Электромагнита принцип действия: Принцип работы электромагнита

Принцип работы электромагнита

Электромагнит — устройство и принцип работы

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него.

Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Магнитные поля возникают в случае, когда весь набор электронов металлического объекта начинает вращаться в одинаковом направлении.

В искусственных магнитах это движение обуславливается при помощи электромагнитного поля.

Для постоянных электромагнитов данное явление считается натуральным.

Обмотку для электромагнита выполняют из медных или алюминиевых изолированных проводов. Существуют и сверхпроводящие электромагниты. Магнитный провод делают из магнитно-мягкого материла, чаще всего стали (конструкционной, литой и электротехнической), чугуна и сплавов железа с кобальтом или никелем. Снижение потери на вихревой ток (ВхТ) осуществляется при помощи создания магнитопровода из множества листов.

Общая характеристика

Подключившись к источнику постоянного тока (а также напряжения), катушка и провод начинают получать энергетические ресурсы и создают магнитное поле, которое является подобным полю, что образуется в постоянных полосовых магнитах.

Плотность, которой обладает магнитный поток, всегда является пропорциональной величине электрического тока, протекающего сквозь толщу катушки.

Полярность электромагнита определяют по направлению тока.

Механизм образования включает в себя наматывание провода вокруг сердечника, выполненного из металла, через который потом пропускают электричество из определенного источника.

Если внутренняя полость катушка заполнена воздухом, то ее называют соленоидом.

Увеличивать силу электромагнита, а точнее его поля, можно при помощи:

• применения сердечников из «мягкого» железа;
• применения больших чисел витков;
• применения электрического тока в больших размерах.

Виды

Электромагниты бывают следующих видов:

• Нейтральные постоянного тока. В таком устройстве магнитный поток создается посредством постоянного электрического тока, пропущенного через обмотку. А значит, сила притяжения такого электромагнита варьируется в зависимости только от величины тока, а не от его направления в обмотке.
• Поляризованные постоянного тока. Действие электромагнита подобного рода основано на наличии двух независимых магнитных потоков. Если говорить о поляризующем, то его наличие создается обычно постоянными магнитами (в редких случаях — дополнительными электромагнитами), и нужен он для создания притягивающей силы при выключенной обмотке. А действие такого электромагнита зависит от величины и направления электрического тока, который движется в обмотке.
• Переменного тока. В таких устройствах катушка электромагнита питается электричеством переменного тока. Соответственно, с определенной периодичностью магнитный поток меняет свое направление и величину. А сила притяжения варьируется лишь по величине, из-за чего она «пульсирует» от минимального до максимального значения с частотой, которая имеет двукратную величину по отношению к частоте питающего ее электрического тока.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит. Плунжер,находящийся внутри катушки, притягивается к её центру с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера. 

Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера. 

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях).

Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Видео по теме

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Электромагниты переменного электрического тока и другие мощные магниты

Электромагнит – это электротехническое устройство, создающее магнитное поле при прохождении через него электрического тока. Электромагниты (ЭМ) применяются практически во всех сферах деятельности человека.

Электромагнит

История

В 1824 году учёным Стёржденом был создан первый электромагнит. Конструкция представляла собой подковообразный железный стержень с 18 витками медной жилы. При подключении концов проводника к гальванической батарее устройство приобретало свойства магнита. При весе около двухсот граммов опытный образец электромагнита был способен притягивать металлические предметы массой до 4 кг.

Принцип действия

Чтобы понять, как работают электромагниты, надо рассмотреть их конструкцию. Простое устройство объясняет принцип действия электромагнита. При протекании электрического заряда в теле обмотки возникает излучение магнитного поля, пронизывающее магнитопровод.

Внутри металла или ферромагнита, в соответствии с законами физики, формируются микроскопические магнитные поля, именуемые доменами. Их поля под внешним воздействием обмотки выстраиваются в определённом порядке. В результате магнитные силы доменов суммируются, образуя сильное магнитное поле, сообщая магнитопроводу способность притягивать массивные металлические предметы.

Важно! Чтобы остановить электромагнитную индукцию, достаточно отключить ЭМ от источника тока. При этом сохранится частица магнитного поля. Такой эффект называют гистерезисом.

Устройство

Электромагнит представляет собой простую конструкцию, состоящую из электромагнитной катушки с металлическим или ферромагнитным сердечником. Добавочной деталью является якорь. Этот элемент используется в реле. Притягиваясь к магниту, он замыкает собой клеммы электроустройства.

Дверной звонок с ЭМ

Классификация

ЭМ различают по способам создания магнитных полей. Существуют электромагниты трёх разновидностей:

• электромагнит переменного тока;
• нейтральный прибор постоянного тока;
• поляризованный ЭМ постоянного тока.

Магниты, работающие на переменном токе, меняют направление магнитного потока вместе с удвоенной частотой электротока.

Нейтральные ЭМ, подключённые к источнику постоянного тока, создают магнитные потоки, не зависящие от направления электротока.

В поляризованных устройствах ориентировка магнитного потока привязана к направлению электрического тока. Поляризованные ЭМ состоят из двух магнитов. Один из них направляет поляризующий поток магнитного поля на второй электромагнит для его отключения.

Преимущества использования электромагнитов

Главным преимуществом электрического магнита перед постоянным источником магнитного поля заключается в том, что он приводится в рабочее состояние под воздействием электрического тока. То есть, когда нужно оказать магнитное влияние на определённую часть пространства, ток включают. Это позволяет обеспечивать ритмичную работу ЭМ, что с успехом применяется в разных видах электро оборудования, приборов и устройств.

Электромагнит можно обнаружить в электрических счётчиках, сепараторных установках, трансформаторах, теле,- и аудиотехнике и других устройствах.

Мощные магниты установлены на мостовых кранах в цехах металлургических заводов и лебёдках предприятий по сбору металлолома.

Грузоподъёмные электромагниты

Одно из первых применений ЭМ – это динамики. Звуковое устройство в своей основе имеет электромагнит, который заставляет колебаться мембрану в звуковом диапазоне.

ЭМ используются в металлоискателях для обнаружения металлосодержащих предметов под землёй, в воде и различных массивах.

Сверхпроводящий электромагнит

Сверхпроводимостью считают свойство материалов с сопротивлением, близким к нулю. Электромагниты с практически нулевым показателем сопротивления обладают сверхмощным магнитным полем. Сила магнитного воздействия может заставить парить в пространстве такие диамагнетики, как кусочки свинца и органические объекты.

Как было замечено физиками, металлы приобретают свойство сверхпроводимости при сверхнизкой температуре. Чтобы получить эффект сверхпроводимости, обмотки ЭМ помещают в сосуд Дьюара с жидким гелием, который снабжён клапаном для сброса паров вещества. Сверхпроводящие магниты применяют в медицинском оборудовании – аппаратах МРТ (магнитный резонансный томограф). В экспериментальных поездах на воздушной подушке применяются сверхпроводящие магниты.

Сверхпроводящий магнит

Самый мощный электромагнит

Самые мощные магниты встроены в Большой Адронный Коллайдер. Это ускоритель заряженных частиц, предназначенный для разгона встречных потоков тяжёлых ионов свинца и протонов. Коллайдер находится на территории Европейского центра ядерных исследований недалеко от Женевы (Швейцария). В его строительстве принимали участие и проводят исследования около 10 тысяч учёных и инженеров из более, чем 100 стран мира.

