Влияние короткозамкнутого витка на работу аппаратов переменного тока. Расчет электромагнитов

В электромагнитах переменного тока для снижения пульсаций усилия на якоре используют короткозамкнутые витки и обмотки.

Предположим, что на рис. 5.2 ключ К замкнут. Допустим, что активные потери и магнитное сопротивление стали равны нулю.

Под воздействием переменного магнитного потока в короткозамкнутой обмотке наводится ЭДС, вызывающая ток Амплитуда этого тока

(6.1)

где - угловая частота изменения потока;

- число витков;

- активное сопротивление;

- индуктивное сопротивление.

Таким образом, в магнитной цепи действуют две МДС, рабочей обмотки – и короткозамкнутой обмотки – . По второму закону Кирхгофа при принятых положительных направлениях токов имеем

, (6.2)

или это выражение с учетом (6.1) можно записать

(6.3)

Как следует из этого выражения, МДС обмотки содержит две составляющих: первая падение магнитного потенциала на рабочем зазоре и вторая

- падение магнитного потенциала на эквивалентном магнитном сопротивлении короткозамкнутой обмотки. Составляющая совпадает по фазе с потоком и поэтому - называют активным магнитным сопротивлением

Составляющая опережает поток на 90^о, и сомножитель при называют реактивным магнитным сопротивлением Если , то индуктивное сопротивление мало и им можно пренебречь.

Тогда (6.3) можно записать в виде

. (6.4)

Таким образом, короткозамкнутый виток с чисто активным сопротивлением в схемах замещения представляется реактивным магнитным сопротивлением

Вектор активное падение магнитного потенциала;

реактивное падение магнитного потенциала, а полное падение магнитного потенциала, равное МДС короткозамкнутой обмотки.

Векторная диаграмма магнитной цепи показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Векторная диаграмма магнитной цепи

Амплитуда магнитного потока

. (6.5)

Угол определяется из соотношения

.

Векторная диаграмма электрической цепи показана на рис. 6.2.

Напряжение сети равно сумме противоЭДС - и активного падения напряжения в катушке . Угол сдвига фаз между током в цепи и напряжение сети равен φ.

Изменение силы во времени отрицательно сказывается на работе электромагнита. В определенные моменты времени противодействующее усилие пружины становится больше силы тяги, что вызывает отрыв якоря от сердечника. Затем по мере нарастания силы тяги якорь вновь притягивается к сердечнику. В результате якорь непрерывно вибрирует, что нарушает работу контактов. Создается шум, расшатывается магнитная система. Для устранения вибраций в электромагнитах используются короткозамкнутые витки. Наконечник полюса расщепляется, и на его большую часть насаживается короткозамкнутый виток из меди или алюминия. В результате магнитный поток в воздушном зазоре разделяется на два потока Ф₁ и Ф₂, сдвинутых относительно друг друга на угол φ (рис. 6.3), в результате чего результирующая сила тяги, действующая на якорь Р, в любой момент времени остается больше усилия пружины Р_прот, за счет чего и устраняется вибрация магнитной системы.