Для изменения скорости срабатывания применяют специальные методы, которые связаны либо с изменением конструкции и параметров электромагнита, либо с применением специальных схем.

Для уменьшения времени срабатывания конструктивным методом уменьшают вихревые токи в магнитопроводе, для чего выполняют его из магнитных материалов с высоким электрическим сопротивлением; в массивных частях делают специальные прорези, пересекающие пути вихревых токов; выполняют магнитопровод шихтованным. Для уменьшения времени движения уменьшают ход якоря, массу якоря и связанных с ним подвижных частей, а также трение в осях и опорах якоря.

Если конструктивными методами не удается добиться нужного уменьшения времени, прибегают к применению специальных схем.

Основную часть времени срабатывания при включении составляет время трогания, поэтому для изменения времени срабатывания воздействуют прежде всего на t_тр.

Время трогания можно уменьшить, если одновременно с увеличением питающего напряжения U ввести добавочное сопротивление R _доб (рис. 34, а), обеспечивающее постоянство установившегося тока I_у = U / (R + R_доб). Уменьшение времени трогания в этом случае происходит за счет снижения постоянной времени. Недостатком схемы являются потери мощности в добавочном сопротивлении.

В схеме на рис. 34, б в первый момент подачи напряжения U незаряженная емкость C создает, шунтируя R_доб, дополнительный путь для тока. За счет тока зарядки конденсатора ток в обмотке электромагнита растет быстрее. Недостаток схемы – наличие конденсатора значительной емкости.

В схеме на рис. 34, в добавочное сопротивление R_доб шунтируется размыкающим контактом, связанным с якорем электромагнита. При обесточенной обмотке контакт замкнут. При притягивании якоря происходит размыкание контакта, шунтирующего R_доб, и ток нарастает до установившегося значения, равного I_у = U / (R + R_доб). Этот ток должен быть достаточным для удержания якоря в притянутом положении.

Недостатком схемы является наличие размыкающего контакта.

Наиболее распространенным конструктивным методом замедления срабатывания является демпфирование. При электромагнитном демпфировании применяется короткозамкнутая обмотка, за счет которой происходит увеличение t_тр или t_сп.

а)	б)	в)
Рис. 34. Схемы ускорения срабатывания электромагнита при включении

Короткозамкнутая (экранирующая) обмотка обычно выполняется в виде медной или алюминиевой гильзы, которая размещается на магнитопроводе. Вихревые токи, появляющиеся в короткозамкнутой обмотке в момент включения или отключения основной обмотки, задерживают изменение магнитного потока и создают замедление при срабатывании, как при притяжении, так и при отпускании якоря. В последнем случае достигается больший замедляющий эффект, так как переходный процесс происходит при притянутом якоре, когда индуктивность системы больше. Замедление времени спада потока при отключении может достигать 10 секунд, тогда как задержка времени трогания якоря при срабатывании составляет доли секунды.

Для получения больших выдержек времени (до нескольких десятков секунд) увеличивают время движения якоря. Для этого якорь электромагнита присоединяют к демпфирующему устройству, создающему противодействующую силу, пропорциональную скорости перемещения.

Устройства, замедляющие срабатывание, могут быть механическими (анкерные, часовые механизмы), гидравлическими и пневматическими.

Увеличение времени трогания якоря при срабатывании электромагнита достигается также схемными способами. Если U фиксировано, время трогания может быть увеличено включением добавочного сопротивления R_доб. Это время можно также увеличить, включив последовательно с обмоткой электромагнита индуктивность, что ведет к увеличению постоянной времени цепи, не изменяя установившегося тока.

Схемные способы применяются также для увеличения времени спада потока при отключении обмотки электромагнита и отпускании якоря.

На рис. 35, а показана схема с сопротивлением R_ш, включенным параллельно обмотке электромагнита. Это сопротивление образует с обмоткой замкнутый контур для переходного тока с постоянной времени T_к = L_к / (R + R_ш). Недостатком схемы являются потери мощности в R_ш. В схемах, представленных на рис. 35, б и в, этот недостаток отсутствует.

а)	б)	в)
Рис. 35. Схемы замедления срабатывания электромагнита при включении

Следует указать, что в схеме рис. 35, в для нормальной работы электромагнита необходимо создать апериодический переходный процесс, который обеспечивается выбором достаточно большого активного сопротивления R + R_ш.

