В този видео урок каналът “E+M” говори за това какво е електромагнит. Той също така показа как да го направи на ръка със захранващо напрежение от 12 волта и извърши серия от експерименти, използвайки го. Показа как да се увеличи ефективността.

Първо, малко теория на историята. В началото на 19 век датският физик Ерстед открива връзката между електричеството и магнетизма. Ток, преминаващ през проводник, разположен до компаса, отклонява стрелката му към проводника. Това показва наличието на магнитно поле около проводника. Оказа се също, че ако навиете проводник в намотка, неговите магнитни свойства ще се увеличат. В намотка от тел, така нареченият соленоид, се образуват магнитни линии, същите като в постоянния магнит.

В зависимост от това от коя страна носим намотката към компаса, тя ще се отклони в една или друга посока. Тъй като в намотката са се образували два полюса: северен и южен. Възможно е да се промени посоката на електрическия ток, когато полюсите са обърнати. За експеримента авторът на канала нави 2 еднакви намотки. Първата намотка е 260 оборота, съпротивление 7 ома. 2 е два пъти повече. 520 оборота, съпротивление 15 ома. Захранването ще се подава от източник на постоянен ток. Напрежение 12 волта. В случая това е компютърно захранване. Оловно-киселинна батерия също ще работи.

Нека започнем експерименти с първата намотка, която има 260 навивки. Мултиметърът е настроен на режим на текущо измерване. Той ще покаже тока в ампери, протичащ през намотката. Както можете да видите, индикаторът е 1,4 ампера. Това е достатъчно за привличане на малки метални предмети. Нека опитаме с по-голям обект. Нека да е желязна рубла. Бобината не може да издържи това натоварване. Нека опитаме същия експеримент с втората намотка. Токът тук е 0,7 ампера. Това е 2 пъти по-малко от 1. При същото напрежение от 12 волта. Тя също не може да привлече рублата. Какво можем да направим, за да увеличим магнитните свойства на нашата намотка? Нека се опитаме да инсталираме желязна сърцевина. За да направим това, използваме болт. Сега той ще действа като магнитна верига. Последният насърчава преминаването на магнитен поток през себе си и увеличава съответните свойства на соленоида. Сега нашият дизайн се превърна в електромагнит. Той вече може да се справи с рублата с лекота. Токът остана същият, 1,4 ампера.

Нека продължим да експериментираме и да видим колко от тези обекти може да привлече една магнитна намотка.
Електромагнитът се нагрява, което означава, че съпротивлението му се увеличава. Колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-малък е токът. Колкото по-малко магнитно поле създава намотката. Нека оставим електромагнита да се охлади напълно и да повторим експериментите. Този път товарът ще бъде 12 монети. Както можете да видите, долните монети започнаха да падат сами, когато токът намаля. Колкото и да се опитваше да експериментира водещият, той успя да вдигне не повече от този товар.

Нека проведем същия експеримент с втората намотка. Има два пъти повече завои. Да видим дали е по-силен от предишния.
Гледайте продължението на 12-волтовия електромагнит във видеото от минута 6.

Изчисляване на постоянен електромагнит

Електромагнитите са намерили широко приложение в апаратостроенето както като задвижващ елемент на устройството (контактори, стартери, релета, автомати, превключватели), така и като устройство, което създава сили, например в съединители и спирачки.

За даден поток спадът на магнитния потенциал намалява с намаляване на магнитното съпротивление. Тъй като съпротивлението е обратно пропорционално на магнитната проницаемост на материала, за даден поток магнитната проницаемост трябва да бъде възможно най-висока. Това ви позволява да намалите м.ф. намотки и мощност, необходими за работа на електромагнита; Размерите на прозореца за навиване и целия електромагнит са намалени. Намаляване на m.f.s. при непроменени други параметри намалява температурата на намотката.

Вторият важен параметър на материала е индукцията на насищане. Силата, развивана от електромагнита, е пропорционална на квадрата на индукцията. Следователно, колкото по-голяма е допустимата индукция, толкова по-голяма е развитата сила за същите размери.

