В отличие от нейтральных поляризованные электромагниты характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков: поляризованного и рабочего.
Благодаря этому, их характеристики коренным образом отличаются от характеристик нейтральных электромагнитов. Это отличие, в первую очередь, состоит в том, что действие поляризованного электромагнита зависит как от значения, так и от направления тока в рабочей обмотке. При отсутствии тока в рабочей обмотке на якорь действует сила притяжения, создаваемая поляризующим магнитным потоком, в то время как в нейтральном электромагните она практически равна нулю.
Наличие поляризующего потока определяет и быстродействие поляризованных электромагнитов. Это, в первую очередь, связано с тем, что при их срабатывании магнитное поле не создается вновь полностью и не уничтожается совершенно, а происходит лишь перераспределение магнитного потока. Время срабатывания поляризованных электромагнитов значительно меньше, чем у нейтральных, так как постоянная времени их обмоток обычно мала, ход якоря невелик, а сам якорь выполняется легким. Для уменьшения замедляющего действия вихревых токов магнитопровод поляризованных электромагнитов делают шихтованным. У поляризованных электромагнитов время срабатывания может быть получено порядка 0,001…0,003 с.
Поляризующий магнитный поток поляризованных электромагнитов в большинстве случаев создается с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используются электромагниты постоянного тока. Применение постоянных магнитов позволяет получить фиксированное положение якоря независимо от наличия или отсутствия источника тока и исключает потребление электроэнергии в нерабочий период. Рабочий магнитный поток возникает под действием намагничивающей силы (н.с.) рабочей или управляющей обмотки.
Поляризованные электромагниты являются основным элементом высокочувствительных быстродействующих реле, электромагнитных преобразователей электрического сигнала в пропорциональное угловое или линейное перемещение, электромеханических преобразователей тока, быстродействующих автоматических выключателей, устройств с магнитной блокировкой и т. д.
Существует большое разнообразие поляризованных электромагнитов, которые можно различать по ряду признаков. Наиболее характерными признаками, определяющими основные свойства поляризованных электромагнитов, являются: конструктивная схема магнитной цепи, количество устойчивых положений якоря при отсутствии тока в обмотке и направление возможных его перемещений, характер движения якоря относительно полюсов магнитопровода.
В зависимости от конструктивной схемы магнитной цепи поляризованные электромагниты делятся на электромагниты: с последовательной магнитной цепью (рис. 4.15, а), с параллельной (дифференциальной) магнитной цепью (рис. 4.15, б) и электромагниты с мостовой магнитной цепью (рис. 4.15, в). В свою очередь, каждая из этих групп имеет ряд разновидностей.
Исходя из возможных положений якоря поляризованного электромагнита, в процессе его работы различают электромагниты двухпозиционные с настройкой с преобладанием или без преобладания и трехпозиционные.
Рис. 4.15. Конструктивные схемы магнитных цепей поляризованных электромагнитов:
а – с последовательной магнитной цепью; б – с параллельной магнитной цепью; в – с магнитной цепью мостового типа
У двухпозиционного поляризованного электромагнита с преобладанием при отсутствии тока в рабочей обмотке якорь всегда находится в одном положении (рис. 4.16, а).
Перемещение якоря (срабатывание электромагнита) может происходить только при определенном направлении тока в обмотке. После исчезновения тока якорь возвращается в исходное положение.
У двухпозиционного электромагнита без преобладания при отсутствии тока в рабочей обмотке якорь занимает положение около того или другого полюса магнитной системы в зависимости от предшествующего направления тока в этой обмотке (рис. 4.16, б). Перемещение якоря (срабатывание электромагнита) происходит при направлении тока в рабочей обмотке электромагнита, противоположном направлению, имевшему место при предыдущем включении. После отключения обмотки якорь остается в том положении, которое он занял в процессе срабатывания.
Рис. 4.16.
Виды исполнения поляризованных электромагнитов:
а – двухпозиционное с преобладанием;
б — двухпозиционное без преобладания;
в – трехпозиционное;
У трехпозиционного поляризованного электромагнита при отсутствиитока в рабочей обмотке якорь находится в среднем положении между полюсами(рис. 4.16, в). При пропускании тока через обмотку (при срабатывании электромагнита) якорь перемещается в ту или иную сторону в зависимости от направления тока в обмотке.
Взаимное расположение якоря и полюсов неподвижной части магнитопровода поляризованного электромагнита обычно бывает таким, что при перемещении якоря изменяется величина воздушного зазора. Тем не менее, в ряде случаев применяются такие конструкции, в которых воздушный зазор при движении якоря остается практически неизменным, а изменяется лишь площадь перекрытия между якорем и полюсом. Это дает возможность получить различные тяговые характеристики и различный характер срабатывания поляризованного электромагнита.