Elektromagneter och deras tillämpningar
En elektromagnet skapar ett magnetfält med hjälp av en spole som strömmas med elektrisk ström. För att förstärka detta fält och rikta det magnetiska flödet längs en specifik väg, har de flesta elektromagneter en magnetisk krets gjord av mjukt magnetiskt stål.
Användning av elektromagneter
Elektromagneter har blivit så utbredda att det är svårt att nämna ett teknikområde där de används i en eller annan form. De finns i många hushållsapparater - elektriska rakapparater, bandspelare, tv-apparater, etc. Kommunikationstekniska enheter – telefoni, telegrafi och radio – är otänkbara utan användning.
Elektromagneter är en integrerad del av elektriska maskiner, många industriella automationsanordningar, styr- och skyddsutrustning för olika elektriska installationer. Ett växande användningsområde för elektromagneter är medicinsk utrustning. Slutligen används gigantiska elektromagneter för att accelerera elementarpartiklar i synkrofasotroner.
Vikten på elektromagneter varierar från bråkdelar av ett gram till hundratals ton, och den elektriska energi som förbrukas under deras drift varierar från milliwatt till tiotusentals kilowatt.
Ett speciellt användningsområde för elektromagneter är elektromagnetiska mekanismer. I dem används elektromagneter som en drivkraft för att utföra den nödvändiga translationsrörelsen av arbetselementet, antingen för att rotera det genom en begränsad vinkel eller för att skapa en hållkraft.
Ett exempel på sådana elektromagneter är dragelektromagneter, utformade för att utföra visst arbete vid förflyttning av vissa arbetskroppar; elektromagnetiska lås; elektromagnetiska kopplingar och bromsar och bromssolenoider; elektromagneter som aktiverar kontaktanordningar i reläer, kontaktorer, startanordningar, strömbrytare; lyftelektromagneter, vibrerande elektromagneter etc.
I ett antal enheter, tillsammans med elektromagneter eller istället för dem, används permanentmagneter (till exempel magnetiska plattor av metallskärmaskiner, bromsar, magnetlås etc.).
Klassificering av elektromagneter
Elektromagneter är mycket olika i design, som skiljer sig åt i deras egenskaper och parametrar, därför underlättar klassificeringen studiet av de processer som uppstår under deras drift.
Beroende på metoden för att skapa ett magnetiskt flöde och arten av den verkande magnetiserande kraften delas elektromagneter in i tre grupper: neutrala elektromagneter med likström, polariserade elektromagneter med likström och elektromagneter med växelström.
Neutrala elektromagneter
I neutrala DC-elektromagneter skapas ett fungerande magnetiskt flöde med hjälp av en permanent spole.Elektromagnetens verkan beror endast på storleken på detta flöde och beror inte på dess riktning och därför på strömriktningen i elektromagnetens spole. I frånvaro av ström är det magnetiska flödet och attraktionskraften som verkar på ankaret praktiskt taget noll.
Polariserade elektromagneter
Polariserade DC-elektromagneter kännetecknas av närvaron av två oberoende magnetiska flöden: (polariserande och fungerande. Det polariserande magnetiska flödet skapas i de flesta fall med hjälp av permanentmagneter. Ibland används elektromagneter för detta ändamål. Arbetsflödet uppstår under åtgärden av arbets- eller styrspolens magnetiseringskraft. Om det inte finns någon ström i dem, verkar den attraktionskraft som skapas av det polariserande magnetiska flödet på ankaret. Verkan hos en polariserad elektromagnet beror på både storleken och riktningen av arbetsflöde, det vill säga strömriktningen i arbetsspolen.
AC elektromagneter
I växelströmselektromagneter matas spolen av en växelströmskälla. Det magnetiska flödet som skapas av spolen genom vilken växelströmmen passerar ändras periodiskt i storlek och riktning (växelmagnetiskt flöde), vilket resulterar i att den elektromagnetiska attraktionskraften pulserar från noll till ett maximum med en frekvens som är dubbelt så stor som matningens frekvens nuvarande.
För dragelektromagneter är det dock oacceptabelt att reducera den elektromagnetiska kraften under en viss nivå, eftersom detta leder till armaturvibrationer och i vissa fall direkt störning av normal drift.Därför, i dragelektromagneter som arbetar med ett alternerande magnetiskt flöde, är det nödvändigt att tillgripa åtgärder för att minska djupet på kraftrippeln (till exempel för att använda en skärmspole som täcker en del av elektromagnetens pol).
Utöver de listade varianterna är strömkorrigerande elektromagneter för närvarande utbredda, vilket kan hänföras till växelströmselektromagneter vad gäller effekt och ligger nära likströmselektromagneter vad gäller deras egenskaper. Eftersom det fortfarande finns vissa specifika egenskaper i deras arbete.