След като намотката на електромагнита е изключена, в системата има остатъчен поток, който се определя от коерцитивната сила на материала и проводимостта на работната междина. Остатъчният поток може да причини залепване на арматурата. За да се избегне това явление, се изисква материалът да има ниска коерцитивност.

Основни изисквания са ниската цена на материала и неговата технологичност.

Наред с посочените свойства, магнитните характеристики на материалите трябва да бъдат стабилни (да не се променят от температура, време, механични удари).

В резултат на изчисляване на магнитната верига се определя необходимата магнитодвижеща сила (MMS) на намотката. Намотката трябва да бъде проектирана по такъв начин, че от една страна да осигурява необходимия MMF, а от друга страна, така че максималната й температура да не надвишава допустимата за използвания клас на изолация.

В зависимост от метода на свързване се разграничават намотки за напрежение и намотки за ток. В първия случай напрежението, приложено към намотката, е постоянно в ефективната си стойност, във втория - съпротивлението на намотката на електромагнита е много по-малко от съпротивлението на останалата част от веригата, което определя постоянната стойност на тока.

Изчисляване на намотката на DC електромагнит.

Фигура 72 показва магнитната верига и намотката на електромагнита. Навиване 1 намотките са направени с изолиран проводник, който е навит върху рамката 2.

Макарите могат да бъдат и без рамки. В този случай витките на намотките се закрепват с лента или листова изолация или смес за заливане.

За да се изчисли намотката на напрежението, трябва да се посочи напрежението Uи MDS. Напречно сечение на намотъчния проводник рнамираме, въз основа на необходимия MDS:

където е съпротивлението;

– средна дължина на намотката (Фигура 72);

Р– съпротивление на намотката, равно на

При постоянна средна дължина на намотката и даден MMF, тя се определя от продукта.

Ако при постоянно напрежение и средна дължина на завоя е необходимо да се увеличи MMF, тогава е необходимо да вземете проводник с по-голямо напречно сечение. В този случай намотката ще има по-малко навивки. Токът в намотката ще се увеличи, тъй като съпротивлението му ще намалее поради намаляване на броя на завъртанията и увеличаване на напречното сечение на проводника.

Въз основа на намереното напречно сечение, използвайки таблици за оразмеряване, се намира най-близкият стандартен диаметър на проводника.

Фигура 72 – Изчисляване на намотката на електромагнита

Мощността, отделена в намотката под формата на топлина, се определя, както следва:

Броят на намотките за дадено напречно сечение на намотката се определя от коефициента на запълване с мед

където е площта, заета от медта на намотката;

– сечение на намотката за мед.

Брой завои

.

Тогава мощността, консумирана от намотката, се определя от израза

.

За да се изчисли текущата намотка, първоначалните параметри са MMF и ток на веригата. Броят на навивките на намотката се намира от израза. Напречното сечение на проводника може да бъде избрано въз основа на препоръчителната плътност на тока, равна на 2...4 A/mm 2 за продължително време, 5...12 A/mm 2 за периодично, 13...30 A/ mm 2 за краткотрайни режими на работа. Тези стойности могат да бъдат увеличени приблизително 2 пъти, ако експлоатационният живот на намотката и електромагнита не надвишава 500 часа, заета от обикновена намотка, се определя от броя на завъртанията и диаметъра на тел d

Електромагнитът е магнит, който работи (създава магнитно поле) само когато през намотка протича електрически ток. За да направите мощен електромагнит, трябва да вземете магнитна сърцевина и да я увиете с медна жица и просто да прекарате ток през тази жица. Магнитното ядро ​​ще започне да се магнетизира от намотката и ще започне да привлича железни предмети. Ако искате мощен магнит, увеличете напрежението и тока, експериментирайте. И за да не се притеснявате сами да сглобите магнита, можете просто да извадите бобината от магнитния стартер (имат различни видове, 220V/380V). Изваждате тази бобина и вкарвате вътре парче от всякакво желязо (например обикновен дебел пирон) и го включвате в мрежата. Това ще бъде наистина добър магнит. И ако нямате възможност да получите намотка от магнитен стартер, тогава сега ще разгледаме как сами да направите електромагнит.

