Elektromagneter og deres anvendelser
En elektromagnet skaber et magnetfelt ved hjælp af en spole, der streames med elektrisk strøm. For at forstærke dette felt og dirigere den magnetiske flux langs en bestemt bane har de fleste elektromagneter et magnetisk kredsløb lavet af blødt magnetisk stål.
Anvendelse af elektromagneter
Elektromagneter er blevet så udbredt, at det er svært at nævne et teknologiområde, hvor de bruges i en eller anden form. De findes i mange husholdningsapparater - elektriske barbermaskiner, båndoptagere, fjernsyn osv. Kommunikationsteknologiske enheder - telefoni, telegrafi og radio - er utænkelige uden deres brug.
Elektromagneter er en integreret del af elektriske maskiner, mange industrielle automationsenheder, kontrol- og beskyttelsesudstyr til forskellige elektriske installationer. Et udviklende anvendelsesområde for elektromagneter er medicinsk udstyr. Endelig bruges gigantiske elektromagneter til at accelerere elementarpartikler i synkrofasotroner.
Vægten af elektromagneter varierer fra brøkdele af et gram til hundredvis af tons, og den elektriske energi, der forbruges under deres drift, varierer fra milliwatt til titusindvis af kilowatt.
Et særligt anvendelsesområde for elektromagneter er elektromagnetiske mekanismer. I dem bruges elektromagneter som et drev til at udføre den nødvendige translationelle bevægelse af arbejdselementet, enten for at rotere det gennem en begrænset vinkel eller for at skabe en holdekraft.
Et eksempel på sådanne elektromagneter er trækelektromagneterne, der er designet til at udføre bestemt arbejde ved bevægelse af visse arbejdslegemer; elektromagnetiske låse; elektromagnetiske koblinger og bremser og bremsesolenoider; elektromagneter, der aktiverer kontaktanordninger i relæer, kontaktorer, startere, afbrydere; løfteelektromagneter, vibrerende elektromagneter mv.
I en række enheder, sammen med elektromagneter eller i stedet for dem, bruges permanente magneter (for eksempel magnetiske plader af metalskæremaskiner, bremser, magnetiske låse osv.).
Klassificering af elektromagneter
Elektromagneter er meget forskellige i design, som adskiller sig i deres egenskaber og parametre, derfor letter klassificeringen studiet af de processer, der forekommer under deres drift.
Afhængigt af metoden til at skabe en magnetisk flux og arten af den virkende magnetiserende kraft, er elektromagneter opdelt i tre grupper: neutrale elektromagneter med jævnstrøm, polariserede elektromagneter med jævnstrøm og elektromagneter med vekselstrøm.
Neutrale elektromagneter
I neutrale DC-elektromagneter skabes en fungerende magnetisk flux ved hjælp af en permanent spole.Elektromagnetens virkning afhænger kun af størrelsen af denne flux og afhænger ikke af dens retning og derfor af retningen af strømmen i elektromagnetens spole. I mangel af strøm er den magnetiske flux og tiltrækningskraften, der virker på ankeret, praktisk talt nul.
Polariserede elektromagneter
Polariserede DC-elektromagneter er kendetegnet ved tilstedeværelsen af to uafhængige magnetiske fluxer: (polariserende og arbejder. Den polariserende magnetiske flux skabes i de fleste tilfælde ved hjælp af permanente magneter. Nogle gange bruges elektromagneter til dette formål. Arbejdsfluxen sker under handlingen af magnetiseringskraften af arbejds- eller styrespolen. Hvis der ikke er nogen strøm i dem, virker den tiltrækningskraft, der skabes af den polariserende magnetiske flux, på ankeret. Virkningen af en polariseret elektromagnet afhænger af både størrelsen og retningen af arbejdsflux, det vil sige retningen af strømmen i arbejdsspolen.
AC elektromagneter
I vekselstrømselektromagneter aktiveres spolen af en vekselstrømskilde. Den magnetiske flux skabt af spolen, gennem hvilken vekselstrømmen passerer, ændrer sig periodisk i størrelse og retning (vekslende magnetisk flux), som et resultat af, at den elektromagnetiske tiltrækningskraft pulserer fra nul til et maksimum med en frekvens, der er dobbelt så stor som forsyningens frekvens nuværende.
For trækelektromagneter er det imidlertid uacceptabelt at reducere den elektromagnetiske kraft under et vist niveau, da dette fører til armaturvibrationer og i nogle tilfælde direkte forstyrrelser af normal drift.Derfor er det i traktionselektromagneter, der arbejder med en vekslende magnetisk flux, nødvendigt at ty til foranstaltninger for at reducere dybden af kraftrippelen (for eksempel at bruge en afskærmningsspole, der dækker en del af elektromagnetens pol).
Ud over de anførte varianter er strømkorrektionselektromagneter i øjeblikket udbredt, hvilket kan tilskrives vekselstrømselektromagneter med hensyn til effekt og er tæt på jævnstrømselektromagneter med hensyn til deres egenskaber. For der er stadig nogle specifikke træk ved deres arbejde.
