ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ ВИТОК
При синусоидальном переменном токе поток (рис. 8-5, а) изменяется по закону
Ф = Фт sin ωt. (8-27)
Сила притяжения электромагнита в таком случае будет
. (8-28)
Обозначим
(8-29)
тогда
(8-30)
т.е. сила притяжения Р пульсирует по значению с двойной частотой сети, не меняя при этом своего знака (рис. 8-5, б). Сила притяжения может быть представлена в виде двух доставляющих: постоянной во времени Р'=Рm/2 и изменяющейся во времени по закону косинуса переменной Р"=
cos 2ωt. Среднее за период значение силы Р будет Pm/2.
Рис. 8-5. Кривые изменения силы притяжения электромагнита переменного тока без короткозамкнутого витка
Если отрывное усилие электромагнита будет Pотр, то дважды за период в точке А рис. 8-5, в) якорь электромагнита будет отгадать, а в точке В – снова притягиваться, т.е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением.
Для устранения вибрации, электромагниты переменного тока снабжаются короткозамкнутыми витками (рис. 8-6, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 – 80%).
Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф1 который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф2, который проходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДС ек.з и возникает ток iк.з, сдвинутый по отношению к ек.з на угол γ0 и определяемый весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем γ0 = 0 Ток iк.з возбуждает магнитный поток Фкз который охватывает короткозамкнутый виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф2, проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во времени по отношению к потоку Ф1 на угол φ (рис. 8-6, б и в).
Сила притяжения электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил Р1 и Р2 (рис. 8-6, г). Благодаря сдвигу их во времени общая сила Р пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше Ротр чем и исключается вибрация якоря.
Рис. 8-6. Принцип работы короткозамкнутого витка в электромагнитах системах переменного тока
Каждая из сил Р и Р
(8-31)
(8-32)
Полная сила
(8-33)
Амплитудное значение Р12т(рис.8-6, д) переменной составляющей
(8-34)
тогда полная сила
(8-35)
Как видно из уравнения (8-35), пульсация зависит от угла сдвига Ф между потоками Ф1 и Ф2. Под пульсацией силы t понимают отношение амплитудных значений переменной и постоянной составляющих:
(8-36)
Пульсация будет отсутствовать при P12m = 0. Это возможно при одновременном выполнении двух условий:
1) P1m/2 = P2m/2, т.е. Ф1 = Ф2;
2) 2φ = π, т.е. угол сдвига между потоками Ф1 и Ф2 должен быть 90°. В системах с короткозамкнутым витком достигнуть сдвига потоков на 90° практически невозможно. В осуществляемых системах φ = 50 ÷ 80°. Минимальное значение пульсации получается при соблюдении первого условия.