Электромагниты, электромагнитные реле, трансформаторы

Электромагниты и электромагнитные реле на их базе образуют обширный круг коммутационной аппаратуры, которая используется в промышленной автоматике. Сюда относятся магнитные пускатели, контакторы, собственно реле переменного и постоянного тока. Магнитные пускатели и контакторы, в свою очередь, являются мощными электромагнитными реле, используемыми чаще всего для пуска и останова двигателей, соответственно, переменного и постоянного тока.

Помимо этого, электромагниты зачастую выполняют функцию исполнительных элементов, осуществляя непосредственное перемещение или удерживание определенных регулирующих деталей или устройств механизмов. Несмотря на самые разные виды конструкций электромагнитов, некоторые из которых показаны на рис. 3.1, в их устройстве всегда можно выделить сердечник 1 и обмотку электромагнита 2 из медного провода. Сама обмотка обычно намотана на катушку, которая насаживается на сердечник, а в некоторых случаях обмотка может быть намотана непосредственно на сердечнике на изолированной подложке. Схематично такой электромагнит показан на рис. 3.1, а. Сердечник электромагнита может быть составной частью магнитопровода (ярма), в котором выделяют подвижные 4 и неподвижные 3 части. Подвижные части могут быть поворотными (рис. 3.1, б) или втягиваемыми (рис. 3.1, в).

Виды электромагнитов

Рис. 3.1. Виды электромагнитов:

а — с разомкнутым магнитопроводом; б — с поворотным сердечником; в — с втягивающимся сердечником

Магнитопроводы для электромагнитов, работающих на постоянном токе, делают из сплошного магнитомягкого металла, а для электромагнитов, работающих на переменном токе, — шихтованными для уменьшения потерь при перемагничивании. Шихтованный магнитопровод изготавливают в виде пакета тонких изолированных друг от друга пластин из специальной электротехнической стали с узкой петлей гистерезиса.

Электромагнитные реле, в конструкцию которых базовой частью входит электромагнит, находят широкое применение в автоматических системах и системах телемеханики для целей автоматизации следующих функций: сигнализации и контроля состояния объекта, пуска, а также остановки, блокировки и защиты его от аварийных ситуаций.

Основным достоинством реле является то, что с их помощью можно осуществлять коммутацию высоковольтных и сильноточных цепей, используя для этого относительно маломощные и низковольтные источники, питающие обмотки электромагнитов реле.

Реле изготавливаются для работы на постоянном или на переменном токе. Как правило, реле постоянного тока делают нейтральным, т.е. его работа не зависит от полярности подаваемого на обмотку электромагнита управляющего напряжения. Это же относится и к реле, работающим на переменном токе. Отдельную группу составляют поляризованные реле, которые осуществляют переключение контактов в зависимости от полярности приложенного к обмотке реле управляющего напряжения.

На рис. 3.2 представлено реле, работающее на постоянном токе, с одной парой нормально разомкнутых (в отсутствие тока в катушке электромагниРис. 3.2. Нейтральное реле и составляющие его элементы

та) контактов. 11а рисунке показаны: катушка с обмоткой электромагнита 1, поворотная часть магнитопровода 2, возвратная пружина3, пара контактов которые разомкнуты под действием поворотной части магнитопровода благодаря возвратной пружине, если не включен электромагнит.

Реле могут работать па замыкание, размыкание и переключение до нескольких групп контактов. Основными их характеристиками являются:

  • • токи срабатывания и отпускания электромагнита;
  • • рабочий ток электромагнита, который обеспечивает надежное удержание контактов;
  • • максимально допустимый ток через контакты;
  • • время срабатывания и отпускания реле.

Указанные характеристики определяют широкую номенклатуру различных реле, выпускаемых промышленностью, данные по которым сведены в каталоги.

Следует отметить широкое распространение герконов — магнитоуправляемых герметизированных контактов. Конструктивно геркон представляет собой стеклянную ампулу с впаянными вовнутрь двумя контактами. Конны контактов выведены наружу. Контакты замыкаются в магнитном поле подносимого извне постоянного магнита. Основным недостатком герконов является относительно небольшой ток, пропускаемый через его контакты.