Как сделать электромагнит 12в

Самый просто способ, как сделать электромагнит, – это взять обычный гвоздь, провод и батарейку. По всей длине стержня наматывают изолированный провод. Концы проводника прижимают к полюсам батарейки. Для того чтобы заряд не расходовался зря, один конец провода припаивают к положительному контакту. Другое окончание нужно делать в виде подпружиненной дуги, которую прижимают к клемме батарейки со знаком минус. На нижнем фото видно, как можно сделать электромагнит в домашних условиях.

Электромагнит своими руками

Обратите внимание! При изготовлении электромагнита с батарейкой можно использовать контактную колодку со старого устройства. Для отключения магнита будет достаточно вынуть батарейку из контактной коробки.

Расчёты

Перед тем, как начать собирать электромагнит своими руками, делают предварительный расчёт его параметров. Элементы конструкции рассчитывают отдельно для ЭМ постоянного и переменного тока.

Для постоянного тока

Перед тем, как производить расчёты, определяются с требуемой величиной магнитодвижущей силы (МДС) катушки. Параметры обмотки должны обеспечивать нужную МДС, в то же время катушка не должна перегреваться, иначе будет потерян изоляционный слой провода намотки. Исходными данными для расчёта являются напряжение в проводе электромагнитной катушки и требуемая величина магнитодвижущей силы.

Методики расчёта электромагнитов постоянного тока постоянно публикуются в сети интернета. Там же можно подобрать формулы для определения МДС, поперечного сечения сердечника и провода обмотки, его длины.

Дополнительная информация. В основном в интернете ищут расчёты электромагнитов на 12 вольт, сделанных своими руками. В зависимости от потребностей, можно пойти разными путями расчётов. В основном выбирают «рецепты» по определению сечения и длины провода обмотки с питанием от стандартной батарейки формата «А» или «АА».

Для переменного тока

Основой для ЭМ переменного тока является расчёт обмотки. Как и в предыдущем случае, руководствуются исходными требованиями величины МДС. Несмотря на большое количество рекомендуемых формул расчёта, чаще всего «способности» устройства определяют опытным подбором параметров деталей его конструкции. Методики расчёта ЭМ переменного тока всегда можно найти во всемирной информационной паутине (интернете).

Примеры использования ЭМ

В качестве примеров применения электромагнитов можно привести следующие приборы:

• телевизоры;
• трансформаторы;
• пусковые устройства автомобилей.

Телевизоры

Современные жилища, как правило, заполнены различными электроприборами. Находясь вблизи телеприёмника, они могут воздействовать магнитной индукцией на экран телевизора (ТВ). В ТВ уже существует встроенная защита от намагничивания экрана. Если на поле дисплея появились разноцветные пятна, то надо выключить прибор на 10-20 минут. Встроенная защита уберёт намагниченность экрана.

В некоторых случаях этот способ не оказывает нужную помощь. Тогда применяют специальный электромагнит, который называют дросселем. Это своеобразная катушка индукции. Прибор подключают к розетке бытовой электросети и проводят им вдоль и поперёк экрана. В результате наведённые магнитные поля поглощаются дросселем.

Трансформаторы

Конструкция трансформаторов очень схожа со строением электромагнитов. И там, и там есть обмотки и сердечники. Отличие трансформатора от ЭМ состоит в том, что у первого магнитопровод имеет замкнутую форму. Поэтому суммированная магнитная сила обнуляется встречными магнитными потоками.

Пусковое устройство автомобиля

Стартер автомобиля работает как пусковое устройство двигателя. Он включается на время заводки мотора. Временная передача стартового усилия на коленвал двигателя обеспечивается втягивающим электромагнитом.

При повороте ключа в замке зажигания ЭМ втягивает шестерню в зубцы коленвала. Во время контакта электродвигатель стартера проворачивает мотор до возникновения цикла сгорания топлива в цилиндрах мотора. Затем тяговое реле отключает электромагнит, и шестерня стартера возвращается в исходное положение. После чего автомобиль может двигаться.

Стартер с тяговым реле

Электромагниты настолько плотно вошли в сферу деятельности человека, что существование без них немыслимо. Нехитрые устройства можно встретить повсеместно. Знание принципа их действия позволит домашнему мастеру справляться с мелким ремонтом бытовых электротехнических устройств.

Видео

Принцип действия электромагнита — Статьи

При пропускании электрического тока через катушку помещенный внутри ее стальной сердечник приобретает свойства естественного магнита

Степень намагничивания стального сердечника, определяемая величиной проходящего через него магнитного потока, о которой судят по максимальной массе притя-гиваемого груза (грузоподъемная сила электромагнита), зависит от величины тока, пропускаемого через катушку, числа витков и температуры катушки, химического состава, формы, размеров и температуры поднимаемого груза.

Катушка без стального сердечника также будет обладать магнитными свойствами — притягивать к себе ферромагнитные тела, но сила притяжения при одном и том же токе, проходящем через нее, значительно меньше, чем у катушки со стальным сердечником. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость воздуха намного меньше, чем стального (ферромагнитного) сердечника.

Магнитный поток электромагнита определяется намагничивающей силой F, ампервитки:

где I — ток, проходящий через его катушку, A; w — число витков катушки, а также магнитной проницаемости цепи, состоящей из сердечника электромагнита и поднимаемого груза.

Магнитная проницаемость не является постоянной величиной и зависит от величины намагничивающей силы. С ростом намагничивающей силы магнитная проницаемость сначала резко возрастает, достигает своей максимальной величины, после чего наступает насыщение; увеличение дает незначительное увеличение магнитного потока до того момента, когда увеличение намагничивающей силы практически не сопровождаетсядальнейшимувеличениеммагнитного потока.

Примерный расчет грузоподъемной силы электромагнита можно провести по следующей формуле:

где S — площадь соприкосновения между полюсами магнита и поднимаемой плитой, см²; Ф — магнитный поток, Вб, равный

Rm — магнитное сопротивление цепи электромагнита.

Магнитное сопротивление возрастает с увеличением длины силовых линий магнитного потока и числа воздушных промежутков, находящихся на пути магнитного потока, и уменьшается с увеличением сечения и повышения магнитной проницаемости материала, по которому проходит магнитный лоток.

Длина силовых линий магнитного потока и сечение, по которому проходит этот поток, определяются конструкцией и размерами электромагнита, а число и размеры воздушных промежутков зависят от формы поднимаемого груза. На рис. 1,а показано расположение магнитных силовых линий при поднимании плиты (слитка), а на рис. 1,б — при поднимании скрапа. В последнем случае магнитное сопротивление настолько возрастает, что электромагнит поднимает груз в несколько раз меньше массы плиты или слитка.

Ниже приведены данные грузоподъемности электромагнита в зависимости от характера поднимаемого груза, %:

Грузоподъемная сила электромагнита при прочих равных условиях пропор-циональна величине тока, проходящего через его катушку. При заданном напря-жении эта величина зависит от электрического сопротивления катушки, кото-рое возрастает с повышением температуры. Сопротивление катушки при мак-симально допустимой температуре для грузовых электромагнитов может воз-расти в 1,4 — 1,6 раз по сравнению с холодной катушкой. В таком же соотно-шении снизится ток, намагничивающая сила и грузоподъемная сила электромаг-нита. Так как с повышением температуры поднимаемого груза снижается его магнитная проницаемость (достигая нуля при температуре, близкой к 750 °С), то соответственно этому снижается грузоподъемная сила электромагнита.

Питание электромагнита производится постоянным током. Питание может производиться также переменным током, но в этом случае предусматривается соответствующая выпрямительная установка. В качестве последних применяют полупроводниковые установки, выполненные по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямления.

Для освобождения от груза иногда оказывается недостаточным отключить пита-ние электромагнита. Из-за остаточного магнетизма в сердечнике электромагнита и поднимаемом грузе магнитный поток не снижается до нуля, а составляет некоторую величину, определяемую свойствами материала сердечника и поднимаемого груза, и это может оказаться достаточным, чтобы груз (или часть груза) остался притянутым к электромагниту. Для полного освобождения от груза необходимо на короткое время «перемагнитить» электромагнит, т. е. пропустить ток через его катушку в обратном направлении. При этом, когда магнитный поток снизится до нуля, груз отпадет. Величина этого тока, называемого «обратным» током, составляет 12—20% рабочего тока.

При отключении электромагнита происходит быстрое снижение магнитного потока, наводящее в катушке электромагнита электромагнитную силу самоиндук-ции. Величина индуктированного напряжения возрастает при быстром отключении тока и в некоторых случаях может достигнуть 3000 – 4000 В, т.е. в 15—18 раз превысит номинальное напряжение, что не исключает возможности пробоя изоляции катушки электромагнита.

В блоках управления электромагнитом, разработанных в советские времена, для ограничения величины перенапряжения параллельно катушке электромагнита подключалось так называемое разрядное сопротивление. При величине разрядного сопротивления, в 5—6 раз превышающей сопротивление катушки электромагнита, перенапряжение практически снижалось до 700 – 800 В. Так как разрядное сопро¬тивление постоянно подключено к электромагниту, то при его работе оно потребляет дополнительный ток.

В начале 90-х годов Трегубовым Дмитрием Анатольевичем, в настоящий момент генеральный директор ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл”, был разработан и запатентован первый тиристорный блок управления электромагнитом, нашедший широкое практическое применение.
Благодаря применению тиристоров, энергия, возникающая в катушке электромагнита при его отключении, через шунтирующий тиристор возвращает в сеть. Подобное схемное решение позволило увеличить срок эксплуатации электромагнита.

Повреждения электромагнитов в большинстве случаев заключаются в нарушении изоляции между витками и секциями катушки, а также между катуш-кой и корпусом или токоподводом и корпусом электромагнита.

Как указывалось, при отключении магнита возникает повышенное разрядное напряжение. Для его снижения к катушке подсоединяется разрядное сопро-тивление. Однако изоляция катушки и токоподводов должна противостоять (соот-ветственно толщинам устанавливаемой изоляции и изоляционным расстояниям) не сниженному разрядному напряжению, а полному, если по каким-либо причинам разрядное сопротивление может оказаться отключенным или поврежденным.

Одной из причин нарушения изоляции может быть плохая герметизация объема, занятого катушкой, что приводит к вытеканию электроизоляционной массы или ухудшению ее электроизоляционных и механических свойств вследствие попадания влаги через неплотности. Влага снижает электрическую надежность витковой, межсекционной и корпусной изоляции.

Кроме того, при недостаточном закреплении катушки нарушению изоляции в немалой степени способствуют перемещение и деформация секций, происходящие из-за тепловых расширений катушки и от неизбежных сотрясений и ударов электромагнита о груз. Поэтому продолжительность безаварийной работы электромагнита зависит от того, как надежно герметизирован электромагнит, как прочно укреплена в нем катушка и выводы, и насколько доброкачественна электро-изоляционная масса.

Основное назначение электроизоляционной заливочной массы препятствовать увлажнению изоляции, что способствует сохранению её высоких электрических и механических качеств. Помимо этого улучшается теплоотвод от катушки, а при достаточной твердости массы при рабочих температурах ограничиваются возможности деформации катушки, что ведет к сохранению изоляции.

Применяемая на предприятии ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл” технология заливки катушки значительно уменьшила количество межвитковых коротких замыканий, пробоев на корпус воздушных включений (в следствии чего уменьшилось количество попадаемой в электроизоляционную массу влаги), улучшила механическую прочность катушки к ударам, что в свою очередь увеличило срок службы электромагнита и уменьшило количество ремонтов.

Классификация и принцип работы электромагнитов

Существуют определенные природные материалы и объекты, которые сами по себе обладают магнитными свойствами. Их называют естественными магнитами. Примерами естественного магнитного материала могут служить железные руды, насыщенные магнитными свойствами. Примером же естественного магнитного объекта выступает наша с вами планета Земля.

Естественные, они же постоянные, магниты обладают высокой остаточной магнитной индукцией, что позволяет им сохранять магнитные свойства на протяжении длительного времени.

Однако, более широкое распространение в промышленности, медицине и других отраслях нашли электромагниты — электрические аппараты, в которых магнитным полем можно управлять. В электроэнергетике применяются, кроме прочего, в реле, выключателях, генераторах.

При определенных условиях магнитные поля способны создавать поля электрические. Верно и обратное утверждение. В этом и кроется суть электромагнитов.

Классификация электромагнитов

Принято классифицировать электромагниты (ЭМ) по способу питания на электромагниты постоянного и переменного тока. ЭМ постоянного тока в свою очередь классифицируются на постоянного тока нейтральные и поляризованные. Также существуют ЭМ выпрямленного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока магнитный поток создается обмоткой постоянного тока. Величина магнитного потока зависит лишь от обмотки, не зависит от направления. Если величина тока равна нулю, то магнитный поток и сила притяжения также опускаются практически до величины нуля.

Поляризованные ЭМ постоянного тока характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков — рабочего и поляризующего. Поляризующий поток создается постоянными магнитами или электромагнитами. Рабочий же поток создается под действием намагничивающей силы рабочей обмотки. При отсутствии тока на якорь магнита будет действовать сила притяжения от поляризующего потока. В отличие от нейтральных, в поляризованных электромагнитах их действие зависит не только от величины рабочего потока но и от его направления.

В электромагнитах переменного тока обмотка питается от источника переменного тока. Величина и направление магнитного потока изменяется во времени от нуля до максимума.

Далее другие возможные классификации

• с последовательными (мало витков большого сечения) и параллельными (много витков малого сечения) обмотками
• работающие в длительном, кратковременном или прерывистом режимах
• быстродействующие, замедленно действующие и нормально действующие
• с внешним притягивающим якорем, со втягивающимся якорем, с внешним поперечно движущимся якорем

Устройство электромагнитов

Несмотря на обширное, судя по описанной выше классификации, количество разнообразных вариантов электромагнитов, существуют определенные однотипные узлы, которые встречаются у всех ЭМ.

• Катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой
• Подвижная часть электромагнита — якорь
• Неподвижная часть — ярмо и сердечник

Между якорем и неподвижными частями существуют воздушные промежутки. Так вот, воздушные промежутки бывают полезными и паразитными. Полезные промежутки располагаются по возможному пути движения якоря. Паразитные промежутки лежат за пределами движения якоря.