Beroende på hur lindningen är påslagen skiljer man på elektromagneter med serie- och parallelllindningar.
Serielindningar som arbetar med en given ström görs med ett litet antal varv på en stor sektion. Strömmen som passerar genom en sådan spole beror praktiskt taget inte på dess parametrar, utan bestäms av egenskaperna hos konsumenterna som är anslutna i serie med spolen.
Parallella lindningar som arbetar vid en given spänning har som regel ett mycket stort antal varv och är gjorda av tråd med litet tvärsnitt.
Genom spolens natur är elektromagneter uppdelade i de som arbetar i långa, periodiska och kortsiktiga lägen.
När det gäller verkanshastighet kan elektromagneter ha normal verkanshastighet, snabbverkande och långsamverkande. Denna uppdelning är något godtycklig och anger främst om särskilda åtgärder vidtagits för att uppnå erforderlig åtgärdshastighet.
Alla ovanstående egenskaper sätter sin prägel på designegenskaperna hos elektromagneter.
Lyftande av elektromagneter
Elektromagnetisk anordning
Samtidigt, med alla de olika elektromagneter som man stöter på i praktiken, består de av huvuddelarna med samma syfte. De inkluderar en spole med en magnetiseringsspole placerad på den (det kan finnas flera spolar och flera spolar), en fast del av en magnetisk krets gjord av ferromagnetiskt material (ok och kärna) och en rörlig del av en magnetisk krets (armatur). I vissa fall består den stationära delen av magnetkretsen av flera delar (bas, hölje, flänsar, etc.). a)
Armaturen är separerad från resten av magnetkretsen av luftgap och är en del av elektromagneten, som, när den uppfattar den elektromagnetiska kraften, överför den till motsvarande delar av den aktiverade mekanismen.
Antalet och formen på luftspalterna som skiljer den rörliga delen av den magnetiska kretsen från den stationära beror på elektromagnetens utformning.De luftspalter där en användbar kraft uppstår kallas arbetare; luftspalter där det inte finns någon kraft i riktningen för ankarets eventuella rörelse är parasitära.
Ytorna på den rörliga eller stationära delen av magnetkretsen som begränsar arbetsluftgapet kallas poler.
Beroende på placeringen av ankaret i förhållande till resten av elektromagneten, skiljer man mellan externa attraktiva ankarelektromagneter, infällbara ankarelektromagneter och externa ankarelektromagneter som rör sig i tvärriktningen.
En karakteristisk egenskap hos elektromagneter med en extern attraktiv ankare är ankarets yttre placering i förhållande till spolen. Detta påverkas främst av arbetsflödet som går från ankaret till kärnans ändsida.Rörelsen av ankaret kan vara roterande (till exempel en ventilsolenoid) eller translationell. Läckströmmar (som stänger utöver arbetsgapet) i sådana elektromagneter skapar praktiskt taget inte dragkrafter, och därför tenderar de att minska. Elektromagneter av denna grupp kan utveckla en ganska stor kraft, men används vanligtvis med relativt små ankarslag.
En utmärkande egenskap hos infällbara ankarelektromagneter är den partiella placeringen av ankaret i dess utgångsläge inuti spolen och dess vidare rörelse i spolen under drift. Läckflödena från sådana elektromagneter, särskilt med stora luftgap, skapar en viss dragkraft, som ett resultat av vilken de är användbara, särskilt för relativt stora ankarslag. Sådana elektromagneter kan tillverkas med eller utan stopp, och formen på de ytor som bildar arbetsgapet kan vara olika beroende på vilken dragkarakteristik som ska erhållas.
De vanligaste är elektromagneter med plana och stympade koniska poler, samt elektromagneter utan limiter. Som en guide för ankaret används oftast ett rör av icke-magnetiskt material, vilket skapar ett parasitiskt gap mellan ankaret och den övre, stationära delen av magnetkretsen.
Infällbara armatursolenoider kan utveckla krafter och har armaturslag som varierar över ett mycket brett område, vilket gör dem allmänt använda.
V-elektromagneter med ett externt ankare som rör sig i tvärriktningen rör sig genom de magnetiska kraftlinjerna och roterar genom en viss begränsad vinkel.Sådana elektromagneter utvecklar vanligtvis relativt små krafter, men tillåter, genom lämplig matchning av pol- och ankarformerna, att erhålla förändringar i dragkarakteristiken och en hög returkoefficient.
I var och en av de tre listade grupperna av elektromagneter finns det i sin tur ett antal designvarianter som är relaterade både till arten av strömmen som flyter genom spolen och till behovet av att säkerställa de specificerade egenskaperna och parametrarna för elektromagneterna.