Тяговая и механическая характеристики

В соответствии со 2-м законом Киргофа в любое мгновение переходного процесса при включении ЭМ

,

где U – напряжение на зажимах катушки, с числом витков w и активным сопротивлением R.

Умножив обе части этой формулы на idt, получим уравнение энергетического баланса

,

где Uidt – электрическая энергия, поступающая в обмотку за время dt; – тепловые потери в ее активном сопротивлении; w idФ – энергия, затраченная на создание магнитного поля ЭМ в механическую работу движения якоря.

Отсюда после интегрирования приходим к выражению

,

где t и Ф – текущие координаты.

Известно, что ток в обмотке ЭМ, включений на постоянное напряжение, нарастает по экспоненциальному закону.

В некоторый момент он достигает значения тока трогания (1), якорь приходит в движение, в процессе которого рабочий зазор уменьшается, индуктивность обмотки растет и ток в ней падает до тех пор, пока якорь не притянется к сердечнику (3). По окончанию движения якоря ток опять начинает возрастать, достигая установившегося значения в точке 4 (см. рис.).

, , – на постоянный ток.

При условии, что магнитопровод ненасыщен, т.е. весь поток проходит через рабочий зазор, и во время движения якоря ток в обмотке ЭМ не изменяется (линейная зависимость).

Таким образом, энергия, сообщенная электрическому магниту, равна энергии, поступившей из сети, за вычетом потерь в катушке. При установившемся режиме вся энергия, поступающая из сети, расходуется на потери в катушке.

Величина запасенная в электромагните энергии на графике пропорциональна площади, ограниченной кривой Y(i) и осью ординат (заштрихованная площадь).

1 – в цепи без стали; 2 – в цепи со сталью

Для системы со сталью индуктивность не является постоянной величиной, а зависит от степени насыщения системы тогда - на переменном токе.

Тяговой или электромеханической характеристикой ЭМ называют зависимость Q _т(d) тягового усилия от длины воздушного зазора d при оговоренном характере изменений тока обмотки и противодействующих усилий во время срабатывания.

Различают статические и динамические тяговые характеристики. Статическая характеристика характеризует тяговое усилие ЭМ при фиксированном якоре. При движении якоря изменяется индуктивность системы и динамические характеристики, которые сохраняют в основном свой характер.

Статическая тяговая характеристика Q _ст – это зависимость электромагнитного усилия, действующего на неподвижный якорь от его положения, исчисляемого значением рабочего зазора при неизменной м.д.с.

Так как при I _у = const энергия, забираемая из сети для превращения в механическую, максимальна. Статическая характеристика Q _ст расположена выше динамических, ей соответствует максимальная сила электромагнитного притяжения. Для данного значения напряжения трогания U _тр статическая характеристика единственная.

Динамические тяговые характеристики, их множество, определяются механическими характеристиками ЭМ. Это характеристики противодействующих сил.

Под механической, или противодействующей, характеристикой ЭМ понимают зависимость Q _мех(d) результирующей силы сопротивления движения якоря, приложенной к нему и приведенной к рабочему зазору d, от длины последнего.

Множество различных механических характеристик объясняется многообразием конструктивного исполнения и параметров механических элементов ЭМ.

Тяговые характеристики ЭМ Q _т(d) при срабатывании и отпускании должны быть согласованы с его механической характеристикой Q _м(d).