Также существует понятие полюса. Полюсами называют поверхности магнитопровода, которые ограничивают полезный воздушный промежуток.

Конструктивные формы электромагнитов переменного тока не имеют множества вариантов, за счет того, что сердечник набирается из листов электротехнической стали. Это необходимо для борьбы с вихревыми токами.

Как работает электромагнит

Сам цикл работы ЭМ представляет собой следующую последовательность действий. Сначала в обмотку подается ток такой величины, при которой магнитные силы станут больше, чем силы удерживающие якорь в покое.

Далее произойдет отрыв якоря из состояния покоя и движение якоря в конечную точку полезного промежутка. Это первый этап.

На втором этапе якорь ЭМ подтянут и через него протекает ток. Как известно, ток создает термическое воздействие с течением времени. Поэтому время работы не должно превышать допустимое. На этом этапе сила тяги электромагнита максимальная.

Последний, Третий этап — аналогичен первому — ток уменьшается до нуля, магнитные силы становятся меньше сил, возвращающих якорь в состояние покоя, якорь отпадает. Далее электромагнит остывает.

Если характер его работы периодически повторяющийся, то за время до следующего цикла, ему необходимо успеть остыть.

Сравнение ЭМ постоянного и переменного тока

При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:

• Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ ~ тока”) будет вдвое меньше, чем в аналогичном на постоянном токе. То есть железо более эффективно используется в ЭМ на постоянном токе (“ЭМ = тока”)
• Вес. Если же заданными константами являются сила тяги и ход якоря, то для получения электромагнита переменного тока потребуется вдвое больше железа и размеров, чем для ЭМ постоянного тока
• Реактивная мощность. Если необходимо уменьшить потребляемую мощность “ЭМ = тока”, то достаточно увеличить его размеры. В случае же с “ЭМ ~ тока” потребляемая при пуске реактивная мощность не может быть уменьшена путем увеличения размеров ЭМ
• Вихревые токи. В случае с “ЭМ ~ тока” магнитопроводы выполняют шихтованными и разрезными для уменьшения влияния вихревых токов. Само же наличие потерь на вихревые токи и перемагничивание вызывает увеличение потребления электроэнергии и лишний нагрев. В случае же с “ЭМ = тока” данный пункт отсутствует
• Быстродействие. Если взять ЭМ постоянного и переменного тока, то вторые будут более быстродействующие. Однако для “ЭМ = тока” внедряют специальные меры, которые могут сделать их более быстродействующими. При этом “ЭМ = тока” будут потреблять меньше энергии

Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ ~ тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное

Что такое электромагнит? Их виды и назначение

В статье рассказывается о том, что такое электромагнит, по какому принципу он устроен, и в каких сферах применяется такой тип магнитов.

Магнетизм

Наверное, одной из наиболее удивительных, но в то же время простых физических реакций является магнетизм. Еще более трех тысяч лет назад многим ученым Древней Греции и Китая были известны необычные свойства «магнитных камней».

В наше же время магнитами никого не удивишь, даже самыми мощными — на основе неодима. Они часто продаются в качестве безделушек или же встретить их можно внутри различных приборов и механизмов. Однако мало кто знает, насколько важен магнетизм для научно-технического прогресса.

Но в начале XIX века было создано такое устройство, как электромагнит. Так что такое электромагнит, как он устроен и где применяется? Об этом мы и поговорим в данной статье.

Определение

Электромагнит – это специальное устройство, работа которого создает магнитное поле при подаче на него электрического тока. Чаще всего электромагниты состоят из первичной обмотки и сердечника, который обладает ферромагнитными свойствами.

Обмотка изготавливается обычно из медного или алюминиевого провода различной толщины, обязательно покрытого изоляцией. Но существуют и электромагниты из сверхпроводящих материалов. Сами же магнитопроводы делают из стали, железоникелевых сплавов или чугуна. А для того чтобы минимизировать потери на вихревые токи, магнитопроводы конструктивно выполняются из целого набора тонких листов. Теперь мы знаем, что такое электромагнит. Рассмотрим более подробно историю создания этого полезного устройства.

История

Создателем электромагнита считается Уильям Стерджен. Именно он в 1825 году сделал первый подобный магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрический кусок железа, вокруг которого был намотан толстый заизолированный медный провод. В момент, когда по нему пускали электрический ток, стержень из металла приобретал свойства магнита. А когда течение тока прерывалось, весь магнетизм устройство сразу же теряло. Именно такое качество — включение и отключение при необходимости — и позволяет применять электромагниты в ряде технологических и промышленных сфер.

Мы рассмотрели вопрос о том, что такое электромагнит. Теперь же разберем основные его виды. Разделяются они в зависимости от способа создания магнитного поля. Но функция их остается одной и той же.

Виды

Электромагниты бывают следующих видов:

• Нейтральные постоянного тока. В таком устройстве магнитный поток создается посредством постоянного электрического тока, пропущенного через обмотку. А значит, сила притяжения такого электромагнита варьируется в зависимости только от величины тока, а не от его направления в обмотке.
• Поляризованные постоянного тока. Действие электромагнита подобного рода основано на наличии двух независимых магнитных потоков. Если говорить о поляризующем, то его наличие создается обычно постоянными магнитами (в редких случаях — дополнительными электромагнитами), и нужен он для создания притягивающей силы при выключенной обмотке. А действие такого электромагнита зависит от величины и направления электрического тока, который движется в обмотке.
• Переменного тока. В таких устройствах катушка электромагнита питается электричеством переменного тока. Соответственно, с определенной периодичностью магнитный поток меняет свое направление и величину. А сила притяжения варьируется лишь по величине, из-за чего она «пульсирует» от минимального до максимального значения с частотой, которая имеет двукратную величину по отношению к частоте питающего ее электрического тока.

С тем, какие их виды бывают, уже мы ознакомились. Теперь же рассмотрим примеры использования электромагнитов.

Промышленность

Наверное, все хоть раз, но видели разновидности такого устройства, как электромагнит подъемный. Это толстый «блин» различного диаметра, который обладает огромной силой притяжения и используется для переноски груза, металлолома и вообще любого иного металла. Удобство его заключается в том, что достаточно отключить питание — и весь груз сразу же отцепляется, и наоборот. Это значительно упрощает процесс погрузки и разгрузки.

Сила электромагнита, кстати, рассчитывается по следующей формуле: F=40550∙B^2∙S. Рассмотрим ее более подробно. В данном случае F – это сила в килограммах (также может измеряться в ньютонах), B – значение индукции, а S – площадь рабочей поверхности устройства.

Медицина

Еще в конце XIX века электромагнитам нашли применение в медицине. Один из таких примеров — это специальный аппарат, который мог извлекать из глаза инородные тела (металлическую стружку, ржавчину, окалину и прочие).

И в наше время электромагниты также широко используются в медицине, и, наверное, один из таких аппаратов, про который слышали все, — это МРТ. Работает он на основе магнитно-ядерного резонанса, и, по сути, является огромным и мощнейшим электромагнитом.

Техника

Также подобные магниты применяются в различной технике и электронике, и в бытовой сфере, к примеру, в качестве замков. Такие замки удобны тем, что очень быстры и просты в работе, но при этом достаточно в экстренной ситуации обесточить здание — и все они откроются, что очень удобно при пожаре.

Ну и, само собой, работа всех реле устроена на принципах электромагнетизма.

Как видим, это очень важное устройство, которое нашло применение в разных сферах науки и техники.

Где применяют электромагниты. Электромагниты и их применение

Существуют четыре фундаментальные силы физики, и одна из них называется электромагнетизм. Обычные магниты имеют ограниченное применение. Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле во время прохождения электрического тока. Поскольку электричество может быть включено и выключено, то же самое касается и электромагнита. Он даже может быть ослаблен или усилен путем уменьшения или увеличения тока. Электромагниты находят свое применение в различных повседневных электроприборах, в разных областях промышленности, от обычных переключателей до двигательных установок космических аппаратов.

Что такое электромагнит?

Электромагнит можно рассматривать как временный магнит, который функционирует с потоком электричества, и его полярность может быть легко изменена путем изменения направления тока. Также сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.

Сфера применения электромагнетизма необычайно широка. Например, магнитные выключатели являются предпочтительными в использовании тем, что они менее восприимчивы к изменениям температуры и способны поддерживать номинальный ток без ложного срабатывания.

Электромагниты и их применение

Вот некоторые из примеров, где они используются:

• Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
• Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
• Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Электромагниты в повседневной жизни

Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.

Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.

Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.

Электромагнитные силы

Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.

Магнетизм и электричество

Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.

Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.

Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов

Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.

Настоящее чудо техники — японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться. Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.

Понятие электромагнитной индукции

При изучении электричества и магнетизма важным является понятие электромагнитной индукции. Индукция имеет место, когда в проводнике в присутствии изменяющегося магнитного поля возникает поток электричества. Применение электромагнитов с их индукционными принципами активно используются в электродвигателях, генераторах и трансформаторах.

Где можно применять электромагниты в медицине?

Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.

Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.

Электромагнит своими руками

Электромагнит своими руками

Кирсанов А.А. 1

1МКОУ «ООШ №8»

Иванова Е.В. 1

1МКОУ «ООШ №8»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Когда я перешел в седьмой класс, моим самым любимым предметом стала физика. В ней много всего интересного. У моего старшего брата много книг по физике, я попросил почитать и наткнулся на тему «Электромагнит». С дедушкой я смотрел передачу про строительство высотных домов, в которой показали как кран поднял стройматериалы без тросов, дедушка объяснил мне, что здесь использовали электромагнит. Мне захотелось разобраться в этой теме.

Цель работы: изучить устройство электромагнита, изготовить электромагнит из доступных материалов.

Задачи работы:

1)изучить и проанализировать литературу,

2) изучить принцип действия электромагнита,

3) изготовить электромагнит,

4) провести исследование.

Основные результаты: создана «Технологическая карта изготовления изделия», изготовлен электромагнит, проведено исследование.

Гипотеза: сила электромагнита зависит от напряжения на источнике тока.

1. Что такое магнит

Устройство, принцип работы и классификация

Электромагнит – это устройство, которое при прохождении через него тока, создает магнитное поле.

В 1820 году Эрстед обнаружил, что электрический ток создаёт магнитное поле. А затем, в 1824 году, Уильям Стёржден, создал первый электромагнит. Он представлял из себя кусок железа, который был согнут в форме подковы и на котором было намотано 18 витков медного провода. При подключении к источнику тока, эта конструкция начинала притягивать железные предметы. Причем было замечено, что хотя весил этот электромагнит около 200 гр., он мог притянуть предметы до 4 кг.

Принцип действия: при протекании тока через проводник, вокруг него создается магнитное поле. Это магнитное поле можно усилить, если придать проводнику форму катушки. Но все же это еще не электромагнит. Вот если в эту катушку поместить сердечник из ферромагнитного материала (например, железа), тогда он станет электромагнитом (рисунок 1). Рисунок 1 — электромагнит

К огда ток протекает по обмотке электромагнита, он создает магнитное поле, линии которого пронизывают сердечник, то есть ферромагнитный материал. Под действием этого поля, в сердечнике, мельчайшие области, которые обладают миниатюрными магнитными полями, называющиеся доменами, принимают упорядоченное положение. В результате, их магнитные поля складываются, и образуется одно большое и сильное магнитное поле, способное притянуть большие предметы. Причем, чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле, которое образуется электромагнитом. Но так будет происходить только до магнитного насыщения. Затем при увеличении тока, магнитное поле будет увеличиваться, но незначительно. Если ток в электромагните убрать, то домены снова примут безупорядоченное положение, но часть их все же останется направленными одинаково. Эти оставшиеся направленными домены, будут создавать небольшое магнитное поле. Это явление называется магнитным гистерезисом.

Простейший электромагнит представляет из себя катушку с сердечником из ферромагнитного материала. В нем также присутствует якорь, который служит для передачи механического усилия. Например, в реле, якорь притягивается к электромагниту, и одновременно замыкает контакты. Так как линии магнитного поля замыкаются на якоре, это еще больше усиливает это магнитное поле.

Электромагниты по способу создания магнитного потока делятся на три вида:

Электромагниты переменного тока

Нейтральные электромагниты постоянного тока

Поляризованные электромагниты постоянного тока

В электромагнитах переменного тока, магнитный поток изменяется, как по направлению, так и по значению, разница только в том, что изменяется он с удвоенной частотой тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока, направление магнитного потока не зависит от направления тока.

В поляризованных электромагнитах постоянного тока, как вы уже поняли, направление магнитного потока зависит от направления тока. При этом эти электромагниты обычно состоят из двух. Один – постоянный магнит, создает поляризующий магнитный поток, который нужен при отключении основного, рабочего электромагнита. 1

1.2 Использование электромагнита

Б ольшинство применений электромагнитов основано на их способности притягивать и удерживать предметы, в состав которых входит железо и некоторые его сплавы. Рассмотрим несколько примеров.

Электромагнитный подъёмный крансодержит очень мощный электромагнит и применяется на металлургических заводах для перемещения готовых изделий или металлического «лома», собранного для переработки (рисунок 3). Рисунок 3- кран
Электромагнитные столы часто применяют в станках на металлообрабатывающих предприятиях. Сверление, фрезерование и штамповка только тогда будут качественными, когда заготовка будет надёжно закреплена. На электромагнитном столе будущее изделие прочно удерживается притяжением мощных электромагнитов. Достаточно включить ток, чтобы закрепить заготовку в нужном положении на столе и выключить ток, чтобы освободить её.

М агнитные сепараторы (рисунок 4)применяют для отделения магнитных материалов от немагнитных. Это, например, необходимо для «обогащения руды» путём отделения кусков железной руды от не содержащей руды породы (см. рисунок). Это, например, очищение семян сельскохозяйственных растений от

семян сорняков. Рисунок 4- сепаратор

Происходит это следующим образом. Семена сорняков, как правило, покрыты многочисленными ворсинками, в которых «запутываются» специально добавляемые мелкие железные опилки. Поэтому в сильном магнитном поле семена сорняков отклоняются в сторону, отделяясь от полезных семян.
Электромагниты в военном деле применяются, например, в магнитных минах, взрывающихся при прохождении над ними кораблей или подводных лодок. Во время и после второй мировой войны большую роль играли специальные корабли — электромагнитные тральщики. Они очищали акватории от магнитных мин, заставляя их взрываться специально созданным магнитным полем вокруг корабля, плывущего на безопасном расстоянии.

Э лектромагнитные реле (рисунок 5) применяются в системах автоматики. Когда по обмотке электромагнита проходит ток, якорь притягивается к сердечнику и замыкает или размыкает контакты. В результате происходит включение или выключение тех приборов, которыми управляет реле. В каких случаях это необходимо?

Рисунок 5- реле

Н апример, когда нужно создать «гальванический разрыв», то есть не допустить тока из управляемой цепи в управляющую. Или, например, когда нужно током малой силы (и, соответственно, тонкими и поэтому недорогими и негромоздкими проводами) управлять током большой силы в толстых, громоздких и дорогостоящих проводах (с целью удешевить проводку и сделать её более безопасной на всём протяжении). Способность переключения электрических цепей при помощи слабого сигнала важна для безопасной работы промышленных устройств большой мощности. При этом электромагнитные реле выполняют функцию усилителя сигнала.
Электромагнитные замки надёжно запирают стальные ворота на заводах и двери в подъездах домов. Для их открывания нужно набрать особый код. Цепь размыкается, притяжение исчезает, и замок можно легко открыть.

Электромагнитные дороги (рисунок 6)для скоростных транспортных средств создают над своей поверхностью так называемую «магнитную подушку». Взаимодействующие магнитные поля магнитов дороги и днища поезда удерживают его на высоте нескольких сантиметров и одновременно толкают вперёд, включаясь в момент приближения поезда и выключаясь после его проезда.

Электромагниты в ускорителях (специальных научных устройствах, в которых изучаются заряженные частицы) своим магнитным полем поддерживают круговую траекторию частиц постоянного радиуса. Пучки таких частиц, летящих с огромными скоростями, являются основным средством изучения природы и свойств элементарных частиц. Крупнейший в мире электромагнит является частью детектора L3, используемого в экспериментах на большом коллайдере Европейского совета ядерных исследований, Швейцария. Габариты электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общая масса 7810 т. 2

2. Изготовление электромагнита

2.1. Технологическая карта

Нами была разработана технологическая карта изготовления электромагнита, которая представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Технологическая карта

2.2 Исследовательская часть

Я провел исследование зависимости силы магнитного поля от величины напряжения на источнике тока. Сначала я подключил электромагнит к батарейке напряжением 4,5 В. Потом взял батарейку напряжением 9 В. Последний опыт – соединил две батарейки по 4,5 В и одну 9 В. Общее напряжение получил 18В. Результаты привел в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты исследований

Вывод: в результате проведенного мной исследования я выяснил, что при увеличении напряжения на источнике тока, сила магнитного поля электромагнита увеличивается, он может удерживать больший груз.

Заключение

Трудно представить нашу жизнь без электромагнитов, потому что они применяются везде: в сельском хозяйстве, в промышленности, в электроизмерительных приборах, в медицине, в быту. Нет области прикладной деятельности человека, где бы ни применялись магниты. Можно сделать вывод, что магниты имеют огромное значение для человека в современном мире.

В ходе выполнения работы я нашел информацию об электромагнитах, обобщил её, собрал необходимые материалы для сборки электромагнита и сделал его. Я многое узнал об электромагнитах и их применении. Собрал свой электромагнит. Теперь мой прибор можно будет использовать по назначению, т.е. притягивать им различные металлические предметы. Показывать на уроках физики.

Разработал «Технологическую карту изготовления изделия». Теперь любой ученик моего класса может, пользуясь этой картой, создать свой электромагнит!

Исследование — это очень интересно и увлекательно. В результате проведенного мной исследования я выяснил, что при увеличении напряжения на источнике тока, то сила магнитного поля электромагнита увеличивается.

Список использованных источников и литературы

1) Сайт electroandi.ru, Ссылка https://electroandi.ru/elektrichestvo-i-magnetizm/elektromagnit.html (дата обращения: 07.10.2018)

2) сайт Энергетику, Ссылка: http://energ2010.ru/Fizika/Fizika_Krivchenko/El_magnity_primenenie.html (дата обращения: 17.10.2018)

3).Сайт Новости ИТ и высоких технологий, ссылка http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/232-kak-rabotaet-elektromagnit (дата обращения: 27.10.2018)

4). Сайт Классная физика, ссылка http://www.class-fizika.narod.ru/caled1.htm (дата обращения: 27.10.2018)

Просмотров работы: 343

Электромагнит | инструмент | Британника

Электромагнит , устройство, состоящее из сердечника из магнитного материала, окруженного катушкой, через которую пропускается электрический ток для намагничивания сердечника. Электромагнит используется там, где требуются управляемые магниты, например, в устройствах, в которых магнитный поток должен изменяться, реверсироваться или включаться и выключаться.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Для изготовления мобильного телефона требуется очень мало ресурсов.

Инженерное проектирование электромагнитов систематизировано с помощью концепции магнитопровода. В магнитной цепи магнитодвижущая сила F, или F м определяется как ампер-витки катушки, которая генерирует магнитное поле для создания магнитного потока в цепи. Таким образом, если катушка из n витков на метр пропускает ток i ампер, поле внутри катушки составляет или ампер на метр, а создаваемая ею магнитодвижущая сила составляет nil ампер-витков, где l — длина катушки.Более удобно, магнитодвижущая сила составляет Ni, , где N, — общее количество витков в катушке. Плотность магнитного потока B в магнитной цепи эквивалентна плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является полный поток, обозначенный греческой буквой фи, ϕ , обозначенный как BA, , где A, — площадь поперечного сечения магнитной цепи. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи, как E = Ri, , где R — сопротивление цепи.В магнитной цепи F = rϕ, , где r — сопротивление магнитной цепи и эквивалентно сопротивлению в электрической цепи. Магнитное сопротивление получается делением длины магнитного пути -1 на проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л / мкА, греческая буква мю, мк, символизирует проницаемость среды, образующей магнитную цепь. Единицы измерения сопротивления — ампер-витки на вебер.Эти концепции можно использовать для расчета сопротивления магнитной цепи и, таким образом, тока, необходимого через катушку, чтобы протолкнуть желаемый магнитный поток через эту цепь.

Однако несколько допущений, используемых в этом типе расчетов, делают его в лучшем случае лишь приблизительным руководством к проектированию. Воздействие проницаемой среды на магнитное поле можно представить себе как вытеснение магнитных силовых линий в себя. И наоборот, силовые линии, проходящие от области с высокой проницаемостью к области с низкой проницаемостью, имеют тенденцию расширяться, и это происходит в воздушном зазоре.Таким образом, плотность магнитного потока, которая пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, будет уменьшаться в воздушном зазоре за счет выступающих или окаймляющих линий по сторонам зазора. Этот эффект усиливается при увеличении промежутков; могут быть сделаны грубые поправки для учета эффекта окантовки.

Также предполагалось, что магнитное поле полностью ограничено внутри катушки. Фактически, всегда существует определенное количество потока рассеяния, представленного магнитными силовыми линиями вокруг внешней стороны катушки, который не влияет на намагничивание сердечника.Поток рассеяния обычно невелик, если проницаемость магнитопровода относительно высока.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

На практике проницаемость магнитного материала зависит от плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала, только если доступна фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график μ против B, .

Наконец, конструкция предполагает, что магнитопровод не намагничен до насыщения.Если бы это было так, то плотность потока в воздушном зазоре в этой конструкции не могла бы быть увеличена, независимо от того, какой ток пропускался через катушку. Эти концепции более подробно раскрываются в следующих разделах, посвященных конкретным устройствам.

Соленоид — это обычно длинная катушка, по которой протекает ток, создавая магнитное поле. В более узком смысле, это название относится к электромеханическому устройству, которое производит механическое движение при подаче электрического тока. В своей простейшей форме он состоит из железной рамы, охватывающей катушку, и цилиндрического плунжера, движущегося внутри катушки, как показано на рисунке 1.Для источника переменного тока потери в стали в сплошном каркасе ограничивают эффективность, и используется многослойный каркас, который состоит из стопки тонких листов железа, нарезанных соответствующей формы и уложенных слоем изоляционного лака между ними. лист. Когда катушка находится под напряжением, плунжер перемещается в катушку за счет магнитного притяжения между ним и рамой, пока не войдет в контакт с рамой.

Рисунок 1: Элементы соленоида Encyclopædia Britannica, Inc.

Соленоиды переменного тока имеют тенденцию быть более мощными в полностью открытом положении, чем устройства постоянного тока. Это происходит потому, что начальный ток, высокий из-за индуктивности катушки, снижается за счет воздушного зазора между плунжером и рамой. Когда соленоид закрывается, этот воздушный зазор уменьшается, индуктивность катушки увеличивается, а переменный ток через нее падает. Если соленоид переменного тока заедает в открытом положении, катушка может перегореть.

Когда соленоид полностью открыт, он имеет большой воздушный зазор, а высокое сопротивление этого зазора поддерживает низкий поток в магнитной цепи для данной магнитодвижущей силы, и сила, действующая на плунжер, соответственно низкая.Когда плунжер закрывается, сопротивление падает, а магнитный поток увеличивается, так что сила увеличивается постепенно. Производители соленоидов предоставляют кривые «сила-ход», чтобы пользователи могли выбрать соответствующий блок для своих целей. Кривая может быть изменена путем нагружения плунжера пружиной таким образом, чтобы сила, прилагаемая на протяжении всего хода, могла быть согласована с конкретной механической нагрузкой.

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Электромагнит притягивает скрепки при приложении тока, создавая магнитное поле, и теряет их при удалении тока и магнитного поля.
Когда ток течет по проволоке, вокруг нее создается магнитное поле. Обычно это поле очень слабое, поэтому одиночный провод не может создать достаточно сильное магнитное поле для захвата металлических предметов. На этом рисунке «I» — это ток, а «B» — магнитное поле.

Электромагниты — это временные и искусственные магниты.Это магниты, которые являются магнитными только тогда, когда есть катушка с проводом, через которую проходит электричество. Катушка с проволокой называется соленоидом. Сила магнита пропорциональна току, протекающему в цепи. Электричество, протекающее по проводу, называется током. Ток — это поток электронов, которые представляют собой отрицательно заряженные частицы. Электромагниты используются для самых разных целей. В простом примере электромагнит может захватывать куски железа, никеля и кобальта.

Электромагниты можно сделать сильнее, добавив больше катушек к медному проводу или добавив железный сердечник через катушки (например, гвоздь). Ток также можно увеличить, чтобы усилить магнетизм. Британский электрик Уильям Стерджен изобрел электромагнит в 1825 году.

Электромагнит полезен, потому что его можно легко включать и выключать (используя электрический ток), в то время как постоянный магнит нельзя выключить и он будет продолжать влиять на свое непосредственное окружение.

Различные сплавы действуют по-разному. Железо очень быстро перестает быть электромагнитом, но сталь требует времени, чтобы она изнашивалась. Для изготовления электромагнита медная проволока наматывается на железный стержень. Два конца провода подключаются к положительной (положительной) и отрицательной (отрицательной) стороне батареи.

Электромагниты используются в бытовых предметах, таких как охранная сигнализация, электрические реле и пожарные звонки. Электродвигатели — это в основном электромагниты. Их способность переходить из немагнитного состояния в магнитное, просто пропуская через него электрический ток, позволяет использовать его во многих различных предметах.Эта способность используется в реле.

Электромагниты также можно использовать для производства электроэнергии. Движение магнита вперед и назад перед электромагнитом вызывает электрический ток.

Электромагниты работают, потому что, когда электричество проходит по проводу, вокруг него создается магнитное поле. Направление магнитного поля можно найти, используя правило правой руки . Это означает, что если человек направит большой палец правой руки в направлении тока, магнитное поле будет двигаться вокруг провода так же, как его пальцы охватывают провод.

Магнитное поле, создаваемое одиночным проводом, обычно не очень сильное. Для нормального функционирования электромагнита проволока наматывается на множество петель, чтобы поля каждого куска проволоки складывались в одно более сильное магнитное поле.

СМИ, связанные с электромагнитами на Викискладе?

.Принцип работы и испытания электромагнитного реле

Как работает электромагнитное реле?
Как показано на рисунке ниже, электромагнитное реле состоит из электромагнита, якоря, пружины, подвижного контакта и неподвижного контакта.
Обычно электромагнитное реле имеет две цепи: низковольтную схему управления и высоковольтную рабочую цепь. Низковольтная схема управления включает катушку электромагнитного реле, низковольтный источник питания и переключатель.В высоковольтную рабочую цепь входят высоковольтный источник питания, двигатель и контакты электромагнитного реле.
Принцип работы электромагнитных реле несложный, в основном они работают по принципу электромагнитной индукции. При включении питания в низковольтной цепи управления ток проходит через катушку электромагнита, создавая магнитное поле. Затем якорь создает всасывающую силу, заставляя подвижный контакт и неподвижный контакт соприкасаться.Таким образом, рабочая цепь включается, и двигатель начинает работать. При отключении питания в низковольтной цепи управления ток в катушке пропадет и якорь под действием пружины разделит подвижный контакт и неподвижный контакт. Рабочий контур отключается и двигатель перестает работать.

Вообще говоря, электромагнитное реле использует электромагнит для управления состоянием «включено» или «выключено» рабочей цепи.При подаче напряжения на оба конца катушки, катушка будет протекать с током и создавать электромагнитный эффект. Электромагнит будет притягивать якорь к железному сердечнику против натяжения пружины, чтобы подтянуть подвижный контакт якоря к неподвижному контакту (нормально разомкнутый контакт или NO). При отключении питания притяжение электромагнита исчезнет, ​​и якорь восстановит свое положение под действием пружины, чтобы освободить подвижный контакт от неподвижного контакта (нормально замкнутый контакт или NC).Вытягивание и отпускание используются для управления размыканием и замыканием цепи. Нормально разомкнутый и замкнутый контакты соответственно относятся к стационарному контакту, находящемуся в состоянии «включено», когда катушка отключена от питания, и стационарному контакту в состоянии «выключено», когда катушка подключена к источнику питания.

