Исследование электромагнита постоянного тока

Лабораторная  работа № 2

«Исследование электромагнита постоянного тока»

 

2.1 Цель работы

Экспериментальное исследование статических  тяговых характеристик электромагнита постоянного тока и сравнение  опытных характеристик с расчетными.

 

2.2 Краткие теоретические сведения

В электрических аппаратах (магнитных  пускателях, контакторах, реле и т.д.) основным элементом является электромагнит. Конфигурация магнитной цепи электромагнита в зависимости от назначения  аппарата может быть самой разнообразной.

Широкое применение в электроаппаратостроении получили магнитные цепи клапанной системы (рисунок 2.1). Подвижная часть такой системы называется якорем (1). Часть магнитной системы, на которой размещена намагничивающая обмотка (2), является сердечником (3). Иногда вертикальные и параллельные части магнитопровода называют стержнями.

Намагничивающая обмотка 2 с током  создает намагничивающую силу (НС), под действием которой возникает  магнитный поток. Магнитный поток  замыкается как через воздушный  зазор ∆, так и между другими точками магнитной цепи с различными магнитными потенциалами. Изменяющийся при перемещении якоря воздушный зазор ∆ называется рабочим зазором. Магнитный поток Ф∆, исходящий через рабочий зазор, соответственно является рабочим потоком. Все остальные потоки, показанные на рисунке 2.1, есть потоки рассеяния Фр.

Основными характеристиками электромагнита являются тяговые. Тяговой характеристикой  электромагнитов прямоходовых систем служит зависимость тяговой силы (электромагнитной силы притяжения) от величины рабочего зазора т.е.

 

F=ƒ(∆).                                                                       (2.1)

 

 

Рисунок 2.1 Магнитная цепь в электромагнитах  клапанной системы

 

Статические тяговые характеристики используются при согласовании характеристик действующих и противодействующих усилий и дают возможность судить о работоспособности электромагнита. 

Для электромагнитов  с поступательным движением сердечника к статическим характеристикам  относятся: зависимость электромагнитной силы от фиксированной величины воздушного зазора при неизменном значении тока I в намагничивающей катушке при I=const; зависимость электромагнитной силы от тока для данной величины воздушного зазора F=f(I) при =const.

Тяговые характеристики для данного электромагнита могут  быть получены экспериментальным и  расчетным путем.

 

 

 

2.3 Порядок выполнения работы

Снятие тяговой  характеристики F=f(I) для данного значения воздушного зазора. Снятие тяговой характеристики F=f( ) для данного значения тока. Расчет тяговой характеристики F=f( ) и сравнение её с опытной. Сравнение тяговых характеристик F=f( ) при питании постоянным и переменным током.

2.3.1 Экспериментальное  определение тяговых характеристик

Схема опыта представлена на рисунке 2.1. Зазор между якорем и сердечником  электромагнита устанавливается посредством  немагнитных прокладок. Тяговая  сила определяется при помощи динамометра.

Снятие характеристик производится следующим образом:

- установить немагнитную прокладку,  включить схему и, регулируя  ток в цепи в пределах 0,15-0,4 А, снять тяговую характеристику F=f(I);

- установить ток 0,3 А. Меняя  величину воздушного зазора при помощи прокладок, снять тяговую характеристику F=f( ).

 

Рисунок 2.2 Схема испытания контактора

 

По данным опытов построить тяговые  характеристики (рисунок 2.4).

2.3.2 Расчет тяговой характеристики  электромагнита

При расчете характеристики F=f( ) не учитываются потоки рассеяния, выпучивание силовых линий в воздушном зазоре и сопротивление стальных участков магнитной цепи. Тяговая сила может быть найдена по формуле:

,                                               (2.2)

где IW- намагничивающая сила катушки электромагнита;

   G - результирующая проводимость воздушного зазора.

Проводимость воздушного зазора для  данного электромагнита подсчитывается по формуле:

,                                                   (2.3)

где - магнитная проницаемость воздуха;

   a, b, c-   линейные размеры полюсов электромагнита, м (рисунок 2.3)

По результатам расчета построить тяговую характеристику F=f( ) и сравнить с опытной (рисунок 2.4).

 

 

Рисунок 2.3 Расчетные параметры  электромагнита

 

Сравнение тяговых характеристик F=f( ) при питании постоянным и переменным током.

Снять тяговую характеристику F=f( ) на постоянном токе при I=0,15 A. Снятие тяговой характеристики на переменном токе производится по схеме  на рисунке 2.

 

Рисунок 2.5 Схема проведения опыта

 

Напряжение при минимальной  толщине немагнитной прокладки устанавливать из условия равенства амплитудного значения переменного тока 0,15 А. При прочих значениях воздушного зазора напряжение поддерживать неизменным.

По данным опытов построить тяговые  характеристики (рисунок 2.6) и 

произвести их сравнение.

 

 

Рисунок 2.6 Сравнение тяговых характеристик

 

 

2.4 Содержание отчёта

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать: изложение цели работы, краткие теоретические сведения, принципиальную схему, таблицы с  результатами опытов и расчетов, выводы о проделанной работе.

 

 

 

 

2.5 Контрольные вопросы

1. Основные элементы электромагнита.

2. Принцип действия электромагнитов.

3. Чем определяется сила тяги  электромагнита?

4. Какими особенностями обладают  электромагниты переменного тока?

5. Как осуществляется экспериментальное определение тяговых характеристик?

6. Как осуществляется расчет  тяговой характеристики электромагнита?

7. Чем отличаются тяговые характеристики  при питании постоянным и переменным  током?