Электромагниты переменного тока. Сравнительный анализ зависимостей

I, Ф, F_ЭМ = f(δ) электромагнитов переменного и постоянного тока.

В сравнении с ЭМП в ЭМТ при синусоидальном напряжении и отсутствии насыщения магнитной системы ток и поток изменяются по закону синуса. Особенности:

1) В магнитопроводе ЭМТ потери на гистерезис и вихревые токи. В результате магнитное сопротивление стали возрастает, при этом удельное сопротивление стали будет состоять из активной составляющей и реактивной составляющей обусловленной потерями в стали.

– справочнике.

Расчёт цепи ведётся в комплексной форме. Для уменьшения потерь в стали и следовательно магнитную систему шихтуют и выполняют из стали с повышенным удельным сопротивлением.

2) (рис.4.14) анализ с помощью закона Ома.

Неполное включение при переменном токе опасно.

При неизменном напряжении сети магнитный поток не зависит от величины зазора, это обеспечивается током катушки.

при изменении воздушного зазора.

3) рис 4.13

Вывод:

· – не меняет своего направления.

· – можно разложить на 2-е составляющие переменную изменяющуюся с двойной частотой относительно частоты сети и постоянную составляющую равную .

4) Статическая тяговая характеристика и сравнение ЭМП и ЭМТ по .

где – коэффициент рассеивания магнитной системы, который при изменении от до изменяется незначительно. поэтому – изменяется незначительно (пологая).

Т.о. крутизна значительно меньше крутизны ЭМП.

при притянутом положении якоря

для преодоления одной будет иметь меньшую материалоёмкость ( обмотки) чем электромагнит постоянного тока, это особенно справедливо при больших ходах . При малом ходе предпочтительнее электромагнит постоянного тока.

ЭМТ позволяет иметь большой коэффициент возврата до 0,7, который будет тем больше, чем меньше превышение электромагнитной характеристики над противодействующей характеристикой при . (см. § 4.5) Столь высокий коэффициент возврата позволяет осуществлять защиту двигателей от недопустимого снижения напряжения.

Для уменьшения вибрации рис. 4.16а, 4,15а. Принцип действия к.з.– витка по Л.Р. №2.

и в отличии от не однозначно, т.к. оно зависит от фазы напряжения в момент включения или отключения электромагнита. Если считать цепь электромагнита чисто индуктивной, т.е. ток сдвинут от напряжения на угол 90⁰, то при начальной фазе U,=0 пусковой ток будет содержать апериодическую составляющую.

; ; ; .

Учитывая, что . Это объясняет высокое быстродействие .

15. Электромагнитная сила в электромагнитах. Формула Максвелла и энергетическая формула.

В электрических аппаратах наибольшее применение нашли электромагниты.

Формула Максвелла показала что Fэм действуя на ферромагнитный контур

S - поверхность полюса взаимодействующая с магнитным потоком имеющемся в Вδ

Формула Максвелла используется в случае равномерного поля (при притянутом якоре).

Энергетическая формула, она получена из известного соотношения Fэд действующей в контуре с током

Fэм - в электромагнитах можно рассчитать как результат взаимодействия микротоков в якоре с микротоками в сердечнике, поэтому природа Fэм и Fэд одинакова

при постоянном IW в поцессе срабатывания

При не насыщенной магнитной системе когда IW_стали=0 то

При насыщенной магнитной системе

IW=IW_{стали(=0)}+IW_δ

16. Автоматический выключатель (АВ). Выбор автоматического выключателя для защиты асинхронного двигателя.

Алгоритм выбора автомата. I. определение рабочих параметров автомата и условий в которых он будет работать. Определяется Uраб, Iраб, Iоткл, Iкз, итд и параметры обратной связи. II. Выбор автомата производится путем сопоставления рабочих параметров с номинальными параметрами впуска6емых автоматов, которые в паспортных данных.

1) Выбор автомата из условий надёжной работы в номинальном режиме U_НОМ>Uраб, I_НОМ>I_РАБ.2) Выбор автомата из условий надёжной работы при КЗ Iотк>Iкз- проверка на отключающую способность. 3) Выбор расцепителя а) РП, РТ из условия защиты двигателя от недопустимых перегрузок с учётом отстойки от пусковых токов. Он будет защищать движок если его зависимости от тока участок ВТХ пойдёт чуть ниже зависимости tдоп=f(Iдв).

