Статические характеристики электромагнитной системы дают основание судить о возможности применения ее для привода контактной системы.
Под действием тягового усилия F, развиваемого электромагнитной системой при наличии потока Ф в магнитной цепи, якорь перемещается. При этом совершается работа А. Элементарная работа dA при перемещении якоря на бесконечно малую величину dρ равна произведению F.dρ. Поэтому F=dA/dρ и на элементарное перемещение dρ якоря расходуется энергия dW=dA.
Приложенное к обмотке катушки напряжение u в переходном процессе уравновешивается падением напряжения на сопротивлении RO обмотки и ЭДС самоиндукции e=dψ/dt. Электромагнитная энергия
,
запасенная катушкой, изменяется при перемещении якоря.
Допустим, что к моменту начала перемещения якоря ρ=ρ1, ψ=ψ1, i=I1, а после перемещения ρ=ρ2, ψ=ψ2, i=I2. Допустим также, что магнитопровод не насыщен и потокосцепление ψ пропорционально току i. Тогда к началу перемещения якоря запасенная системой электромагнитная энергия
|
|
,
после перемещения якоря запасенная энергия
,
при перемещении якоря электромагнитной системе сообщена энергия
.
На рис. 4.4 величины энергии представлены через площади фигур в системе координат 0 iψ.
На совершение работы ∆А при перемещении якоря затрачивается энергия
.
Положив ψ1 = ψ, ψ2= ψ+dψ, I1=I, I2=I+dI, получим
. (4.7)
Как известно, отношение ψ/I есть индуктивность L электромагнитной системы. Для системы со сталью индуктивность не является постоянной величиной и зависит от степени насыщения системы и величины воздушного зазора ρ. Можно представить
или . (4.8)
Каждому значению потокосцепления ψ соответствует некоторая индуктивность L и определенная величина электромагнитной энергии, запасенная системой:
.
Из последнего выражения следует, что
.
Если электромагнитная система работает при постоянном токе (при постоянной МДС), то dI= 0 в выражении (4.7). Сила тяги, действующая на якорь, будет
.
Если система работает при переменном токе (при постоянном потокосцеплении), то dψ =0 в выражении (4.7). Сила тяги в этом случае:
.
Для ненасыщенных электромагнитных систем, показанных на рис. 4.2, можно принять
.
Тогда при постоянном токе
, (4.9)
при переменном токе, учитывая, что ψ/w=Ф,
. (4.10)
Знак минус в выражениях (4.9), (4.10) указывает на то, что сила тяги F направлена в сторону уменьшения воздушного зазора ρ между якорем и сердечником. Обычно знак минус в выражениях для сил тяги опускают. Тогда тяговые статические характеристики электромагнитных систем для различного рода тока могут быть представлены так, как показано на рис. 4.5 сплошными линиями.
|
|
Потоки рассеяния в электромагнитной системе приводят к некоторому увеличению крутизны тяговых характеристик, что отражено на графиках пунктирными линиями. В частности, при переменном токе потоки рассеяния вызывают зависимость силы тяги F от величины воздушного зазора ρ. Тяговое усилие возрастает по мере уменьшения зазора.