Οι ηλεκτρομαγνήτες και οι εφαρμογές τους

Ένας ηλεκτρομαγνήτης δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας ένα πηνίο που ρέει με ηλεκτρικό ρεύμα. Για να ενισχύσουν αυτό το πεδίο και να κατευθύνουν τη μαγνητική ροή κατά μήκος μιας συγκεκριμένης διαδρομής, οι περισσότεροι ηλεκτρομαγνήτες έχουν ένα μαγνητικό κύκλωμα κατασκευασμένο από ήπιο μαγνητικό χάλυβα.

Εφαρμογή ηλεκτρομαγνητών

Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν γίνει τόσο διαδεδομένοι που είναι δύσκολο να ονομάσουμε έναν τομέα της τεχνολογίας όπου χρησιμοποιούνται με τη μια ή την άλλη μορφή. Βρίσκονται σε πολλές οικιακές συσκευές - ηλεκτρικές ξυριστικές μηχανές, μαγνητόφωνα, τηλεοράσεις κ.λπ. Οι συσκευές τεχνολογίας επικοινωνιών —τηλεφωνία, τηλεγραφία και ραδιόφωνο— είναι αδιανόητες χωρίς τη χρήση τους.

Οι ηλεκτρομαγνήτες αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των ηλεκτρικών μηχανών, πολλών συσκευών βιομηχανικού αυτοματισμού, εξοπλισμού ελέγχου και προστασίας για διάφορες ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Ένα αναπτυσσόμενο πεδίο εφαρμογής των ηλεκτρομαγνητών είναι ο ιατρικός εξοπλισμός. Τέλος, γιγάντιοι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται για την επιτάχυνση στοιχειωδών σωματιδίων στα συχροφασοτρόνια.

Το βάρος των ηλεκτρομαγνητών ποικίλλει από κλάσματα του γραμμαρίου έως εκατοντάδες τόνους και η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται κατά τη λειτουργία τους ποικίλλει από milliwatts έως δεκάδες χιλιάδες κιλοβάτ.

Ένα ιδιαίτερο πεδίο εφαρμογής των ηλεκτρομαγνητών είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί μηχανισμοί. Σε αυτούς, οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται ως κινητήρια δύναμη για την εκτέλεση της απαραίτητης μεταφορικής κίνησης του στοιχείου εργασίας, είτε για να το περιστρέψουν σε περιορισμένη γωνία είτε για να δημιουργήσουν μια δύναμη συγκράτησης.

Ένα παράδειγμα τέτοιων ηλεκτρομαγνητών είναι οι ηλεκτρομαγνήτες έλξης, σχεδιασμένοι για να εκτελούν ορισμένες εργασίες κατά τη μετακίνηση ορισμένων σωμάτων εργασίας. ηλεκτρομαγνητικές κλειδαριές? ηλεκτρομαγνητικοί συμπλέκτες και φρένα και ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες φρένων. ηλεκτρομαγνήτες που ενεργοποιούν συσκευές επαφής σε ρελέ, επαφές, εκκινητές, διακόπτες κυκλώματος. ηλεκτρομαγνήτες ανύψωσης, δονούμενοι ηλεκτρομαγνήτες κ.λπ.

Σε ορισμένες συσκευές, μαζί με ηλεκτρομαγνήτες ή αντί για αυτούς, χρησιμοποιούνται μόνιμοι μαγνήτες (για παράδειγμα, μαγνητικές πλάκες μηχανών κοπής μετάλλων, φρένα, μαγνητικές κλειδαριές κ.λπ.).

Ταξινόμηση ηλεκτρομαγνητών

Οι ηλεκτρομαγνήτες είναι πολύ διαφορετικοί στο σχεδιασμό, οι οποίοι διαφέρουν ως προς τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους τους, επομένως η ταξινόμηση διευκολύνει τη μελέτη των διεργασιών που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία τους.