Примеры решения задач

Пример 1. Рассчитайте электромагнитную силу подковообразного электромагнита (рис. 36) при воздушном зазоре δ = 0,1 ∙ 10^-2 м² и намагничивающей силе F_δ = 708 А.

Геометрические размеры электромагнита: d_пн = 2,4 ∙10^-2 м; h_пн = 0,3 ∙10^-2 м; l = 5 ∙10^-2 м.

Рис. 36. Подковообразный электромагнит

Решение. Электромагнитная сила для одного воздушного зазора определяется по формуле (без учета насыщения и потоков рассеяния)

где производная проводимости воздушного зазора для подковообразного электромагнита, имеющего полюсный наконечник (табл. П.6),

Ответ: F_э = 72 Н.

Пример 2. Определите диаметр медного провода обмотки постоянного тока, необходимый для создания намагничивающей силы F = 600 А при напряжении питания U =110 В. Внутренний D_вн и наружный D_нар диаметры катушки – 34 и 50 мм, ее температура Θ = 80 ^оС.

Решение. Сечение обмоточного провода q находим, исходя из необходимой МДС

где	‒ удельное электрическое
	сопротивление материала провода при температуре Θ = 80 оС;
	‒ средняя длина витка катушки.

Диаметр провода обмотки

Ответ: d = 0,14 ∙10^-3 м.

Пример 3. На рис. 37 показан эскиз быстродействующего электромагнита с втягивающимся якорем, который на постоянном токе при магнитодвижущей силе обмотки F = 2670 А (число витков ω = 248, ток I =10,8 А) и начальном рабочем зазоре d_н создает магнитный поток Ф_max = 8,5 ∙ 10^-4 Вб и развивает электромагнитную силу F_э = 342 Н.

Рис. 37. Эскиз магнитопровода	Рис. 38. Эскиз электромагнита

Определить число витков, необходимое для создания такого же магнитного потока (амплитудное значение) в случае питания обмотки переменным током напряжением U = 127 В с частотой f = 50 Гц, а также развиваемую этим потоком электромагнитную силу и намагничивающий ток при том же значении магнитодвижущей силы обмотки.

Решение. Число витков катушки электромагнита переменного тока

Намагничивающий ток обмотки

Вычислив площадь стали полюса  определим амплитудное значение электромагнитной силы

Средняя сила

Ответ: ω = 673; F_{э max} = 342,4 Н; F_{э ср} = 171,2 Н; I_max = 3,97 А.

Пример 4. Для клапанного электромагнита переменного тока (рис. 38) определить активное сопротивление экранирующего витка. Геометрические размеры электромагнита: Δ₁ =

2 ∙ 10^{- 3} м; Δ₂ = 4 ∙ 10^-3 м; a₁ = 3 ∙ 10^-3 м; a₂ = 7 ∙ 10^-3 м; a = 12 ∙ 10^-3 м; b = 20 ∙ 10^-3 м; h = 3 ∙10^-3 м; H = 20×10-3 м; L = 52 ∙ 10^-3 м. Виток выполнен из латуни; его температура Θ = 80 ^oС.

Решение. Удельное электрическое сопротивление материала витка при температуре Θ = 80 ^oС.

Для латуни удельное электрическое сопротивление температурный коэффициент a = 0,0015 1/^оС.

Активное сопротивление витка

Ответ: r = 6,01∙10^-4 Ом.

Пример 5. Для быстродействующего электромагнита постоянного тока (рис. 38) рассчитать время срабатывания, если зазор δ_н = 0,24 ∙ 10^-2 м, число витков ω = 248, индуктивность обмотки L_н = 0,034 Гн, активное сопротивление R =1,12 Ом, напряжение питания U =12 В, начальная противодействующая сила F_н.пр = 223 Н, ток трогания i_тр = 6,9 А, масса подвижных частей m = 0,44 кг.

Решение. Время трогания определим по формуле (94):

где	‒ установившееся значение тока.

Для быстродействующих электромагнитов время движения определяется по формуле

Время срабатывания определим по формуле

Ответ: t_{ср. вкл} = 39,2 ∙10^-3 с.