Выбирают автомат с таким расцепителем, чтобы их Iрц.ном>Iдв.ном при этом полученная защита обеспечивается если удается подобрать автомат с рц. Iрц.ном= Iдв.ном. tпуск<tср.рц<1.5tпуск.тока. tпуск=(0,5…2) с для условий лёгкого пуска, когда двигатель раскручивает механизм с низкой инерционностью. tпуск=(5…10)с с высокой инерционностью.

Время срабатывания зависит от типа расцепителя: РТ (тепловой) I=6Iрц.ном tср=(8…20)с. РП при I=6Iрц.ном tср=(4…16)с можно регулировать.

б) Выбор расцепителя (эл магнитный РЭ, РП) из условия защиты двигателя при КЗ. Выбор расцепителя производится таким же образом с отстойкой от пусковых токов. Для этого подбирается токовый max расцепитель, чтобы его Iср.о>Iдв.пуск. Пусковой ток двигателя состоит из периодической составляющей, которая практически остаётся постоянной и апериодической которая затухает через (2-3)T, котограя моет зависеть от фазы пуска.

В(аналогично): Iср.о=Кн*Iдв.пуск.пер. Кн- коэффициент наёджности отстойки от пусковых токов который учитывает наличие 1) Апериодической составляющей в кривой тока 2) возможное повышение напряжения 3) Разброс параметров

Кн зависит от типа автомата и расцепиткеля.

17. Транзисторное реле с ОС по напряжению. Эл. схема, принцип действия, характеристика управления i_н = f(e_У).

Эл схема на рис 6.3. с принятым положительным направлением токов и напряжений. ОС по U осуществляется путём подачи Uвых=Uкэ₂ на вход усилителя R_ОС=R₀. Поскольку вых сигнал снимается с коллектора VT2 и подаётся на вход усилителя параллельно ЕУ, то такая ОС называется коллекторной или параллельной. Данная ОС является ПОС, то есть усиливает действие входного сигнала. е_у↓. Iу↓- VT1 призакроется →Uкэ1↑→I_б2↑→VT2

приоткроется → Uкэ2↓ VT2 ещё более призакроется →φ₁ на эммитрерном переходе ≈0. На рис 6.4. (а) исходная хар- кА управления без ОС I_б1= Iу+ Iо, так как VT управляется током, то введение ОС те же выходные параметры п.п. реле, что и без ОС будут по лучены при прежнем I_б1, то есть при Iу меньшем на величину Iо. При этом будет меньше е_у. то есть характеристика сместится в право, но Iо=f(е_у);1) VT2 находится в отсечке , , то есть участки характеристики управления 1 ого и 2 ого каскадов соответствующие режиму отсечки VT2 (левее точки О2 смещается в право на величину . 2) VT2 находится в активной зоне. По мере приближения к режиму насыщения VT2 φ₂ ↓ в результате . По этому по мере приближения VT2 к насыщению характеристики каскадов с ОС сближаются с хар-ками без ОС. 3) VT2 в насыщении, в этом режиме доли вольта, поэтому . Значит участки хар-ки левее точки Н2 при введении ОС практически не изменяются. Введение ПОС увеличивает крутизну участков хар соответствующих активной зоне. Крутизна характеристик будет тем выше чем глубже ОС, ↑ОС достигается ↓Rо. При Rо< Rо.кр знак крутизны изменяется и усилитель переходит в релейный режим работы (6.4 б). Для рассматриваемой схемы Rо.кр= Rу- внутреннее сопротивление упр сигнала. 1 Если управление усилителем от источника U, когда Rу→0, то Rо.кр→0 в результате в усилителе релейного режима не выполнимо. 2 Если управление ведётся от источника тока тогда Rу→∞, Rо.кр→ ∞ тогда условие релейного режима можно выполнить. П.П.р с ОС по U хорошо согласуются с источником тока и не согласуются с источником U.

, рис 6.5 (а)

Из характеристик управления видно, это определяется положением точки (рис 6.4 б).

Сдвиг т. происходит под действием на величину , .

определяется положением точки , в которой VT2 находится в режиме насыщения независимо от величины , поэтому сдвига точки нет и не зависит от . характеризует ширину релейной характеристики и определяет .

. При . При , , ; при релейный режим прекращается.

Зависимость и на рис 6.5 (б). БТ управляется током, то значение VT1 и при срабатывании и возврате не зависят от тока и контактного реле не зависит от сопротивления цепи управления. в момент ср. и возврвта будет постоянным не зависимо от . ; ; ; . Поэтому с модули ; . Различные U из за того, что возвращение происходит более интенсивно, из-за влияния на реальный ток – , протекающий через вход реле (эмиттерный) переход VT1.