Трансформаторы. Трансформатор является устройством для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформаторы подразделяются на силовые и специальные. Конструкция силовых трансформаторов делается такой, чтобы потери передаваемой мощности были минимальными. Силовые трансформаторы делаются как на большие мощности (трехфазные трансформаторы для преобразования и передачи энергии от электростанций к потребителям), так и на малые (однофазные трансформаторы радиоэлектронных устройств и САУ). Принцип работы трансформатора и его математическое описание удобно рассматривать на примере однофазного трансформатора малой мощности.

Конструктивно трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) п ряда обмоток, намотанных на специальные каркасы в виде катушек, которые, в свою очередь, надеваются на магнитопровод. Последние делают из набора тонких пластин специальной электротехнической стали с узкой петлей гистерезиса либо из ленты такой стали. Пластины в наборе изолируют друг от друга для уменьшения потерь от вихревых токов.

На рис. 3.3 показаны два силовых трансформатора (стержневой и броневой).

Стержневой (а) и броневой (б) однофазные силовые трансформаторы

Рис. 3.3. Стержневой (а) и броневой (б) однофазные силовые трансформаторы

Стержневой трансформатор имеет две изолированные друг от друга катушки с обмотками, поэтому он предпочтителен для высоких напряжений. Броневой трансформатор имеет одну общую катушку с обмотками на среднем стержне магнитопровода. В нем меньше потери от потоков рассеивания.

Рассмотрим принцип работы трансформатора и его схему замещения. Пусть имеется стержневой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка с числом витков да, характеризуется активным сопротивлением г, и индуктивностью Z,,, которая при частоте питающего напряжения со позволяет определить реактивное сопротивление обмотки Хх =jwLl. Первичная обмотка подключена к источнику синусоидального напряжения с частотой со и амплитудой Uv Вторичная обмотка с соответствующими параметрами г2, L2, Х2 может быть подключена к нагрузке с комплексным сопротивлением ZH. Напряжение на зажимах вторичной обмотки (на нагрузке, если она подключена) составляет U2. Далее во всех соотношениях будем применять комплексную форму представления переменных.

На рис. 3.4 схематично показан режим работы такого трансформатора с нагрузкой.

Нагруженный трансформатор

Рис. 3.4. Нагруженный трансформатор

Отметим, что на холостом ходу в первичной обмотке протекает ток холостого хода /,,, который задает МДС да,/,, и формирует в магнитопроводе основной поток Ф„. Этот поток наводит ЭДС индукции ?,. Закон Кирхгофа для первичной цепи имеет вид

В нагруженном режиме появляются два дополнительных противоположно направленных потока: поток Ф2 как реакция нагрузки за счет МДС да2/2 и компенсирующий эту реакцию дополнительный поток Ф,. Расчеты и эксперименты показывают, что Ф, ~ -Ф2. Вследствие этого в нагруженном режиме обычно нс учитывают основной поток Ф0, и в упрощенном виде уравнения первичной и вторичной обмоток трансформатора принимают вид

Таким образом, схема замещения нагруженного трансформатора принимает вид, показанный на рис. 3.5.

Схема замещения нагруженного трансформатора

Рис. 3.5. Схема замещения нагруженного трансформатора

Для удобства расчетов параметры вторичной обмотки обычно приводят к первичной, освобождаясь при этом от использования в схеме ЭДС индукций Ех и Ё2. В силу того что в рассматриваемом режиме аф, = w2i2, вводится понятие коэффициента трансформации п, связывающего числа витков обмоток и комплексные значения переменных параметров схемы:

Закон Кирхгофа для вторичной цепи

где 2„ = г„ + Хп.

Приведем выражение (3.3) к параметрам первичной цепи с использованием формулы (3.2):

Отсюда

где г,' = п2г.,; Х'2 = п2Х.,; z'H = ri2zH приведенные к первичной обмотке значения активного и реактивного сопротивлений вторичной обмотки и комплексного сопротивления нагрузки. Подставив формулу (3.4) в первое уравнение (3.1), окончательно получаем:

На рис. 3.6 представлена схема замещения трансформатора, построенная на основании выражения (3.5). Используя полученную схему замещения, можно определить ток в первичной обмотке трансформатора с учетом параметров вторичной обмотки:

Приведенная схема замещения нагруженного трансформатора

Рис. 3.6. Приведенная схема замещения нагруженного трансформатора

Полученное соотношение (3.6) используется не только для анализа работы трансформаторов, но и для получения статических характеристики асинхронных двигателей, о чем сказано в п. 3.3.2.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >