К вопросу контролирования тока при работе многокатушечного длинноходового электромагнита | Статья в сборнике международной научной конференции

Автор:

Рубрика: 4. Электротехника

Опубликовано в

III международная научная конференция «Актуальные вопросы технических наук» (Пермь, апрель 2015)

Дата публикации: 07.04.2015

Статья просмотрена: 23 раза

Библиографическое описание:

Ромшин Я. А. К вопросу контролирования тока при работе многокатушечного длинноходового электромагнита [Текст] // Актуальные вопросы технических наук: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь: Зебра, 2015. — С. 79-83. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/125/7818/ (дата обращения: 15.08.2018).

Для правильной работы многокатушечного длинноходового электромагнита [1] очень важным является обеспечение хорошей магнитной связи между катушками с целью эффективной передачи энергии из одной катушки в другую. Однако может возникнуть режим, при котором индукция в магнитопроводе достигнет значения индукции насыщения, и тогда магнитные свойства материала магнитопровода резко ухудшатся. Это неизбежно приведёт к снижению КПД устройства и преждевременному выходу из строя. Для исключения подобных режимов необходимо контролировать значение силы тока в катушках, особенно на этапе отладки устройства.

Ухудшение магнитных свойств материала выражается уменьшением его относительной магнитной проницаемости µ согласно формуле 1 и увеличением магнитного сопротивления RM, определяемого по формуле 2 [2]:

 → ,                                                                                          (1)

где H — напряженность магнитного поля, µ0 — магнитная постоянная, В — индукция магнитного поля.

,                                                                                                            (2)

где l — длина участка магнитопровода, S — площадь его поперечного сечения.

Из закона полного тока известно:

,                                                                                                                    (3)

где i — сила тока в катушке, w — число витков катушки.

Определим связь В и i, объединив формулы 1 и 3:

.                                                                                                            (4)

Отсюда видим, что индукция в магнитопроводе прямо пропорциональна току в катушке, и чрезмерное увеличение тока может привести к насыщению и потере материалом своих ферромагнитных свойств. Возникает задача каким-то образом контролировать значение силы тока.

Самым простым и наиболее очевидным способом контроля является включение в цепь катушки амперметра. Однако процессы нарастания тока и передачи энергии в электромагните происходят достаточно быстро, и инерционность амперметра в этом случае может не позволить произвести правильное и своевременное измерение. Кроме того большинство амперметров, как аналоговых, так и цифровых показывают действующее или среднее значение тока, в то время как для оценки превышения допустимого уровня тока требуется его мгновенное значение. Отсюда возникает потребность в определенного рода сигнализаторе превышения заданного уровня тока.

Простейшим решением является включение в цепь катушки Lk, подключенной к источнику Uп, дополнительного резистора (рисунок 1), который, по сути, будет являться датчиком тока, и падение напряжения UR на котором согласно закону Ома будет пропорционально протекающему через него току [3]:

.                                                                                                                    (5)

Рис. 1. Схема включения измерительного резистора.

 

Напряжение UR можно использовать для включения сигнализирующего светодиода VD, подключенного параллельно резистору R через добавочный резистор Rд (рисунок 2).

Рис. 2. Схема включения сигнализирующего светодиода

 

До тех пор, пока напряжение UR будет меньше порогового напряжения U0 светодиода, ток в цепи VD — Rд протекать не будет. Как только ток через R достигнет значения, при котором выполнится условие UR = U0, светодиод откроется и загорится, сигнализируя о превышении допустимого тока.

Для выбора сопротивления резистора R необходимо задаться значениями тока срабатывания Iср и напряжения UR, необходимого для включения светодиода. Тогда по формуле 5 получим: . Мощность Р этого резистора должна быть не менее .

Резистор Rд должен обеспечивать прямой ток IVD через светодиод достаточный для его яркого свечения. Сопротивление Rд определяется как . Для большинства маломощных светодиодов достаточно тока 15–20 мА.

Кроме того необходимо защитить светодиод от обратного напряжения, которое может возникнуть при работе электромагнита. Для этого достаточно параллельно ему во встречном направлении подключить шунтирующий диод VDш (рисунок 3) с обратным напряжением не менее 1,4∙Uп.

Рис. 3. Схема подключения шунтирующего диода

 

Кроме световой сигнализации, дополнительно может быть использована звуковая. Схема в этом случае потребует некоторой доработки и введения дополнительных элементов. Вместо светодиода VD в схему включается диодно-транзисторный оптрон U1, передающий сигнал из силовой цепи в цепь сигнализации, осуществляя дополнительно гальваническую развязку. Транзистор оптрона является ключом, коммутирующим нагрузку, которой служат параллельно подключенные светодиод VD1 и генератор звуковой частоты ГЗЧ (рисунок 4).

Работа схемы аналогична предыдущему варианту. Когда ток в катушке достигнет значения Iср, падение напряжения на резисторе R вызовет открытие диода оптрона и протекание через него тока. За счет светового потока транзистор на вторичной стороне оптрона откроется и подключит ГЗЧ и VD1 к источнику питания Uп.у. Нагрузкой ГЗЧ может быть динамическая головка или пьезоизлучатель. Резистор R1 ограничивает ток через VD1. Его сопротивление определяется как , где IVD1 = (15÷20) мА — ток через диод VD1. За счет быстродействия полупроводниковых элементов система своевременно реагирует на превышение тока.

Рис. 4. Схема с использованием световой и звуковой сигнализации

 

Однако стоит отметить, что применение подобных схем целесообразно при значении тока в катушках не больше 5–6 А, потому как c увеличением тока сильно увеличиваются тепловые потери в резисторе R, а также затрудняется его подбор. Для более мощных электромагнитов можно использовать специальные неконтактные датчики, основанные, например, на эффекте Холла [3]. Представленная же схема в принципе может использоваться в любом устройстве, работающем на постоянном токе и требующем контроля значения этого тока.

Несмотря на то, что процессы, протекающие в электромагните, лежат в диапазоне десятков-сотен миллисекунд, энергия, преобразуемая при работе из электрической в механическую, весьма значительна, а потери этой энергии будут приводить к нагреву катушек, которые, учитывая конструкцию длинноходового электромагнита, не смогу рассеять эту энергию в окружающую среду. Поэтому стоит уделить повышенное внимание расчету и отладке устройства, не допуская его работы в критических режимах. При проектировании не стоит пренебрегать математическим моделированием. Современные САПР позволяют достаточно точно рассчитать и смоделировать работу практически любой системы, и электромагнита в частности. При грамотном моделировании можно избежать множества ошибок, возникающих при реализации готового устройства.

 

Литература:

 

1.         Технические науки в России и за рубежом: материалы IV Междунар науч. конф. (г.Москва, январь 2015 г.). — М.: Буки-Веди, 2015. — 140 c. — ISBN 978–5-4465–0596–8.

2.         Зорохович А. Е., Калинин В. К. Электротехника с основами промышленной электроники. — М.: «Высшая школа», 1975. — 432 с.: ил.

3.         Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное пособие: Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 240 с.: ил.

Основные термины (генерируются автоматически): ток, IVD, схема включения, сигнализирующий светодиод, падение напряжения, обратное напряжение, магнитное поле, значение тока, значение силы тока, шунтирующий диод.

Похожие статьи

Трансформатор тока в магнитном поле.

ток, IVD, схема включения, сигнализирующий светодиод, падение напряжения, обратное напряжение, магнитное поле, значение тока, значение силы тока, шунтирующий диод.

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

Трансформатор тока в магнитном поле. Авторы: Пасынков Юрий Алексеевич, Савиных Максим Александрович.

Для измерения использовались пропорциональные этим токам и синфазные с ними напряжения, соответственно на шунте в первичной обмотке и на нагрузочном резисторе...

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а

Это возможно при определенных значениях напряжения источника и тока управления

Так, напряжение на тиристоре в момент включения изменяется скачком почти до нуля.

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного...

где I0 — обратный ток насыщения диода, I — значение прямого тока, e — заряд электрона, ω = 2πf, f — частота тока, τр — время релаксации неосновных носителей заряда, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура.

Расчет порогового напряжения МДП-структуры с учетом...

Производители элементной базы под пороговым напряжением понимают значение напряжения на затворе, при котором в МДП-транзисторе возникает так называемый предпороговый ток, не превышающий определенного минимального значения [2]. Более универсальным...

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Ток сброса — значение тока, протекающего в цепи сброса таймера в заданном режиме при номинальном напряжении

При работе диодов на емкостную нагрузку действующее значение тока через диод не должно превышать .

Системы оперативного постоянного тока для ПС 110 — 220 кВ

‒ пульсации тока в режиме поддерживающего заряда. ‒ соблюдение правил ввода АБ в

Под действием внешнего электрического или магнитного поля, агрессивной окружающей среды

Из представленного рисунка видно, что диоды не позволяют напряжениям полюсов сети...

Сравнительный анализ современных датчиков тока

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

При этом напряжение и ток ключа должны быть выражены через входное напряжение ФИТВ и требуемую мощность в нагрузке.

Вместо светодиода VD в схему включается диодно-транзисторный оптрон U1...

Принцип действия и конструктивные особенности самодельного...

инвертируется и первично усиливается, далее сигнал поступает на затвор Т2, мощный полевой транзистор, который подключен в роли ключа и зашунтирован обратным диодом.

В этот момент импульсом накачки С5 и С6 еще раз заряжаются до некого значения напряжения, но...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Трансформатор тока в магнитном поле.

ток, IVD, схема включения, сигнализирующий светодиод, падение напряжения, обратное напряжение, магнитное поле, значение тока, значение силы тока, шунтирующий диод.

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

Трансформатор тока в магнитном поле. Авторы: Пасынков Юрий Алексеевич, Савиных Максим Александрович.

Для измерения использовались пропорциональные этим токам и синфазные с ними напряжения, соответственно на шунте в первичной обмотке и на нагрузочном резисторе...

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а

Это возможно при определенных значениях напряжения источника и тока управления

Так, напряжение на тиристоре в момент включения изменяется скачком почти до нуля.

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного...

где I0 — обратный ток насыщения диода, I — значение прямого тока, e — заряд электрона, ω = 2πf, f — частота тока, τр — время релаксации неосновных носителей заряда, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура.

Расчет порогового напряжения МДП-структуры с учетом...

Производители элементной базы под пороговым напряжением понимают значение напряжения на затворе, при котором в МДП-транзисторе возникает так называемый предпороговый ток, не превышающий определенного минимального значения [2]. Более универсальным...

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Ток сброса — значение тока, протекающего в цепи сброса таймера в заданном режиме при номинальном напряжении

При работе диодов на емкостную нагрузку действующее значение тока через диод не должно превышать .

Системы оперативного постоянного тока для ПС 110 — 220 кВ

‒ пульсации тока в режиме поддерживающего заряда. ‒ соблюдение правил ввода АБ в

Под действием внешнего электрического или магнитного поля, агрессивной окружающей среды

Из представленного рисунка видно, что диоды не позволяют напряжениям полюсов сети...

Сравнительный анализ современных датчиков тока

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

При этом напряжение и ток ключа должны быть выражены через входное напряжение ФИТВ и требуемую мощность в нагрузке.

Вместо светодиода VD в схему включается диодно-транзисторный оптрон U1...

Принцип действия и конструктивные особенности самодельного...

инвертируется и первично усиливается, далее сигнал поступает на затвор Т2, мощный полевой транзистор, который подключен в роли ключа и зашунтирован обратным диодом.

В этот момент импульсом накачки С5 и С6 еще раз заряжаются до некого значения напряжения, но...

Задать вопрос