Как проверить электромагнитное реле?
После того, как вы узнаете о рабочих характеристиках электромагнитного реле, действительно полезно узнать, как проверить ЭМИ, чтобы вы могли выяснить, исправно ли электромагнитное реле, или проверить, есть ли проблемы с ЭМИ?

1. Проверка сопротивления катушки
   С помощью мультиметра измерить сопротивление катушки реле и определить, находится ли катушка в разомкнутой цепи.Сопротивление катушки реле тесно связано с ее рабочим напряжением и рабочим током. Рабочее напряжение и рабочий ток катушки можно рассчитать по ее сопротивлению.
2. Проверка сопротивления контакта
   Переведите мультиметр в режим измерения сопротивления и используйте его для измерения сопротивления нормально замкнутого контакта и подвижного контакта. Их сопротивление предполагается нулевым. Если сопротивление нестабильно или больше значения, это означает, что контакт находится в состоянии плохого контакта.Если сопротивление нормально разомкнутого контакта и подвижного контакта кажется бесконечным, состояние следует оценивать как контактное сцепление. Таким образом, пользователи могут различать, какой из них является нормально замкнутым контактом, какой — нормально разомкнутым контактом и находится ли реле в хорошем состоянии (особенно для использованного реле).
3. Тестирование втягивающего напряжения и втягивающего тока
   Подключите регулируемый источник питания регулирования к реле и подайте набор напряжений на реле. Также подключите амперметр к цепи питания для контроля.Медленно увеличивайте напряжение и, услышав звук срабатывания реле, запишите напряжение и ток срабатывания. Для точности попробуйте еще раз и вычислите его среднее значение.
4. Проверка напряжения расцепителя и тока расцепителя
   Проведите испытание указанными способами. Когда реле втянут, постепенно уменьшайте напряжение источника питания. Когда снова услышите звук отпускания реле, запишите напряжение и ток. Обычно отпускное напряжение реле составляет 10-50% от напряжения срабатывания.Если напряжение расцепителя слишком низкое (ниже 1/10 напряжения втягивания), он не сможет нормально работать. Это отрицательно скажется на стабильности схемы и надежности работы.

.

Электромагнит | инструмент | Британника

Электромагнит , устройство, состоящее из сердечника из магнитного материала, окруженного катушкой, через которую пропускается электрический ток для намагничивания сердечника. Электромагнит используется там, где требуются управляемые магниты, например, в устройствах, в которых магнитный поток должен изменяться, реверсироваться или включаться и выключаться.

Британская викторина

Тест по электронике и гаджетам

С каким из этих устройств наиболее тесно связан сотовый телефон?

Инженерное проектирование электромагнитов систематизировано с помощью концепции магнитопровода.В магнитной цепи магнитодвижущая сила F, или F м определяется как ампер-витки катушки, которая генерирует магнитное поле для создания магнитного потока в цепи. Таким образом, если катушка из n витков на метр пропускает ток i ампер, поле внутри катушки составляет или ампер на метр, а создаваемая ею магнитодвижущая сила составляет nil ампер-витков, где l — длина катушки. Более удобно, магнитодвижущая сила составляет Ni, , где N, — общее количество витков в катушке.Плотность магнитного потока B в магнитной цепи эквивалентна плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является полный поток, обозначенный греческой буквой фи, ϕ , обозначенный как BA, , где A, — площадь поперечного сечения магнитной цепи. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи, как E = Ri, , где R — сопротивление цепи.В магнитной цепи F = rϕ, , где r — сопротивление магнитной цепи и эквивалентно сопротивлению в электрической цепи. Магнитное сопротивление получается делением длины магнитного пути -1 на проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л / мкА, греческая буква мю, мк, символизирует проницаемость среды, образующей магнитную цепь. Единицы измерения сопротивления — ампер-витки на вебер.Эти концепции можно использовать для расчета сопротивления магнитной цепи и, таким образом, тока, необходимого через катушку, чтобы протолкнуть желаемый магнитный поток через эту цепь.

Однако несколько допущений, используемых в этом типе расчетов, делают его в лучшем случае лишь приблизительным руководством к проектированию. Воздействие проницаемой среды на магнитное поле можно представить себе как вытеснение магнитных силовых линий в себя. И наоборот, силовые линии, проходящие от области с высокой проницаемостью к области с низкой проницаемостью, имеют тенденцию расширяться, и это происходит в воздушном зазоре.Таким образом, плотность магнитного потока, которая пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, будет уменьшаться в воздушном зазоре за счет выступающих или окаймляющих линий по сторонам зазора. Этот эффект усиливается при увеличении промежутков; могут быть сделаны грубые поправки для учета эффекта окантовки.

Также предполагалось, что магнитное поле полностью ограничено внутри катушки. Фактически, всегда существует определенное количество потока рассеяния, представленного магнитными силовыми линиями вокруг внешней стороны катушки, который не влияет на намагничивание сердечника.Поток рассеяния обычно невелик, если проницаемость магнитопровода относительно высока.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

На практике проницаемость магнитного материала зависит от плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала, только если доступна фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график μ против B, .

Наконец, конструкция предполагает, что магнитопровод не намагничен до насыщения.Если бы это было так, то плотность потока в воздушном зазоре в этой конструкции не могла бы быть увеличена, независимо от того, какой ток пропускался через катушку. Эти концепции более подробно раскрываются в следующих разделах, посвященных конкретным устройствам.

Соленоид — это обычно длинная катушка, по которой протекает ток, создавая магнитное поле. В более узком смысле, это название относится к электромеханическому устройству, которое производит механическое движение при подаче электрического тока. В своей простейшей форме он состоит из железной рамы, охватывающей катушку, и цилиндрического плунжера, движущегося внутри катушки, как показано на рисунке 1.Для источника переменного тока потери в стали в сплошном каркасе ограничивают эффективность, и используется многослойный каркас, который состоит из стопки тонких листов железа, нарезанных соответствующей формы и уложенных слоем изоляционного лака между ними. лист. Когда катушка находится под напряжением, плунжер перемещается в катушку за счет магнитного притяжения между ним и рамой, пока не войдет в контакт с рамой.

Рисунок 1: Элементы соленоида Encyclopædia Britannica, Inc.

Соленоиды переменного тока имеют тенденцию быть более мощными в полностью открытом положении, чем устройства постоянного тока. Это происходит потому, что начальный ток, высокий из-за индуктивности катушки, снижается за счет воздушного зазора между плунжером и рамой. Когда соленоид закрывается, этот воздушный зазор уменьшается, индуктивность катушки увеличивается, а переменный ток через нее падает. Если соленоид переменного тока заедает в открытом положении, катушка может перегореть.

Когда соленоид полностью открыт, он имеет большой воздушный зазор, а высокое сопротивление этого зазора поддерживает низкий поток в магнитной цепи для данной магнитодвижущей силы, и сила, действующая на плунжер, соответственно низкая.Когда плунжер закрывается, сопротивление падает, а магнитный поток увеличивается, так что сила увеличивается постепенно. Производители соленоидов предоставляют кривые «сила-ход», чтобы пользователи могли выбрать соответствующий блок для своих целей. Кривая может быть изменена путем нагружения плунжера пружиной таким образом, чтобы сила, прилагаемая на протяжении всего хода, могла быть согласована с конкретной механической нагрузкой.

.