Т.о. возрастание обусловлено 2-мя причинами: и ОС , поэтому идёт круче; обусловлено только 1 причиной .

18. Транзисторное реле с ОС по току. Эл. схема, принцип действия, характеристика управления i_H = f(e_У).

Эл. Схема с принятыми “+” направлениями i и U на рис 6.6

В усилителе ОС по i осуществляется включением резистора ОС – в эммитерные цепи обоих VT, при этом проходя по создаёт падение , . Это напряжение является , т.к. включён в цепь эмиттеров VT, а включено последовательно с источником управляемого сигнала , то данная обратная связь называется эмиттерной или последовательной. Принцип действия аналогичен усилителю с ОС по U.

1. Рассмотренная ОС также является ПОС, т.е. сигнал ОС усиливает действие входного сигнала. , то – VT1 призакроется следовательно – – VT2 приоткроется – – . – является всегда запирающим. VT1 еще больше призакрылся.

2. всегда + и является запирающим VT1. на рабочем участке характеристики должно быть поэтому “–” т.к. она должна создать отпирающее U на эмиттерном переходе VT1, поэтому ОС сдвигает характеристику влево на величину . для создания прежнего и следов-но прежнего неоходимо скомпенсировать “+” , т.е. она должна в отрицательную сторону.

3. , , чем , - низко Ом, . Эта зависимость на рис 6.8 (а)

4. , на рис 6.8 (б)

Отл. Крутизна , чем , т.к влияет на ОС, с ОС, с ОС падает.

, чем , , т.е уменьшается сдвиг т. Н2 влево, - , изменение

вызывали два фактора: 1) при 2) при – – . На влияет только 1-ый фактор.

Сравнение этих реле.

ПР с ОС U: характеризуется

повышенный; повышенный;

ПР с ОС по I:

повышенный; повышенный.

Выводы: 1) по кратности изменения тока схемы практически одинаковы 2) ПР с ОС U ; ПР с ОС I , то эти реле по основным параметрам по , по , , , . Схемы одинаковы 3) применение той или иной схемы определяется характером источника управляемого сигнала, а именно если управление ведётся от источника близкого к источнику U , то следует отдавать предпочтение ПР м ОС I. Если управление ведётся от источника I , то следует применять ПР с ОС U.

19. Полупроводниковое реле с релейным органом на логических элементах. Эл. схема релейного органа, принцип действия, характеристика управления U_вых = f(e_y).

Основные параметры логических элементов на основе МОП структуры: 1) R_ВХ=∞; 2)R_вых≈0; 3) U_вых≈U_пит≈0; 4) Пороговое напряжение U_пор≈0,5U_пит

Здесь релейный орган РО реализуется на двух последовательно соединенных логических элементах (ЛЭ). При этом выход реле соединяется с входным делителем R1,R2, который образует цепь обратной связи. В сопротивление R1 включено внутреннее сопротивление источника. Релейный гистерезисный вид характеристики управления схемы обеспечивается зависимостью напряжения на входе первого логического элемента U_ВХ от выходного напряжения U_ВЫХ. U_ВЫХ при переключении меняется скачком. U_вых= ≈U_П; U_вых= ≈0 при переключении U_ВХ1 меняется на величину ∆U_ВХ1;

РАБОТА СХЕМЫ РЕЛЕ: При малом сигнале управления е_у, когда U_вх1< U_пор, логичес-кие элементы остаются в исходном состоянии, при котором U_вых= ≈0. В этом состоянии напряжение U_вх1 линейно нарастает при увеличении сигнала управления е_у. - закон изменения напряжения на входе первого логического элемента

Когда Uвх1 достигает порогового значения, т.е. U_вх= U_пор=0,5U_пит (*) происходит переключение логических элементов и на выходе РО появляется сигнал высокого уровня U_вых= =U_П. Напряжение срабатывания определяется из (*): . Новое устойчивое состояние сохранится, пока U_вх1>U_пор. По методу суперпозиций:

; ;

е_у.п= е_у.ср– е_у.в= U_П∙(R1/R2)

Регулирование: 1) Путём суммирования R1 и R1; 2) Независимое регулирование напряжения срабатывания и возврата – достигается путем разделения цепи обратной связи для начального и конечного состояний с помощью диодов и сопротивлений (на. рис)

ИЗМЕНЕНИЕ ХАР-КИ УПРАВЛЕНИЯ: 1)рис: 2) увеличить R2 → уменьшится ширина петли

20. Полупроводниковое реле с релейным органом на операционном усилителе. Эл. схема релейного органа, принцип действия, характеристика управления U_вых = f(e_y).

