і якір почав би рухатися. При наявності короткозамкнутого витка струм у котушці буде змінюватися по кривої 2, а індукований у витку струм - по кривої 3. Струм у витку спрямований зустрічно струму в котушці. Потік у системі обумовлений різницею струмів у котушці і короткозамкнутому витку і буде наростати по кривої 5. Потік і стискальне зусилля досягнуть відповідно значень Ф_тр і Р_тр через час t^¢₁ > t₁. Спрацьовування електромагніта буде уповільнено на час Dt₁, що зветься витримкою часу на включення.

 

Рис. 6.5. До пояснення принципу роботи електромагніта постійного струму з короткозамкнутим витком

 

При відключенні котушки і відсутності короткозамкнутого витка струм у котушці спадав би по кривій 1 а потік і стискальне зусилля - по кривій 4 (мал.6.5,б). Час початку руху був би t₃. При наявності короткозамкнутого витка струм у котушці буде зменшуватися по кривій 2, а індукований у короткозамкнутому витку струм буде змінюватися по кривій 3, тобто система прагне перешкоджати зміні потоку. Потік і стискальне зусилля будуть спадати набагато повільніше (крива 5), чим при відсутності витка. Значення Р_отр стискальне зусилля досягне через час t'₃ > t₃. Час Dt₃ = t'₃ - t₃ називають витримкою часу на відключення.

Рис. 6.6. Схема прискорення спрацьовування електромагнітів постійного струму

 

Спадання струму в короткозамкнутому витку діє за законом

, (6.16)

де I₀ максимальне значення індукованого струму в короткозамкнутому витку в момент відключення; T_к.з = L_к.з / R_к.з - постійна часу короткозамкнутого витка; t — час. Таким чином, чим більше постійна часу короткозамкнутого витка, тим повільніше буде спадати в ньому струм і тим більшу витримку часу він створить.

Прискорення дії електромагніта може бути отримане за рахунок зменшення його постійної часу. У цьому випадку наявність короткозамкнутого витка (обмотки), масивних частин магнітопровода, металевих каркасів котушки і всяких короткозамкнутих витків, утворених із кріпильних і інших деталей, що лежать на шляху потоку, є неприпустимим, тому що вони будуть збільшувати час дії електромагніта. Шихтований магнітопровод також приводить до прискорення дії електромагніта.

Включення послідовне з котушкою додаткового активного опору R_д (мал. 6.6,а) приводить до зменшення постійної часу всього ланцюга і прискоренню дії електромагніта. При цьому котушка повинна бути розрахована тільки на частину напруги мережі:

. (6.17)

Енергія I²R_д губиться в цій схемі даремно.

Ще більше прискорення може бути отримане при включенні електромагніта за схемою мал. 6.6,б. У момент включення конденсатор являє собою дуже маленький опір. Опір R_д виявляється як би шунтованим. Майже вся напруга мережі виявляється прикладеною до котушки, розрахованої тільки на частину напруги. Струм у котушці електромагніта швидко наростає, і включення електромагніта прискорюється. Коли конденсатор зарядиться, струм у ланцюзі визначається сумарним опором R_К+R_д, як у схемі мал.6.6, а.

Гальмові пристрої.

При зупинці рухливої системи апарата накоплена кінетична енергія переходить в удар, прийнятий сердечником електромагніта (при замиканні), упором (при розмиканні), або якимись іншими деталями. Ці удари приводять до посиленого зносу контактів (внаслідок дребезга), магнітної системи, усіх деталей рухливої системи. Внаслідок відбувається порушення роботи і руйнування всього апарата.

Для зм'якшення удару і його шкідливих наслідків багато електричних апаратів забезпечуються гальмовими пристроями. Задачею цих пристроїв є прийняти на себе удар і погасити всю накопичену кінетичну енергію рухливої системи чи частини її.

Розрізняють три види гальмових пристроїв: еластичні, буферні і заспокійливі.

Еластичні пристрої застосовуються в апаратах, що мають невеликий запас кінетичної енергії. Вони виконуються у виді еластичних упорів зі шкіри, картону, твердої гуми й інших матеріалів.

У могутніх апаратах застосовуються буферні пристрої, переважно гідравлічні. Гальмове зусилля в останніх створюється за рахунок опору витікання рідини через малі отвори.

Заспокійливі пристрої застосовуються головним чином у реле. Вони призначені не тільки для поглинання енергії удару, але і для уповільнення дії апарата.

При наявності гальмових пристроїв (Р_т) рівняння (6.3) на ділянці гальмування прийме вид

. (6.18)

Якщо сила гальмування постійна, одержимо

, (6.19)

де v₀ - швидкість рухливих частин у момент початку дії гальма t = 0, а t — час від початку дії гальма.

Шлях, пройдений з початку гальмування,

. (6.20)

Час від моменту початку дії гальма до повної зупинки рухливої системи t _т визначиться з рівняння (6.19), якщо покласти v = 0,

. (6.21)

З рівняння (6.21) випливає, що для зупинки рухливих частин гальмовим пристроєм сила гальмування P_т повинна бути більше різниці сил, обумовлених тяговою і механічною характеристиками. І аналогічно при вимиканні, коли стискальне зусилля відсутнє, сила гальмування повинна перевищувати силу, обумовлену механічною характеристикою.