5-9. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАСЦЕПИТЕЛЕЙ
Расчет электромагнитного расцепителя сводится к определению размеров электромагнита по заданной тяговой характеристике. Описание этого расчета см. [Л. 3-4, 3-5 и 5-19]. Добавочно надо провести только расчет катушки на термостойкость при коротком замыкании (§ 1-4).
Требуемая тяговая характеристика может быть найдена из следующих условий:
1. Усилие, передаваемое расцепителем на защелку механизма свободного расцепления при токе уставки, и ход якоря после касания защелки должны быть достаточными для расцепления механизма. Усилие, развиваемое якорем, выбирается с запасом, чтобы перекрыть возможные производственные отклонения я увеличение усилий сопротивления со временем из-за износа и увеличения коэффициента трения. Величины потребных запасов можно установить достаточно точно только по результатам испытания на срок службы и опыту эксплуатации. Для облегчения отключения обычно предусматривается выход якоря из зацепления с устройством, создающим выдержку времени, до того, как он коснется защелки; при этом якорь разгоняется и ударяет о защелку. В этом случае для надежной работы обычно достаточно, чтобы тяговое усилие в момент касания защелки было несколько больше суммы статических усилий сопротивления, которая состоит из усилий противодействующей пружины расцепителя, трения в расцепи- теле и усилий, необходимых для расцепления защелки. Для обеспечения этого тяговую характеристику электромагнита делают такую, при которой к моменту удара о защелку имеется достаточное избыточное усилие /и (рис. 5-25), идущее на преодоление усилий, препятствующих срабатыванию защелки. Если якорь не выходит из зацепления и медленно приближается к защелке, то разность между тяговым усилием и усилиями противодействующих пружин, которая является вполне определенной величиной, должна быть в несколько (3 — 5) раз больше статических усилий, необходимых для преодоления сил трения.
При токе уставки обычно достаточно, чтобы электромагнит расцепителя имел 300 — 1500 ампер-витков (в зависимости от величины автомата и его конструкции)
Рис. 5-25. Зависимость усилий от хода якоря расцепителя максимального тока. S, — нормальное положение якоря; S,— Лй—ход якоря, после которого должен Сыть требуемый коэффициент возврата; S,—S3 — ход якоря до расцепления с механизмом, создающим выдержку времени; Si —положение якоря в момент удара о защелку; fn—усилие противодействующей пружины; fT — усилие трения в механизме расцепителя; f (S, /погр ( — тяговое усилие якоря при токе уставки- f(S, KtnoTp ) — тяговое усилие якоря при токе возврата.
2. Для обеспечения избирательной защиты расцепители должны иметь достаточно высокий коэффициент возврата. В данном случае коэффициентом возврата называется отношение наибольшего тока, при котором расцепитель возвращается в исходное положение по истечении некоторой доли (50—70%) полной выдержки времени, к току срабатывания. Если коэффициент возврата низкий, то после отключения сверхтока нижестоящим автоматом вышестоящий автомат тоже может сработать, даже при отсутствии сверхтока или после исчезновения технологической перегрузки автомат может отключиться. Потребная величина коэффициента возврата К устанавливается, исходя из того, что желательно, чтобы возврат происходил, когда ток в цепи уменьшится до номинального (в результате отключения нижестоящим автоматом участка, где была перегрузка). Так как уставка на ток срабатывания при перегрузках может быть очень близка к номинальной (~130%), то К должен быть больше 0,7 — 0,8. У расцепителей двойного
действия, у которых уставка срабатывания при токах короткого замыкания в п раз больше, чем номинальный ток, коэффициент возврата должен быть Обычно К= = 0,2- 0,25. Для получения требуемого коэффициента возврата должны быть удовлетворены следующие условия в интервале 52 <5((рис. 5-25):
(5-5) 
(5-6)
Чтобы коэффициент возврата был больше, тяговые и противодействующие усилия должны быть по возможности больше усилий трения и их характеристики должны быть по возможности одинаковыми. Из указанных выше соотношений, зная трение в расцепителе, коэффициент возврата и характер зависимости тягового усилия от тока, можно найти тяговое усилие в начальный момент при разомкнутой системе. Обычно достаточно определить это усилие для точки 5 = Sj и нижнего тока уставки /погр, т. е. найти f(Si, /порр), так как Для больших токов уставки условия возврата обычно легче. Если тяговая характеристика хорошо подогнана, то можно принять, что при S2<S<S|
(5-7)
Считая, что тяговое усилие пропорционально квадрату тока, из (5-5), (5-6) и (5-7) следует, что для получения требуемого коэффициента возврата надо, чтобы
(5-8)
Учитывая несоответствие характеристик, тяговое усилие должно быть выбрано несколько большим. Усилие противодействующей пружины в нормальном положении при нижнем токе уставки f определяется по формуле
(5-9)
3. Расцепители должны иметь требуемые пределы уставок тока срабатывания. Отношение верхнего тока уставки к нижнему обычно бывает около 2. Для получения должной точности шкала должна быть достаточно длинной. В прямоходовом электромагните, якорь которого оттягивается пружиной, расположенной по оси его, крутизна подъема характеристики противодействующего усилия,
создаваемого пружиной, (иначе говоря, жесткость пружины), длина шкалы I, усилие пружины при наименьшем /погр и наибольшем l"orp токах уставки соответственно fn и связаны очевидным соотношением
(5-10)
Если принять, что тяговое усилие пропорционально квадрату тока, то
Для поворотных систем все усилия и ходы должны быть приведены к одному и тому же плечу, на котором расположена шкала. Для срабатывания при токе уставки якорь, начав двигаться, не должен застрять посредине пути. Для этого характеристика тягового усилия должна быть круче характеристики противодействующего усилия. С другой стороны, для получения максимального коэффициента возврата крутизны тяговой и противодействующей характеристик должны быть по возможности одинаковыми; исходя из этого, можно считать, что т является крутизной тяговой характеристики магнитной системы при наименьшем токе уставки на участке, где создается выдержка времени. Определяя из (5-11) /"" и задаваясь длиной шкалы /, можно из (5-10) найти от. Зная начальное усилие [,/, крутизну тяговой характеристики от и избыточное усилие fM, можно построить требуемую тяговую характеристику магнитной системы. Иногда для получения требуемой характеристики приходится делать у якоря и сердечника довольно сложный профиль, который лучше всего можно определить путем подбора на опытных образцах.
(5-11)
Тяговое усилие электромагнита paсцепителя при переменном токе меняет свою величину с частотой, равной двойной частоте переменного тока, а противодействующее усилие постоянно. Поэтому во время срабатывания с выдержкой времени результирующее усилие получается знакопеременным и все детали, связанные с якорем через шарниры, вибрируют и, ударяясь друг о друга, издают резкий шум, сели не приняты специальные меры. Для борьбы с этим: а) искусственно увеличивают инерцию якоря; б) стягивают шарнирно связанные детали пружинами, которые, не создавая добавочного момента вращения, выбирают все зазоры в одну сторону; усилие такой пружины должно быть достаточно большим, чтобы в шарнирах не появлялось знакопеременного усилия; в) упоры ставят подрессоренные или делают1 их на малом плече, благодаря чему они получаются нежесткими. Иногда удается прекратить шум в шарнире, изменив направление сил так, чтобы результирующее усилие не было знакопеременным. В ряде случаев это достигается просто изменением плеча приложения силы (например, места закрепления противодействующей пружины).