При необходимости создания полупроводниковых реле с повышенной стабильностью и точностью напряжений срабатывания и возврата е_у.ср и е_у.в, релейный орган выполняется на операционном усилителе (ОУ). ОУ – это дифференциальный усилитель постоянного тока с критически идеальными параметрами: коэффициент усиления К_у→∞, R_вх→∞, R_вых→0; перевод ОУ в релейный режим работы осуществляется введением положительной обратной связи, путём подачи напряжения обратной связи U_ос на его прямой вход. Характеристика управления неинвертирующего ОУ (сигнал управления подается на прямой вход). Переключение ОУ происходит в момент равенства: U_нн= U_пр. Разные напряжения срабатывания и напряжения возврата обеспечиваются скачкообразным изменением напряжения обратной связи U_ОС, т.е. напряжением на одном из входов (прямом). Выходное напряжение ОУ U_{вых.ОУ.мах}≈ U_пит.

Электрическая схема замыкающего РО:

При срабатывании выходное напряжение U_вых меняется от минимального значения до максимального. На схеме UОС формируется на резисторе R5 делителя напряжен. R4 - R5 и подаётся на прямой вход ОУ. НА этот же вход подаётся управляющий сигнал е_у, т.е. релейный орган РО выполнен на неинвертирующем ОУ. На инвертирующий вход подаётся напряжение смещения U_СМ, которое формируется на резисторе R1 делителя напряжения R1 – R2; сам делитель подключен к «+» шине источника питания. Напряжение на инвертирующем входе

При е_у=0 U_ИН – U_СМ положительное и по модулю U_СМ> U_ПР и тогда это напряжение будет больше на прямом входе. Поэтому U_вых.ОУ будет отрицательным, U_вых.ОУ ≈ – U_П, поэтому напряжение в точке 1: U₁= – U_СТ.VD1; U_вых.ОУ= – U_СТ.пр= – U_СТ2.

U_пр = U_ОС = ; при увеличении сигнала управления е_У напряжение на прямом входе U_пр будет линейно возрастать по соотношению будет равно:

, пока е_У< е_У.СР.

При е_У=е_У.СРU_ИН = U_ПР, происходит переключение ОУ, в результате U_вых.ОУ= + U_П, при этом скачком меняется напряжение на цепи ОС; U₁= + U_СТ; U_вых.ОУ= +U_СТ;

U_ОС = ; - скачком возрастает на 2U_ОС – это новое устойчивое положение релейного органа, которое сохраняется при всех значениях е_У >е_УВ. Напряжение срабатывания и возврата определяются из условия переключения ОУ: ;

;

напряжение возврата:

; ;

Отсюда находим напряжении переключения:

Регулирование е_У,е_УВ осуществляется путем изменения сопротивления резистора R5

1) R5=0, U_ОС=0; U_УП =0;

е_УСР = е_УВ= U*_СМ; -приведенное к напряжению управления, напряжение смещения.

2) R5 повышается (см. график).

Размыкающий релейный орган

При е_У =е_УСР выходное напряжение с максимального значения, уменьшается до минимального значения. Релейный орган выполняется на базе инвертирующего ОУ. При этом делитель R1 – R2 цепи смещения подсоединяется к отрицательному полюсу источника питания (см. рис)

Принцип действия и характеристика управления РО:

1) е_У=0 напряжение на инвертирующем входе , по модулю

U_ИН > U_ПР, тогда на выходе будет: U_вых.ОУ=U_П. Напряжение в т.1: U₁= U_СТ, U_ВЫХ=U_СТ;Напряжение на прямом входе: ; при повышении е_У будет линейно нарастать при всех значениях е_У< е_У.СР.

2) При е_У=е_У.СР U_ИН = U_ПР, происходит переключение ОУ. В результате U_вых.ОУ = – U_П, U₁= – U_СТ, U_ВЫХ= – U_СТ.ПР; При - это состояние сохраняется до тех пор, пока е_У >е_УВ. Напряжения е_УСР и е_УВ – определяются из условия срабатывания ОУ. Напряжение на инвертирующем входе: