4.4. Особенности работы магнитных систем постоянного и переменного тока

Системы постоянного тока, в частности, реле постоянного тока, являются системами с постоянной магнитодвижущей силой МДС:

.

Действительно, в установившемся режиме при неизменном напряжении сети  и сопротивлении обмотки , ток в обмотке реле  также остается неизменным. Следовательно, неизменной будет и МДС  вне зависимости от величины воздушного зазора. При этом требуемая МДС может быть создана при любом числе витков катушки, т.к. величину сопротивления  можно варьировать меняя сечение обмоточного провода.

В переходном режиме ток меняется практически по экспоненте с постоянной времени , где  – индуктивность катушки, и при включении реле бросков тока не наблюдается.

Другая особенность в том, что в установившемся режиме в магнитопроводе отсутствуют потери на гистерезисе и вихревые токи и шихтовка магнитопровода не требуются.

Вследствие указанных особенностей, при частоте включения более 600 в час электрические аппараты выполняются с магнитными системами постоянного тока.

Электромагнитные системы переменного тока с обмоткой напряжения являются системами с постоянным потокосцеплением. Если пренебречь потерями и потоками рассеяния, ток и поток считать синусоидальными, то напряжение сети целиком уравновешивается противо ЭДС самоиндукции обмотки:

.

Следовательно, величина потокосцепления

не зависит от зазора и остается постоянной, как и электромагнитное усилие, действующее на якорь.

Если сталь далека от насыщения, а активное сопротивление обмотки мало по сравнению с индуктивным, то можно считать, что магнитное сопротивление магнитопровода равно сопротивлению зазора, тогда индуктивность обмотки можно считать обратно пропорциональной величине зазора, а ток в обмотке – пропорциональным зазору и меняющимся таким образом, чтобы это равенство всегда удовлетворялось.



При этом число витков катушки, в отличие от систем постоянного тока, должно быть строго определенным.

Поскольку усилие не зависит от зазора, то зазор делается большим, что способствует эффективному гашению дуги. Но в момент включения обмотка имеет малую индуктивность и бросок тока достигает 10-15 кратного от номинального.

Для снижения потерь на вихревые токи магнитопровод делают шихтованным.

Еще одна особенность состоит в том, что при питании катушки однофазным синусоидальным током магнитный поток в рабочем зазоре тоже практически синусоидален:

.

Тяговое усилие становится пульсирующим и возникает вибрация якоря. Это приводит к повышенному износу и быстрому выходу из строя магнитной системы. Эффективным средством устранения вибрации является применение магнитных экранов – короткозамкнутых витков или медного кольца К, охватывающих часть полюса магнитной системы (рис. 4.6). Роль короткозамкнутого витка обычно выполняет медное кольцо. Магнитный поток сердечника расщепляется на два потока  и .

Поток сцеплен с медным кольцом. В кольце индуцируется ток, который создает поток , а следовательно, и тяговое усилие, сдвинутые во времени относительно потоков  и . Благодаря этому, вибрации, сопровождающие сильным шумом, устраняются.

Другой способ создания двух потоков, сдвинутых во времени, обеспечивается в двухобмоточных контакторах и реле путем включения последовательно с одной обмоткой – емкости, а последовательно с другой обмоткой – индуктивности.