Коэффициентом возврата магнитной системы называется отношение тока или м. д. с. катушки, при которых якорь отпадает, соответственно к току или м. д. с. катушки, при которых якорь притягивается,
(9.103) Коэффициент возврата характеризует чувствительность магнитной системы конкретного электрического аппарата или механизма к изменению тока в катушке. Для различных магнитных систем коэффициент возврата может колебаться в очень широких пределах: от 0,05 до 0,95. Искусственным путем при помощи различных схем включения катушки магнитной системы можно получить с учетом схемы коэффициент возврата, равный единице.
Расчет коэффициента возврата ведется (рис. 9.22) по тяговым и механической характеристикам и кривым намагничивания магнитной системы. По механической характеристике аппарата (рис. 9.22, а) определяется усилие срабатывания; обычно оно равно усилию при максимальном рабочем зазоре δмах, так как срабатывание аппарата произойдет тогда, когда усилие притяжения будет равно противодействующему усилию.
Рис. 9.22. К расчету коэффициента возврата: а — характеристики; б — кривые намагничивания; 1 — срабатывание; 2 — отпускание
Рис. 9.23. Магнитные системы с замкнутой (б) и разомкнутой (в) магнитной цепью и их тяговые характеристики (а):
для системы (б) — участок характеристики а1b1; для системы (в) — участок характеристики а2b2
Однако в отдельных случаях величину Рср могут определять и критические точки, лежащие в середине механической характеристики; тяговая характеристика срабатывания для подобного случая показана на рис. 9.22, а пунктиром. По формуле Максвелла или энергетической формуле, зная усилие притяжения, определяют магнитный поток рабочего воздушного зазора, а затем, пользуясь кривой намагничивания магнитной системы для данного зазора, по величине потока определяют м. д. с. срабатывания (рис. 9.22, б).
Усилие отпадания Рот определяется величиной противодействующего усилия при притянутом якоре и минимальном зазоре, так как якорь отпадает лишь в том случае, если усилие притяжения уменьшается до величины противодействующего усилия. Зная величину усилия по формуле Максвелла определяют величину потока отпадания Фот, а затем, пользуясь кривой намагничивания магнитной системы по величине потока определяют м. д. с. отпадания (рис. 9.22, б). Отношение м. д. с. отпадания к м. д. с. срабатывания определяет коэффициент возврата (9.103).
Из тяговых и механических характеристик, показанных на рис. 9. 22, а, видно, что величину коэффициента возврата качественно характеризует разность ΔΡ между усилием притяжения при Fcp и противодействующими усилиями при притянутом якоре. Очевидно, чем больше величина ΔΡ, тем ниже коэффициент возврата.
Таким образом, для получения магнитной системы с высоким коэффициентом возврата необходимо максимальное сближение усилий тяговой и механической характеристик при притянутом якоре, на чем и основываются все способы увеличения коэффициента возврата. Основными, наиболее часто применяемыми способами увеличения коэффициента возврата, являются следующие:
- Применение специальных исполнений магнитной системы, имеющих пологую тяговую характеристику, близко подходящую к механической. К таким магнитным системам относятся соленоиды, магнитные системы с FM.K = var и магнитные системы с FM.K=const, но имеющие разомкнутую магнитную цепь, вследствие чего суммарный конечный зазор такой магнитной системы весьма значителен. Самый существенный недостаток последнего типа магнитной системы: наличие небольших тяговых усилий (рис. 9.23). Коэффициент возврата магнитной системы с незамкнутой магнитной цепью весьма высок и может доходить до 0,95.
- Введение диамагнитной прокладки в магнитную систему. Этот способ является частным случаем применения магнитной системы с незамкнутой магнитной цепью; разница заключается лишь в том, что если в незамкнутой магнитной цепи суммарная величина конечного зазора весьма значительна и составляет нередко несколько десятков миллиметров, то толщина диамагнитной прокладки и, следовательно, величина конечного зазора в магнитной системе с диамагнитной прокладкой составляет обычно 2-3 мм. Такие магнитные системы практически имеют те же усилия притяжения, что и магнитные системы без диамагнитной прокладки, но конечное усилие, которое резко возрастает именно на последних двух-трех миллиметрах хода якоря, существенно уменьшается. Магнитные системы с диамагнитной прокладкой позволяют получить коэффициент возврата порядка 0,3 — 0,5.
Как первый, так и, особенно, второй способ наиболее эффективны для магнитных систем, имеющих крутую тяговую характеристику, и обычно применяются в магнитных системах с постоянными ампер-витками.
- Резкое увеличение противодействующих усилий в конце хода якоря (рис. 9.24). Обычно это увеличение осуществляется за счет специальной пружины 1, имеющей предварительный натяг и жесткую характеристику, вступающей в действие на последних 2 — 3 мм хода якоря. Регулируя предварительный натяг пружины, можно в некоторых небольших пределах изменять и коэффициент возврата.
Увеличение коэффициента возврата возможно и за счет увеличения контактного нажатия замыкающихся контактов. Очевидно, что такое увеличение не должно вызывать усиленного механического износа контактов и увеличения тока срабатывания. При этом способе возможно получение коэффициента возврата порядка 0,3-0,6.
4. Увеличение коэффициента возврата за счет схемы включения катушки или за счет применения добавочной подъемной катушки (рис. 9.25) — форсирование катушки. При этом способе в конце хода якоря в цепь катушки вводится добавочное сопротивление R (рис. 9.25, б), которое уменьшает ток в катушке и тем самым уменьшает усилие притяжения якоря во включенном состоянии. Существенным достоинством этого способа является то, что во включенном состоянии уменьшается потребление энергии, что делает систему экономичной, однако она требует добавочного сопротивления и специального контакта.
Рис. 9.25. Форсирование катушки:
а — характеристики (/ — момент введения сопротивления или отключения подъемной катушки); б — схема с введением сопротивления; в — схема с включением подъемной катушки 2
Рис. 9.24. Увеличение коэффициента возврата за счет увеличения противодействующих усилий в конце хода якоря:
1 — пружина возврата; 2 — вступление пружины в действие
Точно такой же эффект дает применение специальной подъемной катушки (рис. 9.25, в), которая выключается в конце хода якоря. При данном способе возможно получение любого значения коэффициента возврата; например, можно получить коэффициент возврата больше единицы, если считать его по напряжению, приложенному к выводам схемы.