Ανάλογα με τη μέθοδο δημιουργίας μιας μαγνητικής ροής και τη φύση της ενεργού μαγνητιστικής δύναμης, οι ηλεκτρομαγνήτες χωρίζονται σε τρεις ομάδες: ουδέτεροι ηλεκτρομαγνήτες με συνεχές ρεύμα, πολωμένοι ηλεκτρομαγνήτες με συνεχές ρεύμα και ηλεκτρομαγνήτες με εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ουδέτεροι ηλεκτρομαγνήτες

Στους ουδέτερους ηλεκτρομαγνήτες συνεχούς ρεύματος, δημιουργείται μια λειτουργική μαγνητική ροή μέσω ενός μόνιμου πηνίου.Η δράση του ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται μόνο από το μέγεθος αυτής της ροής και δεν εξαρτάται από την κατεύθυνσή της και επομένως από την κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη. Ελλείψει ρεύματος, η μαγνητική ροή και η δύναμη έλξης που ασκεί ο οπλισμός είναι πρακτικά μηδενικές.

Πολωμένοι ηλεκτρομαγνήτες

Οι πολωμένοι ηλεκτρομαγνήτες συνεχούς ρεύματος χαρακτηρίζονται από την παρουσία δύο ανεξάρτητων μαγνητικών ροών: (πολωτική και λειτουργική. Η πολωτική μαγνητική ροή στις περισσότερες περιπτώσεις δημιουργείται με τη βοήθεια μόνιμων μαγνητών. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνήτες για το σκοπό αυτό. Η ροή εργασίας εμφανίζεται υπό τη δράση της δύναμης μαγνήτισης της εργασίας ή του πηνίου ελέγχου. Εάν δεν υπάρχει ρεύμα σε αυτά, η ελκτική δύναμη που δημιουργείται από την πολωτική μαγνητική ροή δρα στον οπλισμό. Η δράση ενός πολωμένου ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται τόσο από το μέγεθος όσο και από την κατεύθυνση του ροή εργασίας, δηλαδή η κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο εργασίας.

Ηλεκτρομαγνήτες AC

Στους ηλεκτρομαγνήτες εναλλασσόμενου ρεύματος, το πηνίο ενεργοποιείται από μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Η μαγνητική ροή που δημιουργείται από το πηνίο μέσα από το οποίο περνά το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει περιοδικά σε μέγεθος και κατεύθυνση (εναλλασσόμενη μαγνητική ροή), ως αποτέλεσμα της οποίας η ηλεκτρομαγνητική δύναμη έλξης παλμού από το μηδέν στο μέγιστο με συχνότητα διπλάσια της συχνότητας παροχής ρεύμα.

Ωστόσο, για τους ηλεκτρομαγνήτες έλξης, η μείωση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο είναι απαράδεκτη, καθώς αυτό οδηγεί σε δονήσεις του οπλισμού και σε ορισμένες περιπτώσεις σε άμεση διακοπή της κανονικής λειτουργίας.Επομένως, σε ηλεκτρομαγνήτες έλξης που λειτουργούν με εναλλασσόμενη μαγνητική ροή, είναι απαραίτητο να καταφύγουμε σε μέτρα για τη μείωση του βάθους του κυματισμού δύναμης (για παράδειγμα, να χρησιμοποιήσετε ένα πηνίο θωράκισης που καλύπτει μέρος του ηλεκτρομαγνητικού πόλου).

Εκτός από τις παρατιθέμενες ποικιλίες, σήμερα είναι ευρέως διαδεδομένοι οι ηλεκτρομαγνήτες διόρθωσης ρεύματος, οι οποίοι μπορούν να αποδοθούν σε ηλεκτρομαγνήτες εναλλασσόμενου ρεύματος ως προς την ισχύ και είναι κοντά στους ηλεκτρομαγνήτες συνεχούς ρεύματος ως προς τα χαρακτηριστικά τους. Γιατί υπάρχουν ακόμα κάποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της δουλειάς τους.

Ανάλογα με τον τρόπο ενεργοποίησης της περιέλιξης, γίνεται διάκριση μεταξύ ηλεκτρομαγνητών με σειρές και παράλληλες περιελίξεις.

Οι περιελίξεις σειράς που λειτουργούν με δεδομένο ρεύμα γίνονται με μικρό αριθμό στροφών σε μεγάλο τμήμα. Το ρεύμα που διέρχεται από ένα τέτοιο πηνίο πρακτικά δεν εξαρτάται από τις παραμέτρους του, αλλά καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά των καταναλωτών που συνδέονται σε σειρά με το πηνίο.

Οι παράλληλες περιελίξεις που λειτουργούν σε μια δεδομένη τάση έχουν, κατά κανόνα, πολύ μεγάλο αριθμό στροφών και είναι κατασκευασμένες από σύρμα μικρής διατομής.

Από τη φύση του πηνίου, οι ηλεκτρομαγνήτες χωρίζονται σε αυτούς που λειτουργούν σε μακροπρόθεσμους, περιοδικούς και βραχυπρόθεσμους τρόπους.

Όσον αφορά την ταχύτητα δράσης, οι ηλεκτρομαγνήτες μπορεί να είναι κανονικής ταχύτητας δράσης, ταχείας δράσης και βραδείας δράσης. Η διαίρεση αυτή είναι κάπως αυθαίρετη και κυρίως δείχνει αν έχουν ληφθεί ειδικά μέτρα για την επίτευξη της απαιτούμενης ταχύτητας δράσης.

Όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά αφήνουν το στίγμα τους στα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρομαγνητών.

Ανυψωτικοί ηλεκτρομαγνήτες

Ηλεκτρομαγνητική συσκευή

Ταυτόχρονα, με όλη την ποικιλία των ηλεκτρομαγνητών που συναντάμε στην πράξη, αποτελούνται από τα κύρια μέρη με τον ίδιο σκοπό. Περιλαμβάνουν ένα πηνίο με ένα μαγνητικό πηνίο που βρίσκεται πάνω του (μπορεί να υπάρχουν πολλά πηνία και πολλά πηνία), ένα σταθερό μέρος ενός μαγνητικού κυκλώματος από σιδηρομαγνητικό υλικό (ζυγός και πυρήνας) και ένα κινητό μέρος ενός μαγνητικού κυκλώματος (οπλισμός). Σε ορισμένες περιπτώσεις, το ακίνητο τμήμα του μαγνητικού κυκλώματος αποτελείται από πολλά μέρη (βάση, περίβλημα, φλάντζες κ.λπ.). ένα)

Ο οπλισμός διαχωρίζεται από το υπόλοιπο μαγνητικό κύκλωμα με διάκενα αέρα και αποτελεί μέρος του ηλεκτρομαγνήτη, ο οποίος, αντιλαμβανόμενος την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, τον μεταφέρει στα αντίστοιχα μέρη του ενεργοποιούμενου μηχανισμού.

Ο αριθμός και το σχήμα των διακένων αέρα που χωρίζουν το κινούμενο τμήμα του μαγνητικού κυκλώματος από το ακίνητο εξαρτώνται από τη σχεδίαση του ηλεκτρομαγνήτη. Τα κενά αέρα όπου δεν υπάρχει δύναμη προς την κατεύθυνση της πιθανής κίνησης της άγκυρας είναι παρασιτικά.

Οι επιφάνειες του κινούμενου ή ακίνητου τμήματος του μαγνητικού κυκλώματος που περιορίζουν το διάκενο εργασίας ονομάζονται πόλοι.

