Upornost elektromagneta 380 voltov. Kako narediti močan elektromagnet

21. poglavje

ELEKTROMAGNETNI AKTUATORJI

§ 21.1. Namen elektromagnetnih aktuatorjev

Aktuatorji v sistemih za avtomatizacijo so zasnovani tako, da aktivirajo (tj. poganjajo) različna regulatorna telesa, ki neposredno vplivajo na krmilni objekt, da dosežejo zahtevano vrednost izhodne vrednosti tega objekta. Obstaja veliko različnih regulatornih organov: za spremembo dovoda tekočin in plinov so v cevovodih nameščeni lopute, ventili, vrata in pipe; v dvižnih in transportnih napravah so to različni kontaktorji, sklopke, zavore, variatorji hitrosti; pri električnih inštalacijah razsvetljave in ogrevanja so to različne stikalne naprave.

Za vplivanje na regulacijske organe je potrebno izvesti mehansko delo: obrniti ventil ali ventil, povezati obe polovici sklopke, premakniti zobnik na gredi menjalnika, zapreti kontakte itd. Vhodni signal aktuatorja v električni sistemi avtomatizacija je elektrika ali napetost, in izhodni signal - mehansko gibanje.

Spreobrniti električna energija Mehanski del sestavljajo elektromagneti in elektromotorji. V tem poglavju bodo obravnavani samo elektromagnetni aktuatorji. Elektromotorji so električni stroji in se obravnavajo v ustreznem predmetu. Treba je opozoriti, da je skoraj vedno, ko se pojavi vprašanje razvoja pogona za regulatorni organ, treba izbrati med dvema možnostma: elektromagnet ali elektromotor. Glavna prednost elektromagneta je njegova preprostost zasnove. U Elektromotor ima več prednosti: visok izkoristek, sposobnost doseganja poljubnih hitrosti in premikov. Vendar se te prednosti kažejo le relativno kompleksni sistemi avtomatizacijo in med neprekinjenim delovanjem. Če so potrebni majhni premiki (nekaj milimetrov) in sile (nekaj deset do sto newtonov), so elektromagneti bolj donosni kot elektromotor z menjalnikom.

IN prejšnja poglavja elektromagneti, ki se uporabljajo kot komponento elektromagnetni releji in kontaktorji. To poglavje bo zajemalo splošna vprašanja klasifikacija elektromagnetov, njihov izračun, načrtovanje, uporaba kot pogonskih elementov sistemov za avtomatizacijo.

§ 21.2. Razvrstitev elektromagnetov

Glede na vrsto toka v navitju delimo elektromagnete na enosmerne in izmenične elektromagnete, glede na hitrost delovanja pa na hitro delujoče, normalne in počasi delujoče. Po namenu delimo elektromagnete na pogonske in zadrževalne.

Pogon elektromagnetov se uporabljajo za opravljanje mehanskega dela. Ko se napaja, premikajo različne aktuatorje: ventile, potiskala, blažilnike, tuljave, železniške kretnice. Premikajo kontakte relejev in kontaktorjev, tiskalne in prebijalne naprave. Za opravljanje tega dela morajo biti elektromagneti zasnovani tako, da prenesejo določeno količino sile in gibanja.

Drži elektromagnete Ne služijo za premikanje, ampak le za držanje feromagnetnih delov. Na primer, elektromagnet, ki se uporablja pri dvigovanju odpadnega železa, ga samo drži, premikanje pa izvaja dvižni žerjav. V tem primeru elektromagnet služi le kot kavelj žerjava. Pri obdelavi kovin se elektromagnetne plošče uporabljajo za pritrditev obdelovanca na stroj. Poznane so tudi elektromagnetne ključavnice. Ker držalni elektromagneti ne opravljajo dela, so zasnovani le za določeno silo. V nekaterih primerih ima elektromagnet dve tuljavi: ena, močnejša, se uporablja za premikanje armature, druga pa samo za držanje armature v pritegnjenem položaju.

Obstaja veliko različnih elektromagnetov za posebne namene. Uporabljajo se za fokusiranje elektronskih žarkov v televiziji in pospeševalnikih elementarni delci, v različnih merilnih instrumentih, v medicinski opremi itd.

Po zasnovi so ventilni (rotacijski), linearni in elektromagneti s prečnim gibanjem. Ventil elektromagneti imajo majhen gib armature (nekaj milimetrov) in razvijejo veliko vlečno silo.

Preprosto elektromagneti imajo velik hod armature in večjo hitrost; po velikosti so manjši od ventilnih. Pogosto so v obliki solenoida (valjaste tuljave, ki vleče feromagnetno palico), zato jih včasih imenujemo solenoidni elektromagneti.

riž. 21.1. Možnosti konstrukcijskih diagramov elektromagnetov

Različni modeli elektromagneti so prikazani na sl. 21.1. Kljub veliki raznolikosti (na tej sliki niso prikazane vse možne izvedbe) so vsi sestavljeni iz tuljave 1, armatura (gibljivo magnetno vezje) 2, fiksno magnetno vezje (jedro 3 in jarem 4). Poleg tega imajo različne vzmeti, pritrdilne, pritrdilne in prenosne dele ter ohišje. Glede na zasnovo magnetnega vezja se razlikujejo elektromagneti z odprtim vezjem (slika 21.1, d, f) in zaprt magnetni krog (slika 21.1, a, b, c, d, g, h). Glede na obliko magnetnega jedra ločimo elektromagnete z magnetnimi jedri v obliki črke U, oblike W in valjastimi.

Magnetna jedra elektromagnetov enosmerni tok so običajno trdni iz mehkih magnetnih materialov: običajnih konstrukcijskih jekel in nizkoogljičnih elektrotehničnih jekel. Visoko občutljivi elektromagneti imajo magnetno jedro iz permaloja (železove zlitine z nikljem in kobaltom). V elektromagnetih z visoko hitrostjo se nagibajo k zmanjšanju vrtinčni tokovi, za katera je elektrotehnika silicijeva jekla s povečano električni upor in laminirano (kompozitno) magnetno vezje.

Za zmanjšanje izgub na vrtinčni tokovi magnetni krog elektromagnetov izmenični tok sestavljeni (mešani) iz izoliranih plošč debeline 0,35 ali 0,5 mm. Uporabljen material je toplo valjano in hladno valjano elektro jeklo. Posamezni deli magnetnega vezja, ki jih je težko laminirati, so izdelani iz trdnega materiala debeline 2-3 mm.

Elektromagnetne tuljave so lahko oblikovane z okvirjem ali brez okvirja ter okrogle ali pravokotne oblike prečnega prereza. Žica okvirne tuljave je navita na okvir iz izolacijskega materiala (tekstolit, getinax, plastika). Žica tuljave brez okvirja je navita neposredno na jedro, ovito z izolirnim trakom, ali na posebno šablono. Za zagotovitev trdnosti tuljave, izdelane na šabloni, je ovita s trakom (podložena) in impregnirana s sestavljenim lakom. Koluti so običajno naviti bakrena žica z izolacijo, izbrano glede na namen in pogoje delovanja elektromagneta.

Glede na način povezave ločimo serijske in vzporedne tuljave. Vzporedne tuljave imajo velika številka zavoji in so naviti s tanko žico. Običajno so vklopljeni pri polni omrežni napetosti. Serijske tuljave imajo razmeroma nizek upor, saj so izdelane iz debele žice in majhnega števila ovojev. Tok takšne tuljave ni določen z njenim uporom, ampak je odvisen od naprav, s katerimi je tuljava zaporedno povezana.

Obstajajo tudi elektromagneti za dolgotrajno, kratkotrajno in občasno delovanje.

§ 21.3. Postopek konstrukcijskega izračuna elektromagneta

Začetni podatki za izračun elektromagneta so običajno zahtevana vlečna sila F e, hod armature (ali kot vrtenja) in napajalna napetost U. Poleg tega konstrukcijske specifikacije navajajo način delovanja elektromagneta in pogoje delovanja. Določite lahko zahtevano hitrost, dimenzije, težo in stroške.

Kot rezultat izračuna je potrebno izbrati zasnovo elektromagneta, material magnetnega jedra, določiti geometrijske dimenzije magnetnega jedra in tuljave ter podatke o navijanju.

Na prvi stopnji konstrukcijskega izračuna je potrebno izbrati zasnovo elektromagneta s konceptom dejavnik oblikovanja A. Ta vrednost se določi glede na vlečno silo in hod armature:

kjer - v N; - v cm

Pri uporabi solenoidnega elektromagneta s predhodnim tokom; z - naravnost naprej s stožčasto nogo; z - naravnost naprej z ravno zaustavitvijo; ob 2.6<<26 - с поворотным якорем клапанного типа.

Oblika elektromagneta je izbrana ob upoštevanju zahtevanih vlečnih lastnosti. Na sl. 21.2 prikazuje tipično vleko

značilnosti elektromagnetov. Če je potrebno imeti ravno vlečno karakteristiko 1, potem je treba uporabiti elektromagnet za naprej, če 2 - elektromagnet ventila. Elektromagnet v obliki črke W (5) se uporablja predvsem v tokokrogih izmeničnega toka.

Na drugi stopnji se izbere indukcija in določi presek magnetnega kroga.

Privlačno silo armature ustvarja predvsem magnetni tok v zračni reži. Zato se med konstrukcijskimi izračuni običajno ne upošteva vpliv blodečih tokov na vlečno silo. Optimalni magnetni pretok in indukcija v delovni zračni reži sta lahko v zelo širokih mejah in sta odvisna od razmerja med vlečno silo in hodom, tj. od konstrukcijskega faktorja A. Na sl. Na sliki 21.3 so prikazane odvisnosti indukcije od konstrukcijskega faktorja za tri izvedbe elektromagnetov (s ravnim zaporom, s stožčastim zaporom in tipom ventila). Ko je izbrana, je mogoče iz teh indukcijskih krivulj določiti površino prečnega prereza polovnega kosa. Spomnimo se na formulo (17.13), ki povezuje vlečno silo z indukcijo v reži in prerez polovnega kosa. Pri določanju premera jedra je treba najprej določiti indukcijo v jeklu in disipacijo. koeficient magnetnega sistema. Za močne elektromagnete se vzame znotraj , za majhne magnetne relejne sisteme - znotraj . Koeficient disipacije Manjše vrednosti se vzamejo za majhne gibe armature, večje vrednosti za premike več centimetrov. Prerez jedra je določen s formulo

Prerez jarma je običajno enak prerezu jedra, prerez armature pa je manjši:

riž. 21.3. Odvisnost indukcije v reži elektromagneta in dimenzij tuljave od vrednosti konstrukcijskega faktorja

potrebna vlečna sila. Vstavimo koeficient, ki je razmerje med MMF, ki ni vključen v ustvarjanje vlečne sile, in celotnim MMF tuljave. Nato ob predpostavki prevodnosti zračne reže določimo skupno MMF tuljave:

Lahko se izboljša pri izračunu magnetnega vezja z uporabo krivulj magnetizacije za izbrani material magnetnega jedra.

Razmerje med višino prostora za navijanje tuljave in njegovŠirina je običajno izbrana glede na konstrukcijski faktor (spodnja krivulja na sliki 21.3). Posebne velikosti tuljave so izbrane glede na pogoje ogrevanja tuljave. Pri tem se upošteva način delovanja, koeficient toplotne prehodnosti, način navijanja, ki vpliva na faktor polnjenja, in izolacija žice, ki določa dovoljeno temperaturo. Poleg tega je treba upoštevati možnost zmanjšanja napajalne napetosti na

Ob upoštevanju teh dejavnikov je širina prostora za navitje tuljave določena s formulo

Če poznamo dimenzije tuljave, je mogoče določiti vse dimenzije magnetnega kroga elektromagneta: višino jedra in jarma, razdaljo med njima itd.

§ 21.4. Značilnosti izračuna AC elektromagnetov

IN Pri elektromagnetih z izmeničnim tokom se indukcija v magnetnem krogu spreminja po sinusnem zakonu. Ker je največja (amplitudna) vrednost indukcije večkrat večja od efektivne vrednosti in je velikost vlečne sile sorazmerna s kvadratom indukcije, elektromagnet z izmeničnim tokom z enako stopnjo nasičenosti magnetnega vezja razvije polovico vrednost vlečne sile. Zato se pri določanju konstrukcijskega faktorja za elektromagnet z izmeničnim tokom vzame dvojna vrednost vlečne sile."

Optimalna razmerja med višino in širino prostora za navijanje tuljave t =h/a se izkažejo za manjše kot pri enosmernih elektromagnetih. Zato bodo tuljave AC elektromagnetov krajše in debelejše. Krajša tuljava zmanjša dolžino in prostornino jedra, kar povzroči manjše izgube jekla zaradi histereze in vrtinčnih tokov. Teh izgub ni bilo v enosmernih elektromagnetih. Tam so skušali zmanjšati izgube v bakru, kar so zagotovili z zmanjšanjem povprečne dolžine zavoja tuljave zaradi majhne debeline. Pri izmeničnih elektromagnetih si je treba prizadevati za zmanjšanje skupnih izgub (tako pri bakru kot jeklu).

Pri natančnejšem izračunu elektromagnetov je treba upoštevati uhajajoče tokove in padec MMF v nedelujočih režah in jeklu. Poleg tega je treba pri izmeničnih elektromagnetih upoštevati izgube zaradi histereze in vrtinčnih tokov v magnetnem jedru

Te izgube so sorazmerne z napajalno frekvenco, maso magnetnega kroga in kvadratom indukcije. Za materiale, ki se uporabljajo v magnetnem krogu elektromagneta, so specifične izgube (odvisne od debeline pločevine in frekvence) na enoto mase podane v referenčnih knjigah.

Število obratov navitja AC elektromagneta

(21.7)

Premer žice je določen z gostoto toka, ki je dovoljena z vidika ogrevanja. V tem primeru se tok določi ob upoštevanju izgub v jeklu:

kje je izguba toka v jeklu; -magnetni tok.

Vrednosti in se lahko določijo z uporabo električnega ekvivalentnega vezja elektromagneta (slika 21.4). V diagramu so uporabljene naslednje oznake: - aktivni upor navitja;

Induktivna reaktanca, ki ustreza delovnemu toku; - induktivna reaktanca, ki ustreza toku uhajanja; -aktivni upor, ki ga povzročajo izgube v magnetnem krogu zaradi histereze in vrtinčnih tokov.

Če zanemarimo padec napetosti na aktivnem uporu navitja in tok uhajanja, potem izgubni tok

(21.9)

Tok magnetiziranja, ki ustvarja delovni magnetni tok, je določen z MMF (). Če zanemarimo padec MMF v jeklu in nedelovnih vrzeli, potem

kjer deluje vrednost izmeničnega magnetnega pretoka v delovni reži; -magnetna prevodnost delovne reže.

Predhodni izračun elektromagneta s kratkostičnim zavojem se izvede brez upoštevanja zaščitnega učinka tega zavoja. Natančen izračun parametrov kratkostičnega zavoja je precej zapleten. V praksi je izdelan iz bakra ali medenine tako, da pokriva približno poli elektromagneta. Z magnetnim vezjem v obliki črke W, kratkostični zavoj 3 ki se nahaja na sredini (sl. 21.5, A) ali na skrajnih palicah (slika 21.5, b).Široko uporabljeni elektromagneti serije MIS so izdelani s tuljavo na srednji palici. Za zmanjšanje padca MMF v nedelujoči reži med armaturami in jedrom 2 obstaja tako imenovana ovratnica 5. Nazivna vlečna sila elektromagnetov serije MIS se giblje od 15 do 120 N s hodom armature 15-30 mm. Mehanska odpornost proti obrabi je približno 10 6 ciklov vklopa in izklopa.

Z zavoji na zunanjih palicah (slika 21.5, b) Izdelani so bili dolgohodni elektromagneti serije ED. Imajo sidro v obliki črke T 1. Vlečna sila cos je podana v vseh treh palicah, kar pomeni, da magnetno vezje vsebuje tri delovne reže. Vlečna sila elektromagnetov serije ED doseže 250 N z največjim premikom armature do 40 mm. Elektromagneti se sprožijo, ko na navitje teče tok 4.

§ 21.5. Elektromagnetne sklopke

Elektromagnetna sklopka je namenjena prenosu navora motorja na delovni mehanizem. Sklopka je sestavljena iz dveh delov: pogonskega in gnanega, ki tvorita zaprt magnetni sistem. Sklopka je izdelana iz feromagnetnih materialov in ima eno ali več navitij polja.

Razlikovati trenje spojke in asinhroni(indukcijske) sklopke. V tornih sklopkah se vrtenje prenaša zaradi sile trenja med pogonskim delom, nameščenim na gredi elektromotorja, in gnanim delom, ki se lahko premika vzdolž gredi pogonskega mehanizma na utorih ali ključu. Ko se tok dovaja v vzbujevalno navitje, se ustvari magnetna sila in gibljivi del sklopke se pritisne na mirujočega. Ta sklopka deluje kot elektromagnet. Za prenos pomembnih navorov se uporabljajo večdiskne izvedbe elektromagnetnih sklopk. Tako na pogonski kot na gnani gredi je več jeklenih diskov, ki se pod delovanjem MMF medsebojno privlačijo in zaradi trenja njihovih površin prenašajo vrtenje. Kontaktne površine tornih sklopk so izdelane iz posebnega materiala - zlitine Ferrado, ki ima koeficient trenja 3-4 krat večji kot pri jeklu.

Obstajajo izvedbe elektromagnetnih tornih sklopk s stacionarno elektromagnetno tuljavo in z vrtljivo tuljavo.

V sklopkah z nizko močjo (slika 21.6, A) gospodar 1 in suženj 2 polovice sklopke nimajo navitij, vendar se lahko ena od njih (običajno gnana) premika vzdolž gredi vzdolž ključa ali utora. Obe sklopki sta obdani s stacionarno elektromagnetno tuljavo 3, ki ob priključitvi na napetost ustvarja magnetni tok. Nastale elektromagnetne sile pritisnejo gnano polovico sklopke na pogonsko polovico. Torni moment med polovicama sklopke mora biti večji od momenta obremenitve gnane gredi. Ko je tuljava sklopke odklopljena, se stacionarna polovica sklopke z vzmetjo (ni prikazana na sliki) potisne stran od gibljive polovice. Običajno ista vzmet pritisne polovico sklopke na zavorne površine, kar

zagotavlja hitro zaustavitev gnane gredi. V močnih sklopkah (slika 21.6, b) se v gibljivem delu sklopke uporablja več jeklenih diskov za povečanje količine prenesenega navora 2, imajo svobodo gibanja vzdolž osi vrtenja pogonske in gnane gredi. Ustrezno število jeklenih diskov 1 togo pritrjen na pogonsko gred. Na isto gred je pritrjena elektromagnetna tuljava. 3, dovaja se tok, ki se izvaja z uporabo drsnih obročev in ščetk. Elektromagnetne sile privlačijo gibljive diske k mirujočim. Velika kontaktna površina zagotavlja velik torni moment.

V elektromagnetnih sklopkah s feromagnetnim polnilom (slika 21.6, V) prenos vrtenja se izvede zaradi dejstva, da je vrzel med pogonom 1 in pogonom 2 polovice spojke napolnjene z mešanico 4 iz zrn feromagnetnega materiala in polnila. Ko tok teče skozi tuljavo 3 sklopke, se ustvari magnetni tok, ki povzroči, da se feromagnetna zrna usmerijo vzdolž silnic in tvorijo mostove, ki povezujejo pogonsko in gnano polovico sklopke. Zrna feromagnetnega materiala so velikosti od 4 do 50 mikronov. Polnilo je lahko suho (smukec, grafit) ali tekoče (transformatorska in silikonska olja, fluoridne spojine).

Elektromagnetne sklopke s feromagnetnim polnilom so zanesljivejše od tornih sklopk in imajo krajši odzivni čas (do 20 ms). Potrebna je redna menjava polnila.

Pri elektromagnetnih indukcijskih sklopkah se vrtilni moment prenaša zaradi indukcijskih tokov, torej brez neposrednega mehanskega stika obeh delov sklopke. Eden od delov sklopke (slika 21.7) ima elektromagnetne pole 1 z vzbujalnim navitjem, ki ga napaja enosmerni tok. Imenuje se induktor in je strukturno podoben rotorju sinhronskega generatorja. Drugi del sklopke je v kratkem stiku. navijanje 2, podobno navitju rotorja asinhronskega motorja. Ta del se imenuje sidro. Ko se induktor vrti, se v navitju armature inducira emf in tok teče. Interakcija tega toka z vzbujevalnim magnetnim tokom

bo ustvaril elektromagnetni moment, ki povzroči vrtenje armature. V sklopki potekajo enaki fizikalni procesi kot pri asinhronskem elektromotorju. Razlika je v tem, da se vrtenje magnetnega polja v motorju pojavi, ko se trifazni izmenični tok napaja v navitje stacionarnega statorja, v sklopki pa se vrtenje magnetnega polja pojavi zaradi mehanskega vrtenja induktorja, vzbujenega z enosmernim tokom. Tako kot pri asinhronem motorju se vrtilni moment pojavi le, če hitrost induktorja in armature nista enaki. Gnani del sklopke se vrti s frekvenco kjer

Hitrost vrtenja pogonske gredi, zdrs. Količina zdrsa je običajno

Če je navor obremenitve pogonskega mehanizma večji od največjega navora sklopke, pride do prevračanja in vrtenje gnanega dela se ustavi. Zahvaljujoč zmožnosti nagibanja lahko sklopka zaščiti pogonski motor pred velikimi preobremenitvami. Količina navora, ki ga prenaša sklopka, je odvisna od vzbujalnega magnetnega polja. S spreminjanjem vzbujalnega toka lahko prilagodite vrednost kritičnega navora sklopke. Razlika v hitrostih vrtenja gnanih in gnanih delov asinhrone sklopke je v osnovi potrebna za ustvarjanje navora na gnanem delu. Zato se asinhrone sklopke imenujejo tudi elektromagnetne drsne sklopke. Najpogosteje se uporabljajo kot element krmiljenega avtomatiziranega izmeničnega električnega pogona, ki poleg sklopke vključuje nereguliran elektromotor in sistem avtomatskega krmiljenja vzbujalnega toka sklopke. Prednosti takega pogona z drsno sklopko so preprostost zasnove in delovanja, nizki stroški in visoka zanesljivost. Ko pa se zdrs poveča, se izgube moči povečajo in učinkovitost pogona zmanjša.

Magnetizem velja za najbolj zanimiv in obetaven pojav v naravi, ki se lahko manifestira skozi različne vrste polj. Elektromagnetna polja so samo ena vrsta polj. Nastanejo iz dveh vrst polj, električnega in magnetnega. Začnimo razumeti naravo in načelo delovanja magnetnih polj. Najlažji način za uporabo trajnih magnetov in elektromagnetov kot vir magnetnih polj. Vendar bomo govorili o tem, kako delujejo.

Elektromagnet je preprosta električna struktura, sestavljena iz navitja in jedra. Iz tečaja elektrotehnike je znano, da ko električni tok prehaja skozi navitje, okoli njega nastanejo elektromagnetna polja.

To pomeni, da medtem ko se električni naboj premika, okoli sebe ustvarja magnetna polja. Ko se ne premika, ima le električno polje. Toda elektroni in ioni ne bodo nikoli v stanju popolnega mirovanja. Notranje gibanje je vedno prisotno, zato sta električno in magnetno polje prisotna hkrati, le v primeru relativnega mirovanja so električna polja bolj opazna, s povečanjem gibanja osnovnih delcev pa začne prevladovati magnetno polje.

Torej, da ustvarite magnetno polje, morate le prenesti tok skozi prevodnik, za povečanje stopnje intenzivnosti tega polja pa morate povečati jakost toka ali dolžino električnega prevodnika. Obstaja pa še en dejavnik, ki vpliva na jakost magnetnega polja.

Poleg naštetega imajo elektromagneti jedro iz magnetnega materiala. Takšen magnetni material izvaja lastno notranje gibanje nabitih osnovnih delcev. Vendar so razporejeni v kaotičnem redu, kar povzroči medsebojno izničenje magnetnih silnic.

Ko je tak material izpostavljen zunanjemu elektromagnetnemu polju, pride do naslednjega učinka, in sicer se vsa notranja magnetna polja tega materiala vrtijo v isto smer, kar povzroči močno povečanje magnetnih lastnosti. Če želite narediti dober magnet, morate okoli magnetnega jedra naviti veliko število ovojev bakrene žice in nato skozi njih prenesti tok.

Vendar ne pozabite, da ko je napetost izklopljena, elektromagnet izgubi vse svoje lastnosti. Ker se vsi nabiti delci prenehajo premikati v prevodniku in se urejena magnetna polja znotraj magnetnega jedra vrnejo v prvotno kaotično stanje. Za izdelavo trajnega magneta brez napajanja je potrebno, da notranja magnetna polja ostanejo v enosmernem stanju. To lahko dosežemo z uporabo posebnih magnetnih materialov, ki jih je mogoče magnetizirati ali razmagnetiti.

V začetnem trenutku ta snov nima tako močnih magnetnih lastnosti. Da ga namagnetimo, ga moramo postaviti v močno konstantno magnetno polje. Po določenem času in intenzivnosti izpostavljenosti ta material postane trajni magnet. Da razmagnetimo trajni magnet, ga moramo izpostaviti visokim temperaturam, močnim udarcem ali močnemu izmeničnemu magnetnemu polju.

Mislim, da se je že vsak srečal z običajnimi trajnimi magneti. Ali veste, kaj je pravi razlog za njihovo konkretno dejanje? Mislim, da malo ljudi ve za to. Ponujamo vam, da se seznanite s preprostim teoretičnim predavanjem o zgradbi permanentnega magneta in magnetnem polju.

Načeloma je njihov izračun precej zapleten proces, vendar je za radioamaterje bistveno poenostavljen. Magnetno vezje je opisano s količino - IN, na katerega vplivata poljska jakost in magnetna prepustnost snovi. Zato so jedra elektromagnetov izdelana iz posebne železove zlitine z visoko magnetno prepustnostjo. Pretok moči je odvisen od magnetne indukcije, F.

Kjer je S površina prečnega prereza magnetnega vezja. Magnetomotorna sila vpliva tudi na pretok moči (Jej), ki se izračuna po formuli:

Ф = (E m) × R m, od koder je E m = 1,3 × I × N

Kje n- število obratov tuljave in jaz- moč toka, ki teče skozi tuljavo v amperih.

Magnetna odpornost je določena s formulo:

kjer je L povprečna dolžina poti magnetnih silnic, M je magnetna prepustnost in S je presek magnetnega kroga.

Pri izdelavi domačih elektromagnetov poskušajo doseči največji pretok moči. To se doseže z zmanjšanjem magnetnega upora. Zakaj izbrati magnetno jedro z minimalno dolžino poti daljnovodov in največjim možnim prerezom, material pa je jeklena zlitina z odlično magnetno prepustnostjo. Druga metoda za povečanje pretoka moči je povečanje števila amperskih ovojev, kar ni zelo praktično, saj je treba za varčevanje z žico in napajalno napetostjo prizadevati za zmanjšanje števila amperskih ovojev. Recimo, da moramo določiti amperske tokove in močnostni tok zaprtega jeklenega magnetnega kroga, prikazanega na spodnji sliki a, ki je izdelan iz jekla slabe kakovosti.

Za navijanje tuljav z najmanjšim številom ovojev bomo za poenostavljene izračune predpostavili vrednost magnetne indukcije 10.000 silnic na 1 cm 2 z dvema amperskima obratoma na centimeter dolžine. V tem radijskem amaterskem primeru se lahko izračun izvede na naslednji način. Torej, z dolžino magnetnega kroga L =L1+L2 enako 20 cm + 10 cm = 30 cm, bo potrebnih 2 × 30 = 60 amperskih ovojev.

Če premer jedra D(Slika c) je 2 cm, potem je njegova ploščina: S = 3,14xD2/4 = 3,14 cm 2, od tod

Ф = B × S = 10000 × 3,14 = 31400 daljnovodov

Možno je približno določiti dvižno silo elektromagneta p:

P = B2 × S/25 × 1000000 = 12,4 kg.

Pri dvopolnem magnetu je treba dobljeni rezultat podvojiti. Pri izračunu dvižne sile magneta je treba upoštevati, da ni odvisna le od dolžine magnetnega kroga, temveč tudi od kontaktne površine armature in jedra. Zato se mora sidro dobro prilegati polovnim kosom EM, sicer bo prišlo do močnega zmanjšanja dviga. Nato lahko izračunate elektromagnetno tuljavo. V primeru dvopolnega magneta daje dvižna sila 25 kg 60 amperskih ovojev, to je N×J = 60 amperskih ovojev.

Seveda lahko nastavite drugo razmerje, na primer 2 A in 30 ovojev, ali pa povečate število obratov tuljave na 0,25 A in 240 obratov. Vendar spreminjanje nazivnega toka v širokem razponu v praksi ni vedno mogoče, saj je morda potreben zelo velik premer uporabljene žice. V našem primeru mora imeti bakrena žica naslednji presek: za tok 2A - 0,4 mm 2 in za tok 0,25 A - 0,05 mm 2 bo premer žice 0,7 mm in 0,2 mm, oz. Katera od teh žic je boljša za navijanje?Če poznate premer žice in njeno dolžino, lahko zlahka najdete upor. Dolžina žice L se izračuna kot produkt skupnega števila zavojev in dolžine enega od njih (povprečje): L = N × L1 kjer je L1 dolžina enega zavoja, enaka 3,14 × D. V našem primeru je D = 6,3 cm, zato bo za prvo tuljavo dolžina bakrene žice 190 cm, upornost navitja DC pa približno. 0,1 Ohma, za drugo pa 512 cm, z uporom 8,7 Ohma. Če poznamo Ohmov zakon, je enostavno najti želeno napetost. Torej, za ustvarjanje toka v navitjih z nazivno vrednostjo 2 A bo potrebna napetost 0,2 V, za tok 0,25 A - 2,2 V.

Elektromagnet je magnet, ki deluje (ustvari magnetno polje) le, ko skozi tuljavo teče električni tok. Če želite narediti močan elektromagnet, morate vzeti magnetno jedro in ga oviti z bakreno žico ter preprosto prenesti tok skozi to žico. Magnetno jedro se bo začelo magnetizirati s tuljavo in začelo privlačiti železne predmete. Če želite močan magnet, povečajte napetost in tok, eksperimentirajte. Da vam ne bo treba sami sestavljati magneta, lahko preprosto odstranite tuljavo iz magnetnega zaganjalnika (na voljo so v različnih tipih, 220V/380V). To tuljavo vzameš ven in notri vstaviš kos poljubnega železa (na primer navaden debel žebelj) in ga vključiš v omrežje. To bo res dober magnet. In če nimate možnosti, da bi dobili tuljavo iz magnetnega zaganjalnika, potem bomo zdaj pogledali, kako sami narediti elektromagnet.

Za sestavljanje elektromagneta boste potrebovali žico, vir enosmernega toka in jedro. Zdaj vzamemo naše jedro in okoli njega navijemo bakreno žico (bolje je obrniti en obrat naenkrat, ne na veliko - učinkovitost se bo povečala). Če želimo narediti močan elektromagnet, potem ga navijemo v več plasteh, t.j. Ko navijete prvo plast, pojdite na drugo plast in nato navijte tretjo plast. Pri navijanju ne pozabite, da ima tisto, kar navijate, ta tuljava reaktanco, in ko teče skozi to tuljavo, bo tekel manjši tok z večjo reaktanco. Upoštevajte pa tudi, da potrebujemo pomemben tok, saj bomo tok uporabljali za magnetizacijo jedra, ki služi kot elektromagnet. Toda velik tok bo močno segrel tuljavo, skozi katero teče tok, zato povežite te tri koncepte: upor tuljave, tok in temperaturo.

V redu, tuljava je bila navita in jedro je bilo vstavljeno notri, zdaj lahko začnete z napetostjo na tuljavo. Priključite napetost in jo začnite povečevati (če imate napajalnik z regulacijo napetosti, potem postopoma povečujte napetost). Hkrati pazimo, da se naša tuljava ne segreje. Napetost izberemo tako, da je med delovanjem tuljava rahlo topla ali samo topla - to bo nazivni način delovanja, nazivni tok in napetost pa lahko ugotovite tudi z meritvijo na tuljavi in ​​ugotovite porabo energije elektromagneta z množenjem toka in napetosti.

Če boste vklopili elektromagnet iz 220-voltne vtičnice, najprej izmerite upor tuljave. Ko skozi tuljavo teče tok 1 ampera, mora biti upor tuljave 220 ohmov. Če 2 ampera, potem 110 ohmov. Tako izračunamo TOK = napetost/upor = 220/110 = 2 A.

To je to, vklopite napravo. Poskusite držati žebelj ali sponko za papir - moralo bi pritegniti. Če se slabo privlači ali drži zelo slabo, potem navijte pet plasti bakrene žice: magnetno polje se bo povečalo in upor se bo povečal, in če se upor poveča, se bodo nominalni podatki elektromagneta spremenili in bo potrebno da ga znova konfigurirate.

Če želite povečati moč magneta, potem vzemite jedro v obliki podkve in navijte žico na obeh straneh, tako da dobite podkvasto vabo, sestavljeno iz jedra in dveh tuljav. Magnetni polji obeh tuljav se bosta sešteli, kar pomeni, da bo magnet deloval 2-krat močneje. Veliko vlogo igra premer in sestava jedra. Z majhnim prerezom bomo dobili šibek elektromagnet, tudi če damo visoko napetost, če pa povečamo prerez srca, potem bomo dobili ne slab elektromagnet. Da, če je jedro izdelano tudi iz zlitine železa in kobalta (za to zlitino je značilna dobra magnetna prevodnost), se bo prevodnost povečala in zaradi tega bo jedro bolje magnetizirano s poljem tuljave.

Ko sem nekega dne spet listal po knjigi, ki sem jo našel pri smetnjaku, sem opazil preprost, približen izračun elektromagnetov. Naslovna stran knjige je prikazana na sliki 1.

Na splošno je njihov izračun zapleten proces, vendar je za radioamaterje izračun v tej knjigi povsem primeren. Elektromagneti se uporabljajo v številnih električnih napravah. Gre za navitje žice, navite na železno jedro, katerega oblika je lahko različna. Železno jedro je en del magnetnega kroga, drugi del, s pomočjo katerega se sklene pot magnetnih silnic, pa je kotva. Za magnetno vezje je značilna velikost magnetne indukcije - B, ki je odvisna od poljske jakosti in magnetne prepustnosti materiala. Zato so jedra elektromagnetov izdelana iz železa, ki ima visoko magnetno prepustnost. Po drugi strani pa je tok moči, označen s črko F, ​​odvisen od magnetne indukcije F = B S - magnetne indukcije - B, pomnožene s površino prečnega prereza magnetnega vezja - S. Pretok moči je odvisen tudi. na tako imenovani magnetomotorni sili (Em), ki je določena s številom amperskih ovojev na 1 cm dolžine poti daljnovodov in jo lahko izrazimo s formulo:
Ф = magnetna sila (Em) magnetni upor (Rm)
Tu je Em = 1,3 I N, kjer je N število ovojev tuljave, I pa jakost toka, ki teče skozi tuljavo v amperih. Druga komponenta:
Rм = L/M S, kjer je L povprečna dolžina poti magnetnih daljnovodov, M je magnetna prepustnost in S je presek magnetnega kroga. Pri načrtovanju elektromagnetov je zelo zaželeno pridobiti velik pretok moči. To je mogoče doseči z zmanjšanjem magnetnega upora. Če želite to narediti, morate izbrati magnetno jedro z najkrajšo dolžino poti daljnovodov in največjim presekom, material pa naj bo železo z visoko magnetno prepustnostjo. Drug način povečanja pretoka moči s povečanjem amperskih ovojev ni sprejemljiv, saj je treba za varčevanje z žico in močjo prizadevati za zmanjšanje amperskih ovojev. Običajno se izračuni elektromagnetov izvajajo po posebnih urnikih. Za poenostavitev izračunov bomo uporabili tudi nekaj zaključkov iz grafov. Recimo, da morate določiti amperske tokove in tok moči zaprtega železnega magnetnega kroga, prikazanega na sliki 1a in izdelanega iz železa najnižje kakovosti.

Če pogledamo graf (žal ga nisem našel v prilogi) magnetizacije železa, lahko ugotovimo, da je najugodnejša magnetna indukcija v območju od 10.000 do 14.000 silnic na 1 cm2, kar ustreza od 2 do 7 amperskih ovojev na 1 cm. Za navijanje tuljav z najmanjšim številom ovojev in bolj ekonomično glede napajanja je za izračun potrebno vzeti točno to vrednost (10.000 električnih vodov na 1 cm2 pri 2 amperih). obratov na 1 cm dolžine). V tem primeru se lahko izračun izvede na naslednji način. Torej, z dolžino magnetnega kroga L = L1 + L2, ki je enaka 20 cm + 10 cm = 30 cm, bo potrebnih 2 × 30 = 60 amperskih ovojev.
Če vzamemo premer D jedra (slika 1, c) enak 2 cm, bo njegova površina enaka: S = 3,14xD2/4 = 3,14 cm2. Tu bo vzbujeni magnetni tok enak: Ф = B x S = 10000 x 3,14 = 31400 silnic. Dvižno silo elektromagneta (P) lahko tudi približno izračunamo. P = B2 S/25 1000000 = 12,4 kg. Za dvopolni magnet je treba ta rezultat podvojiti. Zato je P = 24,8 kg = 25 kg. Pri določanju dvižne sile je treba upoštevati, da ni odvisna samo od dolžine magnetnega kroga, temveč tudi od območja stika med armaturo in jedrom. Zato se mora armatura natančno prilegati polnim kosom, sicer bodo že najmanjše zračne reže povzročile močno zmanjšanje vzgona. Nato se izračuna elektromagnetna tuljava. V našem primeru je dvižna sila 25 kg zagotovljena s 60 amperskimi obrati. Razmislimo, s čim lahko dobimo produkt N J = 60 amperskih ovojev.
Očitno je to mogoče doseči z uporabo velikega toka z majhnim številom ovojev tuljave, na primer 2 A in 30 ovojev, ali s povečanjem števila ovojev tuljave ob zmanjšanju toka, na primer 0,25 A in 240 ovojev. Tako, da ima elektromagnet dvižno silo 25 kg, lahko na njegovo jedro navijemo 30 zavojev in 240 zavojev, hkrati pa spremenimo vrednost napajalnega toka. Seveda lahko izberete drugačno razmerje. Vendar spreminjanje trenutne vrednosti v velikih mejah ni vedno mogoče, saj bo nujno zahtevalo spremembo premera uporabljene žice. Tako lahko med kratkotrajnim delovanjem (nekaj minut) za žice s premerom do 1 mm dopustno gostoto toka, pri kateri se žica ne pregreje, vzamemo za 5 a / mm2. V našem primeru mora imeti žica naslednji prerez: za tok 2 a - 0,4 mm2 in za tok 0,25 a - 0,05 mm2 bo premer žice 0,7 mm oziroma 0,2 mm. Katero od teh žic je treba naviti? Na eni strani lahko izbiro premera žice določa razpoložljiv izbor žice, na drugi strani pa zmogljivosti virov energije, tako glede toka kot napetosti. Dejansko bosta dve tuljavi, od katerih je ena izdelana iz debele žice 0,7 mm in z majhnim številom ovojev - 30, druga pa je izdelana iz žice 0,2 mm in številom ovojev 240, močno drugačna. odpornost. Če poznate premer žice in njeno dolžino, lahko enostavno določite upor. Dolžina žice L je enaka zmnožku skupnega števila ovojev in dolžine enega od njih (povprečje): L = N x L1, kjer je L1 dolžina enega obrata, enaka 3,14 x D. V našem na primer, D = 2 cm in L1 = 6, 3 cm. Zato bo za prvo tuljavo dolžina žice 30 x 6,3 = 190 cm, odpornost navitja na enosmerni tok pa bo približno enaka? 0,1 Ohm, in za drugo - 240 x 6,3 = 1.512 cm, R? 8,7 ohmov. Z uporabo Ohmovega zakona je enostavno izračunati potrebno napetost. Torej, za ustvarjanje toka 2A v navitjih je potrebna napetost 0,2V, za tok 0,25A pa 2,2V.
To je osnovni izračun elektromagnetov. Pri načrtovanju elektromagnetov je potrebno ne le opraviti navedene izračune, ampak tudi znati izbrati material za jedro, njegovo obliko in razmišljati o proizvodni tehnologiji. Zadovoljivi materiali za izdelavo jeder vrčkov so palično železo (okroglo in tračno) in razno. izdelki iz železa: sorniki, žica, žeblji, vijaki itd. Da bi se izognili velikim izgubam pri Foucaultovih tokovih, morajo biti jedra za naprave z izmeničnim tokom sestavljena iz tankih pločevin železa ali žice, ki so med seboj izolirane. Da bi bilo železo "mehko", ga je treba žariti. Zelo pomembna je tudi pravilna izbira oblike jedra. Najbolj racionalni med njimi so obroči in U-oblike. Nekatera pogosta jedra so prikazana na sliki 1.

Kot rezultat izračuna magnetnega vezja se določi zahtevana MMF navitja. Navitje mora biti zasnovano tako, da po eni strani zagotavlja potrebno MMF, po drugi strani pa tako, da njegova najvišja temperatura ne presega tiste, ki je dovoljena za uporabljeni izolacijski razred.

Glede na način povezave ločimo napetostna navitja in tokovna navitja. V prvem primeru je napetost, ki se uporablja za navitje, konstantna v svoji efektivni vrednosti, v drugem — upor navitja elektromagneta je veliko manjši od upora preostalega tokokroga, kar določa konstantno vrednost toka.

IzračunNavitja enosmernega elektromagneta.

Na sl. Slika 4.8 prikazuje magnetno vezje in tuljavo elektromagneta. Navijanje 1 tuljave so izdelane z izolirano žico, ki je navita na okvir 2.

Koluti so lahko tudi brez okvirja. V tem primeru so zavoji navitja pritrjeni z izolacijskim trakom ali ploščami ali lončeno maso.

Za izračun napetostnega navitja je treba določiti napetost in MDS. Prerez žice za navijanje na podlagi zahtevanega MDS ugotovimo:

, (4.13)

od koder , (4.14)

Kje — upornost; — povprečna dolžina tuljave (slika 4.8); — upor navitja enak .

Iz (4.13) sledi, da je pri konstantni povprečni dolžini tuljave in dani MMF določena z zmnožkom .

Če je pri konstantni napetosti in povprečni dolžini zavoja potrebno povečati MMF, je treba vzeti žico večjega prereza. V tem primeru bo navitje imelo manj obratov. Tok v navitju se bo povečal, saj se bo njegova upornost zmanjšala zaradi zmanjšanja števila obratov in povečanja prereza žice.

Na podlagi ugotovljenega preseka se s pomočjo dimenzionirnih tabel najde najbližji standardni premer žice.

Moč, sproščena v navitju v obliki toplote, se določi na naslednji način: .

Število ovojev navitja za dani prečni prerez tuljave je določeno s faktorjem polnjenja z bakrom, kjer je površina, ki jo zaseda baker navitja; – prerez navitja za baker. Število obratov. Potem je moč, ki jo porabi navitje, določena z izrazom

.

Za izračun trenutnega navitja sta začetna parametra MMF in tok vezja. Število ovojev navitja najdemo iz izraza. Prerez žice lahko izberete glede na priporočeno gostoto toka, ki je enak 2...4 A/mm 2 za dolgotrajno, 5...12 A/mm 2 za občasno, 13...30 A/ mm 2 za kratkotrajne načine delovanja. Te vrednosti se lahko povečajo za približno 2-krat, če življenjska doba navitja in elektromagneta ne presega 500 ur. Površina okna, ki ga zaseda navadno navitje, je določena s številom ovojev in premerom. žica

.

Poznavanje , lahko določite povprečno dolžino zavoja, odpornost navijanja in izgube v njem. Po tem je mogoče oceniti ogrevanje navitja.

IzračunAC elektromagnetna navitja.

Začetni podatki za izračun napetostnega navitja so amplitude MMF, magnetni pretok in omrežna napetost. Omrežna napetost je uravnotežena z aktivnimi in jalovimi padci napetosti

kjer in so efektivne vrednosti napetosti oziroma toka.

Ker je tok in upor mogoče izračunati šele po določitvi števila obratov, formula (4.15) ne omogoča takojšnjega iskanja vseh parametrov navitja. Problem je rešen z metodo zaporednih približkov.

Ker je aktivni padec napetosti bistveno manjši od jalovega, na začetku izračuna vzamemo .

Nato število obratov navitja .

Če se po zamenjavi dobljenih podatkov v (4.15) leva stran od desne razlikuje za več kot 10 %, je potrebno spreminjati število obratov, dokler ne dosežemo zadovoljivega ujemanja.

Po izračunu se navitje preveri za ogrevanje. Izračun se izvede na enak način kot pri enosmernih navitjih.

Posebnost je segrevanje magnetnega kroga zaradi izgub zaradi vrtinčnih tokov in histereze. Odvajanje toplote, ki nastane v navitju, je težko; točka z največjo temperaturo leži na notranjem polmeru navitja. Za izboljšanje hlajenja se nagibajo k povečanju površine koncev tuljave, hkrati pa zmanjšajo njeno dolžino.