УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
д.т.н., проф. О.В. Григораш
«____»____________20__г.
Дисциплина «Электротехника и электроника»
Раздел 2. Электромагнитные устройства, электрические аппараты и электрические
Л е к ц и я № 6
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Цель занятия: Изучить назначение, устройство и особенности работы электромагнитных механизмов электротехнических устройств и контакторов, а также способы и устройства гашения электрической дуги
Назначение и устройство электромагнитных механизмов постоянного тока
Современные системы электроснабжения являются сложным производственным комплексом, все элементы которого участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность ненормальных, в том числе аварийных, режимов работы. В этих комплексах широкое применение нашли самые разнообразные электрические аппараты.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устройства, которые используются для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты и управления электроустановками предназначенных для производства, передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии.
Важными элементами ЭА являются электромагнитные механизмы, которые являются приводами электрических аппаратов: реле, контакторов, автоматических выключателей и т.д. Магнитные цепи ЭА являются принадлежностью электромагнитных механизмов.
Конфигурация магнитной цепи зависит от назначения ЭА и может быть самой разнообразной.
Классификация электромагнитных механизмов:
по способу действия: удерживающие и притягивающие;
по способу включения: с параллельной катушкой и с последовательной катушкой;
по роду тока: постоянного и переменного;
по характеру движения якоря: клапанного типа, с поворотным якорем и прямоходовым якорем (рис.6.1);
по быстродействию: быстродействующие – время срабатывания tср < 0,05 с; нормальные - 0,05 < tср < 0,15 с; замедленного действия - tср> 0,15 с.
 |
Важным элементом электромагнитных механизмов реле являются контакты. От которых зависит качество контактного соединения, и определяются надежность и ресурс работы коммутационных ЭА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Контактом называют зону перехода тока из одной токоведущей части в другую. Соприкасающиеся поверхности контакта называются контактными поверхностями.
Основным показателем контактов является значение переходного (контактного) сопротивления Rк, которое в номинальных условиях находится в пределах от десятых до тысячных долей Ом. Чем меньше переходное сопротивление, тем меньше потери и нагрев контактов. В общем случае переходное сопротивление зависит от силы контактного нажатия, состояния и материала контактов и от температуры.
Основная особенность контактной поверхности - ее шероховатость и наличие оксидной пленки. Наиболее тяжелый режим работы контактов – процесс размыкания. Это объясняется тем, что разрываемая цепь обладает индуктивностью, и при размыкании контактов ток в цепи измениться скачкообразно не может, согласно, закона коммутации. При размыкании контактов может возникать газовый разряд – электрическая дуга.
Минимальные значения напряжения и тока, необходимые для поддержания дугового разряда, для разных материалов различны, для цепей постоянного тока находятся в пределах 15 ¸ 20 В и 0,05 ¸ 0,9 А.
ЭТО ВАЖНО. Для повышения надежности работы контактов в ЭА с большими токами (как правило, более 10 А) применяются дугогасительные устройства. Основными способами гашения дуги, в которых, являются ее растягивание, дробление, охлаждение и т.д.
Широкое распространение получили два типа конструкции контактов рычажные (рис.6.1, а, б) и мостиковые (рис.6.1, в).
Основными элементами магнитной цепи электромагнитных механизмов являются: ярмо 1, сердечник 2, обмотка 3 и якорь 4 (рис.6.1). Важными элементами электромагнитных механизмов являются подвижный и неподвижный контакты 5 и 6 соответственно и возвратная пружина 7 (рис.6.1).
ПРИНЦИП РАБОТЫ. При прохождении тока по катушке создается МДС, под действием которой возбуждается магнитный поток Ф (Рис.6.1, а). Этот поток замыкается через воздушный зазор 
, что приводит к притягиванию якоря к сердечнику, и соответственно, замыканию контактов. В исходное положение якорь возвращает пружина.
Воздушный зазор, изменяющийся при перемещении якоря, называется рабочим, как и рабочим, называется магнитный поток замыкающийся через воздушный зазор. Магнитные потоки, не замыкающие через воздушный зазор, называются потоками рассеяния.
При большом ходе якоря до 100 мм, в основном применяются электромагнитные системы с прямоходовым якорем, а при малом ходе якоря до 10 мм преимущественно применяются электромагнитные механизмы клапанного типа.
Электромагнитная сила, создающая тяговое усилие электромагнитного механизма постоянного тока, для равномерного поля в зазоре и ненасыщенной магнитной системе определяется по формуле Максвелла
(6.1)
или по формуле
(6.2)
где 
- магнитная индукция в воздушном зазоре; 
- площадь поперечного сечения воздушного зазора; mо – магнитная проницаемость воздуха; I – ток катушки; W - число витков катушки; d - длина воздушного зазора.