Afhængig af hvordan viklingen er tændt, skelnes der mellem elektromagneter med serie- og parallelviklinger.
Serieviklinger, der opererer ved en given strøm, laves med et lille antal vindinger på en stor sektion. Strømmen, der passerer gennem en sådan spole, afhænger praktisk talt ikke af dens parametre, men bestemmes af karakteristikaene for de forbrugere, der er forbundet i serie med spolen.
Parallelle viklinger, der arbejder ved en given spænding, har som regel et meget stort antal vindinger og er lavet af tråd med et lille tværsnit.
Af spolens natur er elektromagneter opdelt i dem, der fungerer i lang, periodisk og kortsigtet tilstand.
Med hensyn til aktionshastighed kan elektromagneter have normal aktionshastighed, hurtigt virkende og langsomt virkende. Denne opdeling er noget vilkårlig og angiver hovedsageligt, om der er truffet særlige foranstaltninger for at opnå den nødvendige hastighed.
Alle ovennævnte egenskaber sætter deres præg på designegenskaberne for elektromagneter.
Løft af elektromagneter
Elektromagnetisk enhed
På samme tid, med al den mangfoldighed af elektromagneter, man støder på i praksis, består de af hoveddelene med samme formål. De inkluderer en spole med en magnetiseringsspole placeret på den (der kan være flere spoler og flere spoler), en fast del af et magnetisk kredsløb lavet af ferromagnetisk materiale (åg og kerne) og en bevægelig del af et magnetisk kredsløb (armatur). I nogle tilfælde består den stationære del af det magnetiske kredsløb af flere dele (base, hus, flanger osv.). en)
Armaturet er adskilt fra resten af det magnetiske kredsløb af luftspalter og er en del af elektromagneten, som ved at opfatte den elektromagnetiske kraft overfører den til de tilsvarende dele af den aktiverede mekanisme.
Antallet og formen af de luftspalter, der adskiller den bevægelige del af det magnetiske kredsløb fra det stationære, afhænger af elektromagnetens design.De luftspalter, hvor der opstår en nyttig kraft, kaldes arbejdere; luftspalter, hvor der ikke er kraft i retning af ankerets eventuelle bevægelse, er parasitære.
Overfladerne på den bevægelige eller stationære del af det magnetiske kredsløb, der begrænser arbejdsluftgabet, kaldes poler.
Afhængig af placeringen af ankeret i forhold til resten af elektromagneten skelnes der mellem eksterne attraktive anker-elektromagneter, tilbagetrækkelige anker-elektromagneter og ydre tværgående anker-elektromagneter.
Et karakteristisk træk ved elektromagneter med et eksternt attraktivt anker er den ydre placering af ankeret i forhold til spolen. Dette påvirkes hovedsageligt af arbejdsstrømmen, der går fra ankeret til endesiden af kernen.Bevægelsen af ankeret kan være roterende (for eksempel en ventilmagnet) eller translationel. Lækstrømme (lukker ud over arbejdsgabet) i sådanne elektromagneter skaber praktisk talt ikke trækkræfter, og derfor har de en tendens til at blive reduceret. Elektromagneter af denne gruppe kan udvikle en ret stor kraft, men bruges normalt med relativt små ankerslag.
Et karakteristisk træk ved tilbagetrækkelige anker-elektromagneter er den delvise placering af ankeret i dets oprindelige position inde i spolen og dets yderligere bevægelse i spolen under drift. Lækagestrømmene fra sådanne elektromagneter, især med store luftspalter, skaber en vis trækkraft, som et resultat af hvilken de er nyttige, især til relativt store ankerslag. Sådanne elektromagneter kan fremstilles med eller uden stop, og formen på overfladerne, der danner arbejdsspalten, kan være forskellig afhængig af hvilken trækkarakteristik, der skal opnås.
De mest almindelige er elektromagneter med flade og afkortede koniske poler, samt elektromagneter uden begrænser. Som vejledning for ankeret anvendes oftest et rør af ikke-magnetisk materiale, som skaber et parasitisk mellemrum mellem ankeret og den øvre, stationære del af det magnetiske kredsløb.
Indtrækkelige ankersolenoider kan udvikle kræfter og har ankerslag, der varierer over et meget bredt område, hvilket gør dem meget udbredte.
V-elektromagneter med et eksternt, tværgående armaturanker bevæger sig gennem de magnetiske kraftlinjer og roterer gennem en vis begrænset vinkel.Sådanne elektromagneter udvikler sædvanligvis relativt små kræfter, men tillader ved passende afstemning af pol- og ankerformerne at opnå ændringer i trækkarakteristikken og en høj returkoefficient.
I hver af de tre listede grupper af elektromagneter er der til gengæld en række designvarianter, der er relateret både til arten af strømmen, der strømmer gennem spolen, og til behovet for at sikre de specificerede egenskaber og parametre for elektromagneterne.