Динамические характеристики электромагнита

Динамические характеристикиЭМопределяют время срабатывания, постоянные времени, частоту собственных колебаний якоря и вид амплитудно-фазовой частотной характеристики ЭМ. Рассмотрим переходные характеристики по току в обмотке и перемещению якоря электромагнита.

Расчет динамической характеристики сводится к решению нелинейной математической модели:

В модели пренебрегается вихревыми токами, в результате чего система значительно упростилась, и электромагнит стал более «идеальным».

Для решения этой модели используется численный метод интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, основанный на формулах Эйлера.

При этом математическая модель приводится к первой нормальной форме Коши.

На характер переходного процесса существенное влияние оказывают насыщение материала магнитопровода, вихревые токи, противоЭДС, наводимая в обмотке при движении якоря, и параметры усилителя мощности. Так при включении обмотки ток в ней начинает нарастать и под действием движущей силы якорь движется к стопу. При движении якоря в обмотке наводится противоЭДС, пропорциональная мгновенной скорости якоря. Поэтому ток в обмотке не нарастает по экспоненте, как при неподвижном якоре, а начинает уменьшаться с некоторого момента времени, при котором противоЭДС превысит напряжение питания. На стопе скорость якоря и противоЭДС становится равным нулю и ток будет продолжать увеличиваться. Этим обусловлено явление «клювика» на графике тока.

После выхода якоря на стоп рабочий зазор становится минимальным и при увеличении тока до максимального материал магнитопровода насыщается.

При отключении обмотки происходит резкий спад тока и магнитного потока, вызывающего согласно закону электромагнитной индукции появление вихревых токов в материале магнитопровода, которые замедляют скорость спада магнитного потока. Поэтому якорь находится некоторое время на стопе (время трогания) до тех пор пока магнитный поток не уменьшится до величины, соответствующей моменту отпускания.

Требования, которые были предъявлены в задании:

Время срабатывания – 0.15 сек.

Время возврата в исх. сост. – 0.1 сек.

Как видно из динамической характеристики, эти требования выполняются.

Время срабатывания получилось 0.03 сек, а время отпускания 0.04 сек. Электромагнит срабатывает и отпускается намного быстрее, чем это требуется в задании. Это можно объяснить тем, что в математической модели не были учтены вихревые токи, которые придают процессу большую «инерционность». Математическая модель этого электромагнита получилась упрощенной, а сам электромагнит более идеален, чем на самом деле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проектирования разработан электромагнит постоянного тока, время срабатывания которого 0.03 сек, время отпускания 0.04 сек, при силе нагрузки 80Н, перемещении якоря на 0.013 м.

Такой электромагнит может использоваться в качестве исполнительного устройства в автоматических системах управления или в качестве управляющего в пневматических и гидравлических силовых системах управления.

Например с помощью него можно открывать/закрывать клапаны, управлять рулевым приводом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Данилов, И. А. Общая электротехника с основами электроники 2005г.

2 Повный, А.В. Школа для электрика 2009г.

3 Герасимов, В.Г. Электротехника и электроника. Электромагнитные устройства и электрические машины 2010г.

4 Леонтьев, А.Н. Электронный журнал "Я электрик" 2009г.

5 Харлов, Н.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике 2007г.

6 Вагин, Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостьянов, А.А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике 2010г.