Здравствуйте, уважаемые подписчики!

Cегодня в выпуске:

1. Пример простейшего расчёта электромагнита

2. Про электромагниты в "Школе для электрика"

3. Электромагниты в книге рекордов Гинесса

4. Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

Пример простейшего расчёта электромагнита

Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной.

Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь.

Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью.

В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф.

Ф = B х S = магнитная индукция х площадь поперечного сечения магнитопровода.

При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью.

Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков.

Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см² при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода l = l1 + l2, равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2x30=60 ампервитков.

Если диаметр сердечника примем равным 2 см, то его площадь будет равна S = (3,14 х d²) / 4 = 3,14 см2. Отсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S = 10000 х 3,14 = 31400 силовых линий.

Можно приблизительно вычислить подъемную силу электромагнита (P).

P = B² х S / (25 х 1000000) = 12,4 кг.

Для двухполюсного магнита этот, результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг, или приблизительно 25 кг.

При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N х J - 60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 А и 240 витков.

Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A - 0,4 мм², а для тока в 0,25A - 0,05 мм².

Каким же из этих проводов следует производить обмотку?

С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=N x lt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x d.

В нашем примере d = 2 см, и lt 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1512 см. Сопротивления обмоток будут также различными.

Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат. Для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 А нужное напряжение для питания катушки составит 1,3 - 1,4 В, то есть как раз напряжение одного элемента.

Таков элементарный расчет электромагнитов.  

Источник: Техническое творчество. Издательство ЦК ВЛКСМ “Молодая гвардия”. М., 1955 г.

Саму книгу в формате DjVu Вы можете скачать по этой ссылке: http://narod.ru/disk/21046539000/creation.zip.html (30 мб)

Про электромагниты в "Школе для электрика"

Электромагниты

Электромагнит создает магнитное поле с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Для того чтобы усилить это поле и направить магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали. Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах - электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. ... Читать далее >>

Параметры и характеристики электромагнитов

Наиболее общими являются динамические характеристики, которые учитывают изменения н. с. электромагнита в процессе его срабатывания за счет действия ЭДС самоиндукции и движения, а также учитывают трение, демпфирование и инерцию подвижных частей.

Для некоторых типов электромагнитов (быстродействующие электромагниты, электромагнитные вибраторы и т. п.) знание динамических характеристик является обязательным, так как только они характеризуют рабочий процесс таких электромагнитов. Однако получение динамических характеристик сопряжено с большой вычислительной работой. Поэтому во многих случаях, особенно когда не требуется точного определения времени движения, ограничиваются рассмотрением статических характеристик. ... Читать далее >>

Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока

Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами постоянного тока. Такое сравнение даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей электромагнитов.

При заданной площади сечения полюсов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя величина силы тяги в электромагните переменного тока будет вдвое меньше силы в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазной, так и к многофазным системам. Иными словами, использование стали в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните постоянного тока ... Читать далее >>

Как правильно выбрать электромагнит

В качестве исполнительных механизмов широко применяются электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа. Их называют соленоидными. В зависимости от конструктивного исполнения, типа и условий применения выходной координатой соленоидных исполнительных механизмов могут быть: для исполнительных механизмов с прямолинейным движением рабочего органа – перемещение, скорость и усилие ... Читать далее >>

Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнитов и электромагнитных механизмов

Для электромагнитов, время срабатывания которых должно отличаться от нормального (0,05 - 0,15 с.) в ту или иную сторону, необходимы специальные меры для обеспечения временных параметров. Эти меры могут быть направлены либо на изменение конструкции и параметров электромагнита, либо на применение схемных способов изменения времени срабатывания. В связи с этим эти методы и получили название - конструктивные или схемные методы ... Читать далее >>

Грузоподъемные электромагниты: устройство, схема включения

Использование грузоподъемных электромагнитов позволяет сократить длительность операций зацепления и снятия ферромагнитных материалов при транспортировке.

Грузоподъемные круглые электромагниты типа М-22, М-42, М-62 советского производства (ранние аналоги - М-41, М-61 или поздние аналоги - М-23, М-43, М-63) предназначены для захвата и перемещения крановыми механизмами скрапа, металлолома, блюмса, поковок, пакетированного лома, рулонного проката. Но с успехом используются при переносе листового проката, длиномерного и при работе на траверсе ... Читать далее >>

Наладка электромагнитов и электромагнитных муфт

Обычно наладку электромагнитов выполняют в следующем объеме: внешний осмотр, измерение сопротивления катушки постоянному току, измерение сопротивлений изоляции катушки и листов магнитопровода, снятие механической характеристики и регулировка на месте установки.

При внешнем осмотре проверяют состояние магнитной системы, катушки и ее выводов, нет ли короткозамкнутого витка (у электромагнитов переменного тока) ... Читать далее >>

Электромагниты в книге рекордов Гинесса

Самый тяжёлый магнит

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская обл.

Самый большой электромагнит

Крупнейший в мире электромагнит является частью детектора L3, используемого в экспериментах на большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) Европейского совета ядерных исследований, Швейцария.

Электромагнит 8-угольной формы состоит из ярма, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Элементы ярма, весом до 30 т каждый, были изготовлены в СССР. Катушка, сделанная в Швейцарии, состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на 8-угольной раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по алюминиевой катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов.

Габариты электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

Электротехнические рекорды из книги Гиннеса

Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.

Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это устройство создал Вильям Стерджен.

Он родился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни малейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителем петушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот, по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как только представился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время девятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он много читал, ставил физические и химические опыты.

Однажды, когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган, сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно сильное впечатление и привлек его внимание к электричеству.

Он стал читать книги по естествознанию, однако вскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает. Тогда он решил начать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант той же части снабжал его книгами, которые Вильям, освободившись от вахты, читал по ночам. Вскоре он перешел к математике, мертвым и новым языкам, оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было ремонтировать часы и чертить.

После освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических ... Читать далее >>

Полезные ссылки: