Исследования показывают, что Хвш и Лк практически не зависят от рабочего зазора и перекрытия КС при реальных для геркоиовых реле соотношениях размеров. Это свидетельствует о том, что конфигурацию поля на внешнем участке прохождения потока Фе. можно принять независимой от изменения конфигурации поля на внутреннем участке прохождения этого потока.

Таким образом, для принятой нами модели поля (рис. 8.11) и допущении AdB=0 и Adc = 0 факторами при определении максимума, например, Ат. остаются конфигурация участка сепаратрисы , ограничивающего область потока Фб в зазоре S (аналогичный участок сепаратрисы У/У ввиду центральной симметрии системы имеет такую же форму), и координата Хс-

Учет изменения конфигурации сепаратрисы может быть решен вариационными методами. Можно также найти функциональную связь формы рассматриваемого участка сепаратрисы (а затем и Лвт) с координатой Хс, используя с этой целью, например, конформные преобразования или планированный эксперимент с применением аналогового моделирования. Однако все это очень сложно и по трудоемкости приближается к решению поля численными методами. К нашему удовлетворению, предварительный анализ многих магнитных систем электрических аппаратов позволяет заметно упростить задачу, приняв- конфигурацию сепаратрис неизменной. В рассматриваемом нами случае можно поступить именно так. Учитывая подход упомянутого участка сепаратрисы 11 к точке т на поверхности КС под острым углом (см. рис. 8.11), представим его в виде совокупности части лемнискаты Бернулли-на длине т-G и четверти окружности - на длине G~E (см. рис. 8.13).

Удельная проводимость л (на единицу ширины КС) заштрихованного на рис. 8.13 участка находится в безразмерном виде по эмпирической формуле

Х=2,314-f 63Дх„ - 49.1028-f 2,84.102/г-f 1,14.105 Дд:8-f -f 6,7-1 ОДхЛ-9,5. ЮоЛ,

где Xm, б и л - в метрах.

Допустимые диапазоны варьирования факторов в этой формуле: Дл:„=(5±4)10-з м; б= (0,17+0,14) 10-» м; /i=-(0,5±0,ЗИ0-з м. Связь между хс и АХт ясна из рис. 8.11 и 8.13: Хс= Umk-а) 12-

Полная магнитная проводимость заштрихованного участка (рис 8.13) представляет собой одну из составных частей проводимости Лвт и находится по формуле

Рис. 8,13. Принятая при расчете конфигурация сепаратрисы иа участке Е-т

(8.37)

Другие составные части проводимости Лвт принимаются независимыми от Хс и определяются по известному методу вероятных путей потока {1-4].

Порядок расчета рассматриваемой магнитной системы следующий. Сначала, варьируя координатой Хс, находим ее значение, соответствующее максимуму Arv. Затем, например, определяем рабочий магнитный поток Фб по (8.23) и далее - электромагнитную силу Рэм по (8.6) при Фтах=Фв. Проведя рзсчет Лгчг для нескольких значений б, можно, используя формулы (8.13), (8.14) и (8.17), найти МДС срабатывания Fcp и коэффициент возврата кв реле. Время расчета Fcp и кв данного реле на ЭВМ типа ЕС1030 не превышает 1-2 мин.

Симметричному герконовому реле без дополнительных магнитопроводов (см. рис. 8.1) соответствует только одна картина магнитного поля (см. рис. 8.3). В более сложных конструкциях, например в реле с таким же МК, но с дополнительным магнитопроводом, варьирование размеров системы может привести к качественному изменению картины поля (см. рис. 8.6). В этом случае картина поля становится еще одним фактором при нахождении максимума Лгчг. Количество факторов увеличивается также при усложнении конструкции МК [38].

ГЛАВА 9. КОМАНДОАППАРАТЫ

НА МАГИИТОУПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТАХ.

ФЕРРИДЫ

Командоаппараты на МК по назначению многообразны. Это различные кнопки; тумблеры; конечные, путевые и пакетные переключатели; распределители сигналов; устройства адресования и др. В этих аппаратах переключение МК осуществляется перемещением или изменением магнитного состояния управляющего элемента. Роль управляющего элемента могут выполнять: подвижный постоянный магнит (ПМ); подвижная или неподвижная ферромагнитная деталь (в последнем случае функционирование аппарата осуществляется за счет изменения магнитного состояния этой детали, например при воздействии температуры); быстроперемещающийся немагнитный металлический экран, в котором наводятся вихревые токи, препятствующие проникновению в МК поля от ПМ.

Конструкции командоаппаратов также весьма разнообразны. Подробно с ними можно ознакомиться по специальной литературе.

--Д/.-

например [42]. Здесь рассмотрены только особенности магнитных систем некоторых командоаппаратов, управление МК в которых осуществляется перемещением постоянных магнитов.

§ 9.1. Управление язычковыми магнитоуправляемыми контактами перемещением постоянных магнитов

На рис. 9.1 приведен простейший способ управления язычковым замыкающим МК прямолинейным перемещением стержневого ПМ. Однако даже для такой простой магнитной системы распределение поля весьма сложно. На рис. 9.2 приведена картина поля в плоскости продольной проекции магнитной системы, соответствующей рис. 9.1, для случая, когда поперечные

оси ПМ и баллона МК V совпадают, длина ПМ в

несколько раз меньше длины МК и ПМ расположен близко к МК- На рис. 9.2 приведены также соответствующие картине поля кривые распределения магнитных потоков вдоль контактных сердечников МК. На картине поля можно выделить следующие характерные области потоков. В областях, охваченных сепаратрисами У и И, проходят соответственно потоки рассеяния Фвг и Ф"в2, линии магнитной индукции которых, кроме ПМ, проходят только по воздуху. Между сепаратрисами 1-111 и И-IV проходят потоки рассеяния Фс2+ и Фс2-, линии магнитной индукции которых замыкаются соответственно на внутренних и внешних участках КС 2. Область между сепаратрисами 111 и IV характеризует поток Ф1,2, проходящий по обоим КС. Внутри этой области имеются линии магнитной индукции q и к, которые в поперечных сечениях /-/ и с-с пересекают соответственно КС 7 и 2. Вправо и влево от этих сечений линии магнитной индукции в КС имеют разное направление, а продольный поток в них равен нулю. Одну часть потока Ф1,2, ограниченную линиями магнитной индукции к и 777, условно можно назвать потоком в рабочем зазоре Фо (область этого потока заштрихована), а вторую часть (между линиями магнитной индукции к и IV) - потоком рассеяния Фс1,2, проходящим по обоим КС.

Следует отметить, что в отличие от магнитной системы реле с язычковым замыкающим МК (см. рис. 8.3) в рассматриваемой магнитной системе этого же МК с ПМ при определенном соотношении ее размеров в каждом КС имеется не одно, а два максимальных значения потока (рис. 9.2), причем одно из них, например

Рис. 9.1. Пример управления МК прямолинейным перемещением стержневого постоянного магнита

в КС 7, условно положительно (Фтахц-) - поток протекает в КС справа налево, а другое (Фтах!-)-отрицательно (поток проходит в КС слева направо).

Если ПМ в несколько раз короче МК, то увеличение длины МК не приводит к повышению чувствительности системы, т. е. к увеличению координаты у, соответствующей срабатыванию МК (см. рис. 9.1), и даже может ее снизить из-за шунтирующего действия внешних частей КС (см. потоки Фйсг- и Фйс1,2 на рис. 9.2). В этом

Рис. 9.2. Одна из картин поля и распределение потоков вдоль КС магнитной системы, изображенной на рис. 9.1.

существенное отличие такого аппарата от реле с МК (см. рис. 8.3), в котором удлинение КС приводит из-за увеличения внешней магнитной проводимости к монотонному росту чувствительности (до насыщения КС, когда этот рост практически прекращается).

При увеличении расстояния у (см. рис. 9.1), а также при уменьшении рабочего зазора МК сечения t-t и с-с (рис. 9.2), соответствующие нулевым значениям потока в КС, смещаются к внешним концам последних. В результате при значительном удалении ПМ от МК распределение магнитного потока по длине КС становится близким по форме к его распределению в реле, т. е. в обоих КС поток проходит только в одном направлении. Аналогичным образом сказывается на характере распределения магнитного потока в КС и удлинение ПМ. Практически уже при длине ПМ, равной дли-

не МК, даже прн минимальных расстояниях г/ в КС отсутствуют потоки, направленные противоположно рабочему потоку. При этом особые точки т и п (см. рис. 9.2) располагаются не на гранях Л, и Ai сердечников, а на гранях £i и £2.

Важным параметром многих аппаратов с МК, управляемых перемещением постоянного магнита (или подвижной ферромагнитной детали), является дифференциал хода управляющего элемента

Д=г/в-1/ср,

где г/в - координата положения управляющего элемента при его «обратном» перемещении, соответствующая возврату МК; f/cp - координата положения управляющего элемента при его «прямом» перемещении, соответствующая срабатыванию МК-

Для снижения дифференциала хода имеются два пути: повышение коэффициента возврата МК и увеличение градиента магнитного поля. Так как в настоящее время МК выпускаются с большим разбросом по значениям коэффициента возврата, второй путь является более радикальным.

Примером командоаппарата с язычковым МК является кнопка, схема конструкции которой дана на рис. 9.3. При отсутствии нажатия на клавишу 5 (рис. 9.3, а) шток Ю находится в верхнем положении под действием пружины 6.

Рис. 9.3. Схема конструкции кнопки с язычковым МК

На штоке Ю между пружинами 8 и 11 расположена подвижная втулка 9 с постоянным магнитом 4, который притянут к выступу ферромагнитной детали 3, экранирующей МК 2 от поля магнита. Управляемая электрическая цепь разомкнута.

При иажатии на клавишу 5 и соответствующем перемещении штока 10 вниз магнит 4 сначала остается неподвижным за счет электромагнитной силы притя-

жения к детали 3 (рис. 9.3, б). Пружина 5 сжимается, а пружина разжимается. Когда фланец 7 штока 10 доходит до втулки 9 и нажимает на иее, магнит 4 отрывается от детали 3. Электромагнитная сила притяжения магнита к выступу детали 3 значительно уменьшается, и втулка 9 вместе с магнитом перебрасывается вниз (рис. 9.3, в). Магнит притягивается к выступу ферромагнитной детали /. В этом положении магнита детали 1 н 3 являются полюсами, улучшающими подвод магнитного потока от магнита к МК 2; последний замыкается.

При снятии нажатия с клавиши 5 шток 10 под действием пружины 6 перемещается вверх (не показано на рис. 9.3). На некотором участке его движения магнит 4 остается притянутым к детали /, поэтому пружина сжимается, а пружина 8 разжимается. При дальнейшем движении штока его нижний фланец 12 достигает втулки 9. Магнит 4 отрывается от детали / и пружиной перебрасывается в верхнее положение (рис. 9.3, а).

В рассмотренной конструкции скорость перемещения магнита практически не является функцией от скорости перемещения клавиши, что обеспечивает независимость износостойкости МК от индивидуальных особенностей оператора, воздействующего на кнопку.

§ 9.2. Управление плунжерными

и шариковыми магнитоуправляемыми

контактами перемещением постоянных

магнитов

В плунжерных (см. рис. 7.17) и шариковых (см. рис. 7.18) МК подвижный КС имеет чаще всего малые размеры и его можно рассматривать как «пробное тело», т. е. тело, не меняющее своим внесением магнитное состояние источника и меняющее поле последнего только в области своего расположения и в непосредственной близости. Тогда принимая поле источника равномерным в пределах пробного тела до внесения последнего в поле, электромагнитную силу, действующую на такое тело в направлении Z, можно рассчитать по формуле

Р,г-гп(дВ/дг), (9.1)

Где Б -модуль полного вектора магнитной индукции в месте расположения пробного тела до его внесения в поле; m - магнитный момент тела, определяемый как

m = MV. (9.2)

В формуле (9.2) М, К -намагниченность и объем тела. В дальнейшем будем рассматривать магнитомягкое «пробное тело», пренебрегая его магнитным гистерезисом. Намагниченность находится из выражения

Ж==(5,/(х„)- „ (9.3)

где Hi и Bi - соответственно напряженность и индукция поля внутри тела; цо - магнитная постоянная.

Для расчета поля внутри тела можно использовать выражение

Я, = /У/11 + ЛГ({1,-1)].

Где Я - напряженность в месте расположения тела до его внесения