За да сглобите електромагнит, ще ви трябва проводник, източник на постоянен ток и сърцевина. Сега вземаме нашата сърцевина и навиваме медна жица около нея (по-добре е да завъртате един оборот наведнъж, а не в насипно състояние - ефективността ще се увеличи). Ако искаме да направим мощен електромагнит, тогава го навиваме на няколко слоя, т.е. Когато сте навили първия слой, преминете към втория слой и след това навийте третия слой. Когато навивате, имайте предвид, че това, което навивате, тази бобина има реактивно съпротивление и когато протича през тази намотка, ще тече по-малко ток с повече реактивно съпротивление. Но също така имайте предвид, че се нуждаем от важен ток, защото ще използваме ток, за да магнетизираме ядрото, което служи като електромагнит. Но голям ток ще загрее силно намотката, през която тече токът, така че съпоставете тези три понятия: съпротивление на намотката, ток и температура.

Когато навивате проводника, изберете оптималната дебелина на медния проводник (около 0,5 mm). Или можете да експериментирате, като вземете предвид, че колкото по-малко е напречното сечение на проводника, толкова по-голямо ще бъде реактивното съпротивление и съответно ще тече по-малко ток. Но ако навиете с дебела тел (около 1 мм), няма да е лошо, т.к колкото по-дебел е проводникът, толкова по-силно е магнитното поле около проводника и на всичкото отгоре ще тече повече ток, т.к. реактивното съпротивление ще бъде по-малко. Токът също ще зависи от честотата на напрежението (ако е на променлив ток). Също така си струва да кажете няколко думи за слоевете: колкото повече слоеве, толкова по-голямо е магнитното поле на намотката и толкова по-силно ще се магнетизира ядрото, т.к. Когато слоевете се наслагват, магнитните полета се сумират.

Добре, бобината е навита и сърцевината е поставена вътре, сега можете да започнете да подавате напрежение към бобината. Приложете напрежение и започнете да го увеличавате (ако имате захранване с регулиране на напрежението, постепенно увеличавайте напрежението). В същото време се уверяваме, че нашата намотка не се нагрява. Избираме напрежението така, че по време на работа бобината да е леко топла или просто топла - това ще бъде номиналният режим на работа, а също така можете да разберете номиналния ток и напрежение чрез измерване на бобината и да разберете консумацията на енергия на електромагнита чрез умножаване на тока и напрежението.

Ако ще включите електромагнит от 220-волтов контакт, първо не забравяйте да измерите съпротивлението на намотката. Когато през намотката протича ток от 1 ампер, съпротивлението на намотката трябва да бъде 220 ома. Ако 2 ампера, тогава 110 ома. Ето как изчисляваме ТОК = напрежение/съпротивление = 220/110 = 2 A.

Това е всичко, включете устройството. Опитайте да държите пирон или кламер - трябва да привлича. Ако е слабо привлечено или държи много лошо, тогава навийте пет слоя медна жица: магнитното поле ще се увеличи и съпротивлението ще се увеличи, а ако съпротивлението се увеличи, тогава номиналните данни на електромагнита ще се променят и ще е необходимо за да го преконфигурирате.

Ако искате да увеличите силата на магнита, тогава вземете сърцевина с форма на подкова и навийте жицата от двете страни, така че да получите подкова примамка, състояща се от сърцевина и две намотки. Магнитните полета на двете бобини ще се сумират, което означава, че магнитът ще работи 2 пъти по-мощно. Диаметърът и съставът на сърцевината играят голяма роля. С малко напречно сечение ще получим слаб електромагнит, дори ако приложим високо напрежение, но ако увеличим напречното сечение на сърцето, тогава ще получим не лош електромагнит. Да, ако сърцевината също е направена от сплав от желязо и кобалт (тази сплав се характеризира с добра магнитна проводимост), тогава проводимостта ще се увеличи и поради това сърцевината ще бъде по-добре магнетизирана от полето на намотката.

Електромагнитите в техническите устройства се използват за повдигане на товари, превключване на релейни контакти на магнитни стартери, клапани на хидравлични системи, освобождаване на механични спирачки и др.

На фиг. Фигура 1.18 показва диаграма на магнитната верига на електромагнит.

Подвижната част (котва - 2, фиг. 1.18) на магнитопровода на електромагнита е отделена от неподвижната му част 1 Фиг. 1.18 въздушна междина. Когато магнетизиращата намотка е свързана към източник на електрическа енергия, се възбужда магнитно поле, възниква електромагнитна сила, която действа върху арматурата и тя, преодолявайки гравитацията, действието на пружини и т.н., се привлича към неподвижната част на магнитната верига.

Изчисляването на силата на привличане на електромагнит често се извършва приблизително въз основа на следните съображения: 1. Текущ аз в намотката има постоянна стойност.

2. Ядро 1 и котва 2 не са наситени.

3. Изтичащ поток Е r и издуването на магнитното поле в пролуките се пренебрегва.

4. При смяна на въздушната междина на дл 0 магнитна индукция IN 0 остава постоянна.

В този случай можем да приемем, че механичната работа за преместване на котвата в посоката на силите Ена разстояние дл 0 равна на промяната в енергията на магнитното поле във въздушните междини, поради намаляване на обема им.

Като вземем предвид две въздушни междини, имаме:

механична работа

енергия на магнитното поле в два интервала по дължина дл 0 , Къде
– плътност на електромагнитната енергия (енергия на единица обем на междината), С 0 – площ на една въздушна междина. Приравняване dW кожа и dW Ем , получаваме формулата за изчисление на силата на привличане на електромагнит

1.16.

6.5 За индуктивността на намагнитващата намотка.

Ако бобината няма феромагнитна сърцевина, тогава зависимостта на връзката на потока гот тока на бобината азлинейни и индуктивност бобини
. Тук индуктивността, като коефициент на пропорционалност между връзката на потока и тока на бобината, е линеен параметър на бобината. Същата забележка се отнася за намагнитващи намотки с ненаситена магнитна верига (
).

Ако потокът Е разбира се с всички w завъртания на бобината (намотка), след това връзката на потока
, Къде
, след това индуктивността

1.17

тук
– магнитно съпротивление по пътя на магнитния поток.

Абсолютна магнитна проницаемост на ненаситени феромагнитни материали м А >> м 0 – магнитна проницаемост на вакуума (4 p×10 -7 Gn/m). Следователно поставянето на магнетизираща намотка върху феромагнитна магнитна сърцевина е рязко увеличаваиндуктивност на бобината.

Физически последното твърдение се обяснява със способността на феромагнетиците укрепвамвъншно магнитно поле, създадено от тока на намотката поради ориентацията в посоката на полето на неговите собствени области на спонтанно намагнитване. Тази ориентация се изразява толкова по-ясно, колкото по-голям е токът на намотката. Когато всички области на спонтанно намагнитване са ориентирани по посока на външното поле, настъпва магнитно насищане на магнитната верига, нейната магнитна пропускливост и индуктивността на намотката рязко намаляват и магнитната верига престава да изпълнява функцията за локализиране на магнитното поле. .

Като цяло, когато трябва да вземете предвид факта, че
, се използва понятието диференциална индуктивност
(индуктивност Л става нелинеен параметър на намотката).

Индуктивността, като елемент от еквивалентната верига на реална електрическа верига, позволява да се вземе предвид при изчисленията явлението самоиндукция (при променливи токове на намотката) и явлението натрупване на енергия в магнитното поле на намотката.