Замедление и ускорение действия электромагнитного привода

В некоторых случаях, например, для реле времени, возникает необходимость замедлить действие электромагнита привода контактной системы с целью создания выдержки времени при замыкании или размыкании контактов. В тех случаях, когда повышены требования к быстродействию аппаратуры, решают задачу ускорения действия электромагнитной системы. На практике с этой целью прибегают к разным приемам изменения времени трогания и времени движения якоря электромагнитной системы..

Для замедления передачи воздействия от электромагнита на контактную систему в конструкции привода может быть предусмотрен специальный механизм (замедлитель), например, анкерный или пневматический.

Время трогания (τ_тр) можно изменить согласно (4.12), влияя на величину постоянной времени Т и тем самым на скорость нарастания тока в катушке при включении электромагнитной системы. Увеличение Т приводит к увеличению τ_тр и, наоборот, уменьшение Т влечет за собой уменьшение τ_тр .

При отключении электромагнитной системы ток в катушке спадает по зависимости

, (2.4.12)

причем, и обычно > τ_тр так как индуктивность электромагнитной системы при замкнутом якоре больше индуктивности при разомкнутом якоре. Поэтому больший эффект замедления действия электромагнитной системы постоянного тока можно получить при ее отключении, а ускорения действия – при включении. Таким образом, замедление или ускорение действия электромагнитной системы может быть осуществлено путем изменения индуктивности катушки.

Замедлить действие электромагнитной системы постоянного тока при отключении можно, включив параллельно с обмоткой катушки конденсатор. Он создаст дополнительную ветвь для тока в переходном режиме после отключения обмотки катушки и тем самым затянет изменение тока в обмотке. Аналогичный эффект достигается при шунтировании обмотки катушки после ее отключения контактом отключающего аппарата или диодом.

Часто для замедления действия электромагнитной системы в ее конструкции предусматривают короткозамкнутый виток (демпферную гильзу) из немагнитного проводника с малым электрическим сопротивлением. Иногда применяют дополнительную короткозамкнутую катушку. Наведенные в результате индукции токи в витках препятствуют изменению МДС основной (включающей) катушки и магнитного потока за счет чего увеличивается время трогания.

Рассмотрим работу электромагнитной системы с демпферной гильзой при включении обмотки катушки под напряжение U (рис. 4.9а).

 

В изобразительной модели электромагнитного механизма на рис. 4.9а показана возвратная пружина 1 в составе механизма. Демпферная гильза 2 изображена в разрезе вертикальной плоскостью.

Если бы не было демпферной гильзы, то в магнитной цепи возник бы поток Ф_К (рис. 4.9б). Магнитному потоку трогания Ф_тр (при котором якорь начинает перемещаться) соответствовал бы момент времени t₁ .

Демпферная гильза создаст поток Ф_Д . Результирующий поток Ф окажется смещенным вправо по оси времени относительно потока Ф_К . Поэтому момент трогания при наличии демпферной гильзы t₂ > t₁ . Таким образом, срабатывание электромагнитной системы замедляется на время

∆τ = t₂ - t₁ .

При отключении питания обмотки катушки демпферная гильза аналогичным образом затягивает спадание магнитного потока во времени, увеличивая время трогания на отключение. В этом случае влияние демпферной гильзы на магнитный поток эффективнее, чем при включении электромагнитной системы.

Замедление, достигаемое указанными способами при включении электромагнитной системы, называют выдержкой времени на включение (обозначим ∆τ_вкл), а замедление при отключении электромагнитной системы – выдержкой времени на отключение (обозначим ∆τ_отк).

Рассматривая совместную работу контактной системы и ее электромагнитного привода, можно оценить задержку во времени полного замыкания (или размыкания) контакта после подачи напряжения на обмотку катушки и после снятия напряжения. Приписав контакту два состояния: s_K=0 - контакт разомкнут, s_K=1 - контакт полностью замкнут и напряжению на обмотке катушки два значения: u_K=0 - напряжение не приложено, u_K=1 - напряжение приложено, представим работу электрического аппарата как показано на рис. 4.10а.

 

 

 

Задержка коммутации электрической цепи замыкающим или размыкающим контактом при включении катушки под напряжение оценивается величиной Т_вкл=τ_вкл+∆τ_вкл , а при отключении – величиной Т_отк=τ_отк+∆τ_отк .

На рис. 4.10 б), в), г) показано как изображаются на электрической схеме электромагнитный привод и контакты с замедлением действия. Контактная система представлена одним замыкающим и одним размыкающим контактом.

На рис. 4.10б показана система с замедлением при включении и при отключении. Ее действие характеризуется диаграммами, изображенными на рис. 4.10а.

На рис. 4.10в представлена система с замедлением при включении (полагают ∆τ_отк=0).

На рис. 4.10г показана система с замедлением при отключении (полагают ∆τ_вкл=0).

Настройка электромагнитной системы постоянного тока на требуемые значения Т_вкл и Т_отк обычно производится путем регулирования натяжения возвратной пружины якоря (см. рис. 4.9). Для увеличения Т_вкл пружину нужно натянуть в большей степени, а для увеличения Т_отк – наоборот, ослабить. Другая возможность настройки заключается в изменении значения коэффициента возврата (4.13). Для этого, как было указано, используют немагнитную прокладку между сердечником и якорем, подбирая ее по толщине.

На время движения якоря (τ_дв и ) оказывают влияние величина его хода (ρ_max), масса движущихся частей, взаимное расположение механической и тяговой характеристик (см. рис. 4.7). Увеличение хода якоря, массы и противодействующих перемещению якоря сил приводит к увеличению времени движения. Уменьшение значений перечисленных параметров наоборот вызывает ускорение действия электромагнитной системы.

Повысить быстродействие системы можно также уменьшив постоянную времени, включив последовательно с обмоткой катушки резистор с некоторым сопротивлением R. Тогда постоянная времени T=L/(R_О+R) . В этом случае катушка должна быть рассчитана на часть напряжения сети в пропорции R_O /(R_O+R) .