Parametry a charakteristiky elektromagnetů
Základní charakteristiky elektromagnetů
Nejběžnější jsou dynamické charakteristiky, které zohledňují změny n. c. elektromagnet v procesu své práce v důsledku působení EMF samoindukce a pohybu, a také vzít v úvahu tření, tlumení a setrvačnost pohyblivých částí.
U některých druhů elektromagnety (vysokorychlostní elektromagnety, elektromagnetické vibrátory atd.) znalost dynamických charakteristik je povinná, protože pouze ty charakterizují pracovní proces takových elektromagnetů. Získání dynamických vlastností však vyžaduje mnoho výpočetní práce. Proto se v mnoha případech, zejména když není vyžadováno přesné určení doby jízdy, omezují na hlášení statických charakteristik.
Statické charakteristiky získáme, pokud nezohledníme vliv na elektrický obvod zadního EMF vyskytující se při pohybu kotvy elektromagnetu, tzn. předpokládáme, že proud v cívce elektromagnetu se nemění a rovná se např. provoznímu proudu.
Nejdůležitější vlastnosti elektromagnetu z hlediska jeho předběžného hodnocení jsou následující:
1. Trakční statická charakteristika elektromagnetu... Představuje závislost elektromagnetické síly na poloze kotvy nebo pracovní mezeře pro různé konstantní hodnoty napětí přiváděného do cívky nebo proudu v cívce:
Fe = f (δ) při U = konst
nebo Fe = f (5) v I= konst.
Rýže. 1. Typické typy elektromagnetických zátěží: a — blokovací mechanismus, b — při zvedání břemene, c — ve formě pružiny, d — ve formě řady vstupních pružin, δn — počáteční vůle, δk je konečná odbavení.
2. Charakteristika protisměrných sil (zatížení) elektromagnetu... Představuje závislost protilehlých sil (v obecném případě redukovaných na místo působení elektromagnetické síly) na pracovní mezeře δ (obr. 1). ): Fn = f (δ)
Porovnání opačných a trakčních charakteristik umožňuje vyvodit závěr (předběžně, bez zohlednění dynamiky) o provozuschopnosti elektromagnetu.
Aby elektromagnet fungoval normálně, je nutné, aby tažná charakteristika v celém rozsahu změn průběhu kotvy přecházela nad protilehlou a pro zřetelné uvolnění naopak tažná charakteristika musela procházet níže. opačnou (obr. 2).
Rýže. 2. Ke koordinaci charakteristik aktivních a protilehlých sil
3. Zátěžová charakteristika elektromagnetu... Tato charakteristika dává do souvislosti hodnotu elektromagnetické síly a velikost napětí aplikovaného na cívku nebo proudu v ní s pevnou polohou kotvy:
Fe = f (u) a Fe = f (i) v δ= konst
4.Podmíněně užitečný pracovní elektromagnet... Je definován jako součin elektromagnetické síly odpovídající počáteční pracovní mezeře hodnotou zdvihu kotvy:
Wny = Fn (δn — δk) v Аz= konst.
Hodnota podmíněné užitečné práce pro daný elektromagnet je funkcí počáteční polohy kotvy a velikosti proudu v cívce elektromagnetu. Na Obr. 3 znázorňuje charakteristiku elektromagnetu statické trakce Fe = f (δ) a křivky Wny = Fn (δ). Stínovaná plocha je úměrná Wny při této hodnotě δn.
Rýže. 3… Podmíněně užitečná činnost elektromagnetu.
5. Mechanická účinnost elektromagnetu — relativní hodnota podmíněné užitečné práce Wny ve srovnání s maximální možnou (odpovídající největší zastíněné ploše) Wp.y m:
ηfur = Wny / Wp.y m
Při výpočtu elektromagnetu je vhodné volit jeho počáteční vůli tak, aby elektromagnet odvedl maximální užitečnou práci, tzn. δn odpovídá Wp.ym (obr. 3).
6. Doba odezvy elektromagnetu — doba od okamžiku přivedení signálu na cívku elektromagnetu do přechodu kotvy do její konečné polohy. Jsou-li všechny ostatní věci stejné, je to funkce počáteční protilehlé síly Fn:
TSp = f (Fn) při U = konst
7. Topná charakteristika je závislost teploty ohřevu cívky elektromagnetu na době trvání zapnutého stavu.
8. Q-faktor elektromagnetu, definovaný jako poměr hmotnosti elektromagnetu k hodnotě podmíněné užitečné práce:
D = hmotnost elektromagnetu / Wpu
9.Index ziskovosti, což je poměr energie spotřebované cívkou elektromagnetu k hodnotě podmíněné užitečné práce:
E = spotřebovaný výkon / Wpu
Všechny tyto vlastnosti umožňují stanovit vhodnost daného elektromagnetu pro určité podmínky jeho provozu.
Elektromagnetické parametry
Kromě výše uvedených charakteristik se budeme zabývat také některými hlavními parametry elektromagnetů. Patří mezi ně následující:
a) Výkon odebíraný elektromagnetem... Omezující výkon spotřebovaný elektromagnetem může být omezen jak velikostí povoleného ohřevu jeho cívky, tak v některých případech výkonovými poměry obvodu cívky elektromagnetu.
U výkonových elektromagnetů je zpravidla omezením jejich zahřívání v době sepnutí. Proto je velikost přípustného ohřevu a jeho správné zaúčtování stejně důležitými faktory při výpočtu jako daná síla a zdvih kotvy.
Volba racionálního provedení, jak z magnetického a mechanického hlediska, tak i z hlediska tepelných charakteristik, umožňuje za určitých podmínek získat provedení s minimálními rozměry a hmotností, a tedy s nejnižší cenou. Ke zvýšení efektivity konstrukce přispívá i použití pokročilejších magnetických materiálů a drátů vinutí.
V některých případech jsou elektromagnety (např relé, regulátory atd.) jsou navrženy na základě dosažení maximálního úsilí, tzn. minimální spotřeba energie pro daný užitečný provoz. Takové elektromagnety se vyznačují relativně malými elektromagnetickými silami a otřesy a lehkými pohyblivými částmi.Zahřívání jejich vinutí je mnohem nižší, než je přípustné.
Teoreticky lze energii spotřebovanou elektromagnetem libovolně snížit odpovídajícím zvětšením velikosti jeho cívky. Prakticky je toto omezení tvořeno rostoucí délkou průměrného závitu cívky a délkou středové osy magnetické indukce, což má za následek, že zvětšování velikosti elektromagnetu se stává neefektivním.
b) Bezpečnostní faktor… Ve většině případů n. v. zasvěcení lze považovat za rovné n. c. ovládání elektromagnetu.
Vztah n. c. odpovídající stacionární hodnotě proudu, k n. s aktivací (kritická N.S.) (viz obr. 2) se nazývá bezpečnostní faktor:
ks = Azv / AzSr
Bezpečnostní faktor elektromagnetu se podle podmínek spolehlivosti volí vždy více než jeden.
v) Spouštěcí parametr je minimální hodnota n. c. proud nebo napětí, při kterém je elektromagnet ovládán (pohyb kotvy z δn na δDa se).
G) Parametr uvolnění — maximální hodnota n, resp. s, proud nebo napětí, při kterém se kotva elektromagnetu vrátí do původní polohy.
e) Procento návratu… Poměr n.c, při kterém se kotva vrací do své původní polohy, k n. c. aktivace se nazývá návratový koeficient elektromagnetu: kv = Азv / АзСр
U neutrálních elektromagnetů jsou hodnoty koeficientu návratnosti vždy menší než jedna a pro různá provedení mohou být od 0,1 do 0,9. Dosáhnout hodnot blízkých oběma limitům je přitom stejně obtížné.
Koeficient návratnosti má největší význam, když je opačná charakteristika co nejblíže tažné charakteristice elektromagnetu. Snížení zdvihu elektromagnetu také zvýší návratnost.