ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ

Поляризованные электромагнитные системы отличаются от рассмотренных выше наличием двух не зависящих друг от друга магнитных потоков: постоянного, не зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм, и переменного, зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм. Первый, поляризующий, поток Фп создается либо постоян­ным магнитом (рис. 9-1), либо электромагнитом с независимым питанием. Второй, рабочий, поток Фэ создается электромагнитом. Значение и направление рабочего потока зависят от состояния схемы, в которую включен механизм.

 


Рис. 9-1. Принцип устройства поляризованной магнитной системы

Принцип действия. Образованный магнитом 3 поляризующий поток Фп пройдя через якорь 2, разветвляется. Одна его часть Фп1 проходит через зазор δ1 и левую часть сердечника 1. Вторая его часть Фп2 проходит через зазор δ2 и правую часть сердечника. Катушками 4 и 4', надетыми на сердечник и включенными согласно, создается рабочий поток. Основная его часть Фэ замыкается через весь воздушный зазор δ1 + δ2 и сердечник, охватывая обе катушки. Меньшие части этого потока Ф4 и Ф’4 замыкаются через якорь, соответствующий воздушный зазор и часть сердечника, охватывая только одну катушку.

При наличии только одного поляризующего потока якорь отклонится к одному из полюсов магнита, так как с уменьшением зазора (в нашем примере δ1) часть поляризующего потока в этом зазоре увеличится за счет уменьшения его доли в другом зазоре. При появлении рабочего потока в одном из зазоров будем иметь разность потоков, а в другом – сумму. В нашем примере в зазоре δ1 – поток Фп1 – Ф0 – Ф4, в зазоре δ2 – поток Фп2 + Ф0 + Ф4. По мере увеличения рабочего потока поток в зазоре δ1 будет все уменьшаться, а в зазоре δ2 – увеличиваться. При каком-то соотношении потоков якорь перекинется на правую сторону, т. е. система сработает.

Для возврата системы в исходное положение нужно изменить полярность тока (а следовательно, и потока) в рабочих катушках. Можно настроить систему так, что якорь вернется в исходное положение при снижении рабочего потока и сохранении его полярности. Для этого необходимо, чтобы, перекинувшись вправо, якорь не переходил через нейтральное положение (рис. 9-1, б), т. е. чтобы при любом положении якоря один и тот же воздушный зазор оставался меньше другого (например, δ1 < δ2). Такая настройка называется настройкой на преобладание. В магнитной системе (рис. 9-1, в) якорь в зависимости от полярности тока в рабочей катушке может отклоняться в ту или другую сторону. При обесточенной катушке якорь вернется в нейтральное положение.

Расчет тяговых сил. Считаем, что индукция распределена в зазорах равномерно, и расчет будем вести, используя формулу Максвелла. Силы, действующие на якорь в зазорах δ1, и δ2 от всех потоков, обозначим соответственно Р1 и Р2.

При наличии только поляризующего потока

(9-1)

Суммарная сила, действующая на якорь,

(9-2)

Учитывая, что Фп1 + Фп2 = Фп, можем написать

(9-3)

 

Тогда

(9-4)

т.е. суммарная сила, действующая на якорь, пропорциональна смещению якоря от нейтрали [(δ2 – δ1)/2 – смещение] и зависит от потока постоянного магнита.

При наличии рабочего потока

(9-5)

Потоками Ф4 и Ф’4 можем пренебречь, так как постоянный магнит представляет для них большое сопротивление и они малы по сравнению с другими потоками. Тогда

Нас интересует значение потока Фэ, при котором якорь начнет перемещаться. Это будет при условии, когда Р1 = Р2 т. е.

(9-7)

 

Откуда

(9-8)

Если пренебречь потерями в стали сердечника и потоками рассеяния, то минимальная МДС Fmin, при которой якорь придет в движение, будет

(9-9)

Подставляя значения Фп1 и Фп2 согласно (9-3), получим

(9-10)

т. е. минимальная МДС рабочих катушек, необходимая для срабатывания системы, пропорциональна поляризующему потоку и смещению якоря от нейтрали.

Формы магнитных систем. По источнику МДС поляризующего поля различают системы с постоянным магнитом и системы с электромагнитом, питаемым от независимого источника.

По конструкции различают системы с последовательной магнитной цепью, с параллельной, или дифференциальной, магнитной цепью и с мостовой магнитной цепью. В мостовой магнитной цепи якорь остается в нейтральном положении при отсутствии тока в рабочих обмотках.

Область применения. Поляризованные системы находят широкое применение в установках проводной связи, а также в устройствах электросиловой автоматики, релейной защиты, в следящих системах, системах телеуправления, железнодорожной сигнализации и блокировки. Особенностями этих систем являются направленность действия, высокая чувствительность, большая кратность термической стойкости, быстродействие.