Ανάλογα με τη θέση του οπλισμού σε σχέση με τον υπόλοιπο ηλεκτρομαγνήτη, γίνεται διάκριση μεταξύ ηλεκτρομαγνητών εξωτερικού ελκυστικού οπλισμού, ηλεκτρομαγνήτες ανασυρόμενου οπλισμού και ηλεκτρομαγνήτες εξωτερικού εγκάρσια κινούμενου οπλισμού.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των ηλεκτρομαγνητών με εξωτερικό ελκυστικό οπλισμό είναι η εξωτερική θέση του οπλισμού σε σχέση με το πηνίο. Αυτό επηρεάζεται κυρίως από τη ροή εργασίας που περνά από τον οπλισμό στην ακραία πλευρά του πυρήνα.Η κίνηση του οπλισμού μπορεί να είναι περιστροφική (για παράδειγμα, ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα) ή μεταφορική. Τα ρεύματα διαρροής (κλείνοντας εκτός από το διάκενο εργασίας) σε τέτοιους ηλεκτρομαγνήτες πρακτικά δεν δημιουργούν δυνάμεις έλξης και επομένως τείνουν να μειώνονται. Οι ηλεκτρομαγνήτες αυτής της ομάδας μπορούν να αναπτύξουν αρκετά μεγάλη δύναμη, αλλά συνήθως χρησιμοποιούνται με σχετικά μικρές κινήσεις οπλισμού.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των ανασυρόμενων ηλεκτρομαγνητών οπλισμού είναι η μερική τοποθέτηση του οπλισμού στην αρχική του θέση μέσα στο πηνίο και η περαιτέρω κίνησή του στο πηνίο κατά τη λειτουργία. Οι ροές διαρροής από τέτοιους ηλεκτρομαγνήτες, ειδικά με μεγάλα κενά αέρα, δημιουργούν μια ορισμένη δύναμη έλξης, με αποτέλεσμα να είναι χρήσιμα, ειδικά για σχετικά μεγάλες διαδρομές οπλισμού. Τέτοιοι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να κατασκευαστούν με ή χωρίς αναστολέα και το σχήμα των επιφανειών που σχηματίζουν το διάκενο εργασίας μπορεί να είναι διαφορετικό ανάλογα με το χαρακτηριστικό έλξης που πρέπει να αποκτηθεί.

Οι πιο συνηθισμένοι είναι ηλεκτρομαγνήτες με επίπεδους και κόλουρους κωνικούς πόλους, καθώς και ηλεκτρομαγνήτες χωρίς περιοριστή. Ως οδηγός για τον οπλισμό, χρησιμοποιείται συχνότερα ένας σωλήνας από μη μαγνητικό υλικό, ο οποίος δημιουργεί ένα παρασιτικό κενό μεταξύ του οπλισμού και του άνω, σταθερού τμήματος του μαγνητικού κυκλώματος.

Οι πτυσσόμενες ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες οπλισμού μπορούν να αναπτύξουν δυνάμεις και να έχουν κτυπήματα οπλισμού που ποικίλλουν σε πολύ μεγάλο εύρος, καθιστώντας τα ευρέως χρησιμοποιούμενα.

Οι ηλεκτρομαγνήτες V με έναν εξωτερικό εγκάρσια κινούμενο οπλισμό οπλισμού κινούνται μέσα από τις μαγνητικές γραμμές δύναμης, περιστρέφοντας μια ορισμένη περιορισμένη γωνία.Τέτοιοι ηλεκτρομαγνήτες αναπτύσσουν συνήθως σχετικά μικρές δυνάμεις, αλλά επιτρέπουν, με την κατάλληλη αντιστοίχιση των σχημάτων του πόλου και του οπλισμού, να επιτευχθούν αλλαγές στο χαρακτηριστικό έλξης και υψηλός συντελεστής επιστροφής.

Σε καθεμία από τις τρεις αναφερόμενες ομάδες ηλεκτρομαγνητών, με τη σειρά τους, υπάρχει ένας αριθμός σχεδιαστικών ποικιλιών που σχετίζονται τόσο με τη φύση του ρεύματος που ρέει μέσω του πηνίου όσο και με την ανάγκη εξασφάλισης των καθορισμένων χαρακτηριστικών και παραμέτρων των ηλεκτρομαγνητών.

Διαβάστε επίσης: Σχετικά με το μαγνητικό πεδίο, τις ηλεκτρομαγνήτες και τους ηλεκτρομαγνήτες