في هذا الدرس الفيديوي تحدثت قناة “E+M” عن ماهية المغناطيس الكهربائي. كما أظهر أيضًا كيفية صنعه يدويًا بجهد إمداد يبلغ 12 فولتًا وأجرى سلسلة من التجارب باستخدامه. أظهر كيفية زيادة الكفاءة.

أولا، القليل من نظرية التاريخ. في أوائل القرن التاسع عشر، اكتشف الفيزيائي الدنماركي أورستد العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. التيار الذي يمر عبر موصل يقع بجوار البوصلة يحرف إبرته نحو الموصل. يشير هذا إلى وجود مجال مغناطيسي حول الموصل. كما اتضح أنه إذا قمت بلف موصل في ملف، فإن خصائصه المغناطيسية ستزداد. في ملف من الأسلاك، يتم تشكيل ما يسمى بالملف اللولبي، والخطوط المغناطيسية، كما هو الحال في المغناطيس الدائم.

اعتمادًا على الجانب الذي نحمل فيه الملف إلى البوصلة، سوف ينحرف في اتجاه أو آخر. حيث تشكل قطبان في الملف: الشمال والجنوب. من الممكن تغيير اتجاه التيار الكهربائي عند عكس القطبين. للتجربة قام مؤلف القناة بلف ملفين متطابقين. الملف الأول 260 دورة، المقاومة 7 أوم. 2 هو ضعف ذلك. 520 دورة، المقاومة 15 أوم. سيتم توفير الطاقة من مصدر DC. الجهد 12 فولت. في هذه الحالة، هو مصدر طاقة الكمبيوتر. ستعمل أيضًا بطارية الرصاص الحمضية.

لنبدأ بالتجارب مع الملف الأول الذي يحتوي على 260 دورة. تم ضبط المقياس المتعدد على وضع القياس الحالي. سيُظهر التيار بالأمبير المتدفق عبر الملف. كما ترون المؤشر هو 1.4 أمبير. وهذا يكفي لجذب الأجسام المعدنية الصغيرة. دعونا نجرب كائنًا أكبر. فليكن الروبل الحديدي. لا يمكن للملف التعامل مع هذا الحمل. دعونا نجرب نفس التجربة مع الملف الثاني. التيار هنا هو 0.7 أمبير. هذا أقل مرتين من 1. بنفس الجهد 12 فولت. كما أنها لا تستطيع جذب الروبل. ماذا يمكننا أن نفعل لزيادة الخواص المغناطيسية للملف؟ دعونا نحاول تثبيت نواة الحديد. للقيام بذلك نستخدم الترباس. الآن سوف تكون بمثابة دائرة مغناطيسية. هذا الأخير يعزز مرور التدفق المغناطيسي من خلال نفسه ويزيد من الخصائص المقابلة للملف اللولبي. الآن تحول تصميمنا إلى مغناطيس كهربائي. يمكنه بالفعل التعامل مع الروبل بسهولة. بقي التيار على حاله، 1.4 أمبير.

دعونا نجري المزيد من التجارب ونرى كم من هذه الأشياء يمكن للملف المغناطيسي أن يجذبها.
يسخن المغناطيس الكهربائي، مما يعني زيادة مقاومته. كلما زادت المقاومة، انخفض التيار. كلما قل المجال المغناطيسي الذي يخلقه الملف. دعونا نترك المغناطيس الكهربائي يبرد تمامًا ونكرر التجارب. هذه المرة سيكون الحمل 12 قطعة نقدية. كما ترون، بدأت العملات المعدنية المنخفضة في الانخفاض من تلقاء نفسها مع انخفاض التيار. بغض النظر عن مقدار ما حاول مقدم العرض تجربةه، فقد تمكن من رفع ما لا يزيد عن هذا العبء.

لنقم بنفس التجربة مع الملف الثاني. لديها ضعف عدد المنعطفات. دعونا نرى ما إذا كان أقوى من السابق.
شاهد استمرارية المغناطيس الكهربائي 12 فولت في الفيديو من الدقيقة 6.

حساب المغناطيس الكهربائي المستمر

لقد وجدت المغناطيسات الكهربائية تطبيقًا واسعًا في هندسة الأجهزة كعنصر محرك الجهاز (الموصلات، والمبتدئين، والمرحلات، والآلات الأوتوماتيكية، والمفاتيح) وكجهاز يولد قوى، على سبيل المثال، في القوابض والفرامل.

بالنسبة لتدفق معين، يتناقص الانخفاض في الإمكانات المغناطيسية مع انخفاض المقاومة المغناطيسية. وبما أن المقاومة تتناسب عكسيا مع النفاذية المغناطيسية للمادة، فإنه بالنسبة لتدفق معين، يجب أن تكون النفاذية المغناطيسية عالية قدر الإمكان. هذا يسمح لك بتقليل m.f. اللفات والطاقة اللازمة لتشغيل المغناطيس الكهربائي؛ تم تقليل أبعاد نافذة اللف والمغناطيس الكهربائي بأكمله. انخفاض في m.f.s. مع عدم تغيير المعلمات الأخرى، فإنه يقلل من درجة حرارة الملف.

المعلمة الثانية المهمة للمادة هي تحريض التشبع. القوة التي يولدها المغناطيس الكهربائي تتناسب طرديا مع مربع الحث. ولذلك، كلما زاد التحريض المسموح به، زادت القوة المتكونة لنفس الأبعاد.

بعد إلغاء تنشيط ملف المغناطيس الكهربائي، هناك تدفق متبقي في النظام، والذي يتم تحديده من خلال القوة القسرية للمادة وموصلية فجوة العمل. يمكن أن يتسبب التدفق المتبقي في التصاق عضو الإنتاج. لتجنب هذه الظاهرة، يجب أن تكون المادة ذات إكراه منخفض.

المتطلبات الأساسية هي التكلفة المنخفضة للمادة وقابلية تصنيعها.

إلى جانب الخصائص المشار إليها، يجب أن تكون الخصائص المغناطيسية للمواد مستقرة (لا تتغير بسبب درجة الحرارة والوقت والصدمات الميكانيكية).

نتيجة لحساب الدائرة المغناطيسية، يتم تحديد القوة الدافعة المغناطيسية المطلوبة (MMF) لللف. يجب أن يتم تصميم اللف بطريقة توفر، من ناحية، MMF المطلوبة، ومن ناحية أخرى، بحيث لا تتجاوز درجة الحرارة القصوى المسموح بها لفئة العزل المستخدمة.

اعتمادا على طريقة الاتصال، يتم التمييز بين اللفات الجهد واللفات الحالية. في الحالة الأولى، يكون الجهد المطبق على الملف ثابتًا في قيمته الفعالة، في الحالة الثانية - مقاومة ملف المغناطيس الكهربائي أقل بكثير من مقاومة بقية الدائرة، وهو ما يحدد القيمة الثابتة للتيار.

حساب لف المغناطيس الكهربائي DC.

يوضح الشكل 72 الدائرة المغناطيسية وملف المغناطيس الكهربائي. لف 1 تصنع الملفات من سلك معزول يتم لفه على الإطار 2.

يمكن أيضًا أن تكون البكرات بدون إطار. في هذه الحالة، يتم تثبيت المنعطفات المتعرجة بشريط أو صفائح عازلة أو مركب تأصيص.

لحساب لف الجهد، يجب تحديد الجهد شوحركة الديمقراطيين الاشتراكيين. لف الأسلاك المقطع العرضي سنجد، بناءً على MDS المطلوبة:

أين المقاومة؟

- متوسط ​​طول الملف (الشكل 72)؛

ر- مقاومة اللف تساوي

مع متوسط ​​ثابت لطول الملف وMMF معين، يتم تحديده بواسطة المنتج.

إذا كان من الضروري، عند جهد ثابت ومتوسط ​​طول المنعطف، زيادة MMF، فمن الضروري أن تأخذ سلكًا بمقطع عرضي أكبر. في هذه الحالة، سيكون لللف عدد أقل من المنعطفات. سيزداد التيار في الملف لأن مقاومته ستنخفض بسبب انخفاض عدد اللفات وزيادة المقطع العرضي للسلك.

بناءً على المقطع العرضي الذي تم العثور عليه، باستخدام جداول القياس، تم العثور على أقرب قطر قياسي للسلك.

الشكل 72 - حساب لف المغناطيس الكهربائي

يتم تحديد الطاقة المنطلقة في اللف على شكل حرارة على النحو التالي:

يتم تحديد عدد لفات اللف لمقطع عرضي معين من الملف بواسطة عامل التعبئة النحاسي

أين هي المساحة التي يشغلها النحاس من اللف؟

– لف المقطع العرضي للنحاس.

عدد الدورات

.

ثم يتم تحديد الطاقة التي يستهلكها الملف من خلال التعبير

.

لحساب اللف الحالي، المعلمات الأولية هي MMF وتيار الدائرة. تم العثور على عدد دورات اللف من التعبير. يمكن اختيار المقطع العرضي للسلك على أساس كثافة التيار الموصى بها، تساوي 2...4 أمبير/مم2 للمدى الطويل، 5...12 أمبير/مم2 للمدى المتقطع، 13...30 أمبير/ مم 2 لأوضاع التشغيل قصيرة المدى. يمكن زيادة هذه القيم بمقدار مرتين تقريبًا إذا كانت مدة خدمة الملف والمغناطيس الكهربائي لا تتجاوز 500 ساعة. يتم تحديد مساحة النافذة التي يشغلها ملف عادي بعدد اللفات وقطرها الأسلاك د

المغناطيس الكهربائي هو مغناطيس يعمل (يخلق مجالًا مغناطيسيًا) فقط عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر الملف. لصنع مغناطيس كهربائي قوي، عليك أن تأخذ قلبًا مغناطيسيًا وتغلفه بسلك نحاسي وتمرير التيار عبر هذا السلك. سيبدأ الملف في مغنطة النواة المغناطيسية ويبدأ في جذب الأجسام الحديدية. إذا كنت تريد مغناطيسًا قويًا، قم بزيادة الجهد والتيار، قم بالتجربة. وحتى لا تقلق بشأن تجميع المغناطيس بنفسك، يمكنك ببساطة إزالة الملف من البادئ المغناطيسي (وهي تأتي بأنواع مختلفة، 220 فولت/380 فولت). تقوم بإخراج هذا الملف وإدخال قطعة من أي قطعة حديد بداخله (على سبيل المثال، مسمار سميك عادي) وتوصيلها بالشبكة. سيكون هذا مغناطيسًا جيدًا حقًا. وإذا لم تتاح لك الفرصة للحصول على ملف من مشغل مغناطيسي، فسننظر الآن في كيفية صنع مغناطيس كهربائي بنفسك.

لتجميع مغناطيس كهربائي، ستحتاج إلى سلك ومصدر للتيار المستمر ونواة. الآن نأخذ الأسلاك النحاسية الأساسية والرياح حولها (من الأفضل أن ندير دورة واحدة في كل مرة، وليس بكميات كبيرة - ستزداد الكفاءة). إذا أردنا صنع مغناطيس كهربائي قوي، فإننا نلفه في عدة طبقات، أي. عندما تقوم بجرح الطبقة الأولى، انتقل إلى الطبقة الثانية، ثم قم بلف الطبقة الثالثة. عند اللف، ضع في اعتبارك أن ما تقوم بلفه، هو أن هذا الملف لديه مفاعلة، وعندما يتدفق خلال هذا الملف، سوف يتدفق تيار أقل مع زيادة المفاعلة. لكن ضع في اعتبارك أيضًا أننا بحاجة إلى تيار مهم، لأننا سنستخدم التيار لمغنطة النواة، التي تعمل كمغناطيس كهربائي. لكن التيار الكبير سوف يسخن بشكل كبير الملف الذي يتدفق من خلاله التيار، لذا قم بربط هذه المفاهيم الثلاثة: مقاومة الملف والتيار ودرجة الحرارة.

عند لف السلك، حدد السُمك الأمثل للسلك النحاسي (حوالي 0.5 مم). أو يمكنك التجربة، مع الأخذ في الاعتبار أنه كلما كان المقطع العرضي للسلك أصغر، زادت المفاعلة، وبالتالي سيتدفق تيار أقل. ولكن إذا قمت باللف بسلك سميك (حوالي 1 مم)، فلن يكون الأمر سيئًا، لأنه كلما كان الموصل أكثر سمكًا، كان المجال المغناطيسي حول الموصل أقوى، علاوة على ذلك، سيتدفق تيار أكبر، لأن سيكون التفاعل أقل. سيعتمد التيار أيضًا على تردد الجهد (إذا كان على التيار المتردد). ومن الجدير أيضًا أن نقول بضع كلمات عن الطبقات: كلما زاد عدد الطبقات، زاد المجال المغناطيسي للملف وأصبح القلب أقوى، لأن عند تراكب الطبقات، تتراكم المجالات المغناطيسية.

حسنًا، لقد تم جرح الملف وإدخال القلب في الداخل، والآن يمكنك البدء في تطبيق الجهد على الملف. قم بتطبيق الجهد وابدأ في زيادته (إذا كان لديك مصدر طاقة مع تنظيم الجهد، فقم بزيادة الجهد تدريجيًا). في الوقت نفسه، نتأكد من أن ملفنا لا يسخن. نختار الجهد بحيث يكون الملف دافئًا قليلاً أو دافئًا فقط أثناء التشغيل - سيكون هذا هو وضع التشغيل الاسمي، ويمكنك أيضًا معرفة التيار المقدر والجهد عن طريق القياس على الملف ومعرفة استهلاك الطاقة للمغناطيس الكهربائي عن طريق ضرب التيار والجهد.

إذا كنت ستقوم بتشغيل مغناطيس كهربائي من منفذ 220 فولت، فتأكد أولاً من قياس مقاومة الملف. عندما يمر تيار شدته 1 أمبير عبر الملف، يجب أن تكون مقاومة الملف 220 أوم. إذا كان 2 أمبير، ثم 110 أوم. هذه هي الطريقة التي نحسب بها التيار = الجهد/المقاومة = 220/110 = 2 أ.

هذا كل شيء، قم بتشغيل الجهاز. حاول الإمساك بمسمار أو مشبك ورق - يجب أن يجذبك. إذا كان ينجذب بشكل سيء أو يتم تثبيته بشكل سيء للغاية، فسيتم لف خمس طبقات من الأسلاك النحاسية: سيزداد المجال المغناطيسي وستزداد المقاومة، وإذا زادت المقاومة، فستتغير البيانات الاسمية للمغناطيس الكهربائي وسيكون من الضروري لإعادة تكوينه.

إذا كنت ترغب في زيادة قوة المغناطيس، فخذ نواة على شكل حدوة حصان ولف السلك على الجانبين، حتى تحصل على طعم حدوة حصان يتكون من قلب ولفائفين. سوف تتراكم المجالات المغناطيسية للملفين، مما يعني أن المغناطيس سيعمل بقوة أكبر مرتين. يلعب قطر وتكوين القلب دورًا كبيرًا. مع مقطع عرضي صغير، سنحصل على مغناطيس كهربائي ضعيف، حتى لو قمنا بتطبيق الجهد العالي، ولكن إذا قمنا بزيادة المقطع العرضي للقلب، فسنحصل على مغناطيس كهربائي جيد. نعم، إذا كان اللب مصنوعًا أيضًا من سبيكة من الحديد والكوبالت (تتميز هذه السبائك بموصلية مغناطيسية جيدة)، فستزداد الموصلية ونتيجة لذلك سيكون اللب ممغنطًا بشكل أفضل بواسطة مجال الملف.

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في الأجهزة التقنية لرفع الأحمال، وتبديل اتصالات التتابع للمشغلات المغناطيسية، وصمامات الأنظمة الهيدروليكية، وتحرير الفرامل الميكانيكية، وما إلى ذلك.

في التين. يوضح الشكل 1.18 رسمًا تخطيطيًا للدائرة المغناطيسية للمغناطيس الكهربائي.

يتم فصل الجزء المتحرك (عضو الإنتاج - 2، الشكل 1.18) من الدائرة المغناطيسية للمغناطيس الكهربائي عن الجزء الثابت 1 الشكل. 1.18 فجوة هوائية. عندما يتم توصيل الملف الممغنط بمصدر للطاقة الكهربائية، يتم إثارة مجال مغناطيسي، وتظهر قوة كهرومغناطيسية تعمل على عضو الإنتاج، وتنجذب، عند التغلب على الجاذبية، وعمل الزنبركات، وما إلى ذلك، إلى الجزء الثابت من الدائرة المغناطيسية.

غالبًا ما يتم حساب قوة جذب المغناطيس الكهربائي بشكل تقريبي، بناءً على الاعتبارات التالية: 1. حاضِر أنا في اللف له قيمة ثابتة.

2. الأساسية 1 والمرساة 2 غير مشبعة.

3. تدفق التسرب F ر ويهمل انتفاخ المجال المغناطيسي في الفجوات.

4. عند تغيير فجوة الهواء إلى دل 0 الحث المغناطيسي في 0 يبقى ثابتا.

وفي هذه الحالة يمكننا أن نفترض أن العمل الميكانيكي هو تحريك المرساة في اتجاه القوى Fإلى مسافة دل 0 يساوي التغير في طاقة المجال المغناطيسي في الفجوات الهوائية نتيجة انخفاض حجمها.

مع الأخذ بعين الاعتبار فجوتين هوائيتين لدينا:

عمل ميكانيكي

طاقة المجال المغناطيسي في فجوتين من الطول دل 0 ، أين
- كثافة الطاقة الكهرومغناطيسية (الطاقة لكل وحدة حجم الفجوة)، س 0 – مساحة فجوة هوائية واحدة . معادلة دي دبليو الفراء و دي دبليو م نحصل على الصيغة الحسابية لقوة جذب المغناطيس الكهربائي

1.16.

6.5 حول محاثة الملف المغنطيسي.

إذا لم يكن للملف قلب مغنطيسي، فإن ارتباط التدفق يعتمد على ذلك ذمن تيار الملف أناخطي و الحث لفائف
. هنا، الحث، كمعامل التناسب بين وصلة التدفق وتيار الملف، هو معلمة خطية للملف. تنطبق نفس الملاحظة على مغنطة اللفات بدائرة مغناطيسية غير مشبعة (
).

إذا كان التدفق F يتماشى مع الجميع ث دورات الملف (اللف)، ثم وصلة التدفق
، أين
، ثم الحث

1.17

هنا
- المقاومة المغناطيسية على طول مسار التدفق المغناطيسي.

النفاذية المغناطيسية المطلقة للمواد المغناطيسية غير المشبعة م أ >> م 0 – النفاذية المغناطيسية للفراغ (4 ع×10 -7 جن / م). لذلك، فإن وضع اللف المغنطيسي على قلب مغناطيسي مغنطيسي يكون حادًا يزيدمحاثة الملف.

جسديا، يتم تفسير البيان الأخير من خلال قدرة المغناطيسات الحديدية تعزيز - يقويالمجال المغناطيسي الخارجي الناتج عن تيار اللف بسبب الاتجاه في اتجاه مجال مناطق المغنطة التلقائية الخاصة به. يتم التعبير عن هذا الاتجاه بشكل أكثر وضوحًا كلما زاد تيار اللف. عندما يتم توجيه جميع مناطق المغنطة التلقائية في اتجاه المجال الخارجي، يحدث التشبع المغناطيسي للدائرة المغناطيسية، وتنخفض نفاذيتها المغناطيسية ومحاثة الملف بشكل حاد، وتتوقف الدائرة المغناطيسية عن أداء وظيفة توطين المجال المغناطيسي .

في الحالة العامة، عندما يتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار حقيقة ذلك
، يتم استخدام مفهوم الحث التفاضلي
(الحث ل تصبح معلمة متعرجة غير خطية).

الحث، كعنصر من عناصر الدائرة المكافئة لدائرة كهربائية حقيقية، يجعل من الممكن أن نأخذ في الاعتبار في الحسابات ظاهرة الحث الذاتي (عند تيارات الملف المتناوبة) وظاهرة تراكم الطاقة في المجال المغناطيسي للملف.