Elektromagneten en hun toepassingen

Een elektromagneet creëert een magnetisch veld met behulp van een spoel die wordt gestreamd met elektrische stroom. Om dit veld te versterken en de magnetische flux langs een bepaald pad te leiden, hebben de meeste elektromagneten een magnetisch circuit van zacht magnetisch staal.

Toepassing van elektromagneten

Elektromagneten zijn zo wijdverbreid dat het moeilijk is om een ​​gebied van technologie te noemen waar ze in een of andere vorm worden gebruikt. Ze zijn te vinden in veel huishoudelijke apparaten - elektrische scheerapparaten, bandrecorders, televisies, enz. Apparaten voor communicatietechnologie - telefonie, telegrafie en radio - zijn ondenkbaar zonder het gebruik ervan.

Elektromagneten zijn een integraal onderdeel van elektrische machines, veel industriële automatiseringsapparatuur, besturings- en beveiligingsapparatuur voor verschillende elektrische installaties. Een zich ontwikkelend toepassingsgebied van elektromagneten is medische apparatuur. Ten slotte worden gigantische elektromagneten gebruikt om elementaire deeltjes in synchrophasotrons te versnellen.

Het gewicht van elektromagneten varieert van fracties van een gram tot honderden tonnen, en de elektrische energie die tijdens hun werking wordt verbruikt, varieert van milliwatt tot tienduizenden kilowatt.

Een speciaal toepassingsgebied van elektromagneten zijn elektromagnetische mechanismen. Daarin worden elektromagneten gebruikt als aandrijving om de noodzakelijke translatiebeweging van het werkelement uit te voeren, hetzij om het over een beperkte hoek te draaien, hetzij om een ​​houdkracht te creëren.

Een voorbeeld van dergelijke elektromagneten zijn de tractie-elektromagneten, ontworpen om bepaald werk uit te voeren bij het verplaatsen van bepaalde werkende lichamen; elektromagnetische sloten; elektromagnetische koppelingen en remmen en remsolenoïdes; elektromagneten die contactinrichtingen bedienen in relais, schakelaars, starters, stroomonderbrekers; opheffende elektromagneten, trillende elektromagneten, enz.

In een aantal apparaten worden naast elektromagneten of in plaats daarvan permanente magneten gebruikt (bijvoorbeeld magnetische platen van metaalsnijmachines, remmen, magnetische sloten, enz.).

Classificatie van elektromagneten

Elektromagneten zijn zeer divers qua ontwerp, die verschillen in hun kenmerken en parameters, daarom vergemakkelijkt de classificatie de studie van de processen die plaatsvinden tijdens hun werking.

Afhankelijk van de methode voor het creëren van een magnetische flux en de aard van de werkende magnetiserende kracht, zijn elektromagneten verdeeld in drie groepen: neutrale elektromagneten met gelijkstroom, gepolariseerde elektromagneten met gelijkstroom en elektromagneten met wisselstroom.

Neutrale elektromagneten

In neutrale DC-elektromagneten wordt een werkende magnetische flux gecreëerd door middel van een permanente spoel.De werking van de elektromagneet hangt alleen af ​​van de grootte van deze flux en is niet afhankelijk van de richting ervan en dus van de richting van de stroom in de spoel van de elektromagneet. Bij afwezigheid van stroom zijn de magnetische flux en de aantrekkingskracht die op het anker werken praktisch nul.

Gepolariseerde elektromagneten

Gepolariseerde DC-elektromagneten worden gekenmerkt door de aanwezigheid van twee onafhankelijke magnetische fluxen: (polariserend en werkend. De polariserende magnetische flux wordt in de meeste gevallen gecreëerd met behulp van permanente magneten. Soms worden hiervoor elektromagneten gebruikt. De werkende flux treedt op onder de actie van de magnetiserende kracht van de werk- of stuurspoel.Als er geen stroom in zit, werkt de aantrekkingskracht die wordt gecreëerd door de polariserende magnetische flux op het anker.De werking van een gepolariseerde elektromagneet hangt af van zowel de grootte als de richting van de werkende flux, dat wil zeggen de richting van de stroom in de werkende spoel.

Wisselstroom elektromagneten

Bij wisselstroom-elektromagneten wordt de spoel bekrachtigd door een wisselstroombron. De magnetische flux die wordt gecreëerd door de spoel waar de wisselstroom doorheen gaat, verandert periodiek van grootte en richting (wisselende magnetische flux), waardoor de elektromagnetische aantrekkingskracht pulseert van nul naar maximaal met een frequentie tweemaal de frequentie van de voeding huidig.

Voor tractie-elektromagneten is het verminderen van de elektromagnetische kracht tot onder een bepaald niveau echter onaanvaardbaar, aangezien dit leidt tot ankertrillingen en in sommige gevallen tot directe verstoring van de normale werking.Daarom is het bij tractie-elektromagneten die werken met een wisselende magnetische flux noodzakelijk om maatregelen te nemen om de diepte van de krachtrimpel te verminderen (bijvoorbeeld door een afschermspoel te gebruiken die een deel van de elektromagneetpool bedekt).

Naast de vermelde variëteiten zijn momenteel wijdverbreide elektromagneten met stroomcorrectie, die qua vermogen kunnen worden toegeschreven aan wisselstroom-elektromagneten en qua eigenschappen dicht bij gelijkstroom-elektromagneten liggen. Omdat er nog enkele specifieke kenmerken van hun werk zijn.

Afhankelijk van de manier waarop de wikkeling wordt aangezet, wordt onderscheid gemaakt tussen elektromagneten met serie- en parallelwikkelingen.

Seriewikkelingen die bij een bepaalde stroom werken, worden gemaakt met een klein aantal windingen op een groot gedeelte. De stroom die door zo'n spoel gaat, hangt praktisch niet af van de parameters ervan, maar wordt bepaald door de kenmerken van de consumenten die in serie zijn geschakeld met de spoel.

Parallelle wikkelingen die bij een bepaalde spanning werken, hebben in de regel een zeer groot aantal windingen en zijn gemaakt van draad met een kleine doorsnede.

Door de aard van de spoel zijn elektromagneten verdeeld in magneten die werken in lange, periodieke en kortetermijnmodi.

In termen van actiesnelheid kunnen elektromagneten een normale actiesnelheid hebben, snel werkend en langzaam werkend. Deze indeling is enigszins arbitrair en geeft vooral aan of er bijzondere maatregelen zijn genomen om de vereiste snelheid van handelen te bereiken.

Alle bovenstaande kenmerken drukken hun stempel op de ontwerpkenmerken van elektromagneten.

Hijsende elektromagneten

Elektromagnetisch apparaat

Tegelijkertijd bestaan ​​ze, met alle verscheidenheid aan elektromagneten die men in de praktijk tegenkomt, uit de hoofdonderdelen met hetzelfde doel. Ze omvatten een spoel met daarop een magnetiserende spoel (er kunnen meerdere spoelen en meerdere spoelen zijn), een vast deel van een magnetisch circuit gemaakt van ferromagnetisch materiaal (juk en kern) en een beweegbaar deel van een magnetisch circuit (anker). In sommige gevallen bestaat het stationaire deel van het magnetische circuit uit meerdere delen (basis, behuizing, flenzen, enz.). A)

Het anker is gescheiden van de rest van het magnetische circuit door luchtspleten en maakt deel uit van de elektromagneet, die de elektromagnetische kracht waarneemt en deze overbrengt naar de overeenkomstige delen van het aangedreven mechanisme.

Het aantal en de vorm van de luchtspleten die het bewegende deel van het magnetische circuit scheiden van het stationaire circuit hangen af ​​van het ontwerp van de elektromagneet.De luchtspleten waar een nuttige kracht optreedt, worden arbeiders genoemd; luchtspleten waar geen kracht in de richting van de mogelijke beweging van het anker is, zijn parasitair.

De oppervlakken van het bewegende of stationaire deel van het magnetische circuit die de werkluchtspleet beperken, worden polen genoemd.

Afhankelijk van de plaats van het anker ten opzichte van de rest van de elektromagneet, wordt onderscheid gemaakt tussen externe aantrekkende ankerelektromagneten, intrekbare ankerelektromagneten en externe transversaal bewegende ankerelektromagneten.

Een karakteristiek kenmerk van elektromagneten met een extern aantrekkelijk anker is de externe locatie van het anker ten opzichte van de spoel. Dit wordt voornamelijk beïnvloed door de werkstroom die van het anker naar de eindzijde van de kern gaat.De beweging van het anker kan roterend zijn (bijvoorbeeld een klepsolenoïde) of translatie. Lekstromen (sluiten naast de werkspleet) in dergelijke elektromagneten creëren praktisch geen trekkrachten en daarom hebben ze de neiging om te worden verminderd. Elektromagneten van deze groep kunnen een vrij grote kracht ontwikkelen, maar worden meestal gebruikt met relatief kleine ankerslagen.

Een onderscheidend kenmerk van intrekbare ankerelektromagneten is de gedeeltelijke plaatsing van het anker in zijn oorspronkelijke positie binnen de spoel en de verdere beweging ervan in de spoel tijdens bedrijf. De lekfluxen van dergelijke elektromagneten, vooral bij grote luchtspleten, zorgen voor een zekere trekkracht, waardoor ze vooral bij relatief grote ankerslagen bruikbaar zijn. Dergelijke elektromagneten kunnen worden gemaakt met of zonder stop, en de vorm van de oppervlakken die de werkspleet vormen, kan verschillen afhankelijk van de trekkarakteristiek die moet worden verkregen.

De meest voorkomende zijn elektromagneten met platte en afgeknotte conische polen, evenals elektromagneten zonder begrenzer. Als geleider voor het anker wordt meestal een buis van niet-magnetisch materiaal gebruikt, waardoor een parasitaire opening ontstaat tussen het anker en het bovenste, stationaire deel van het magnetische circuit.

Intrekbare ankersolenoïden kunnen krachten ontwikkelen en ankerslagen hebben die over een zeer groot bereik variëren, waardoor ze veel worden gebruikt.

V-elektromagneten met een extern transversaal bewegend anker Het anker beweegt door de magnetische krachtlijnen en roteert over een bepaalde beperkte hoek.Dergelijke elektromagneten ontwikkelen gewoonlijk relatief kleine krachten, maar maken het mogelijk om, door de juiste afstemming van de pool- en ankervormen, veranderingen in de trekkarakteristiek en een hoge retourcoëfficiënt te verkrijgen.

In elk van de drie vermelde groepen elektromagneten zijn er op hun beurt een aantal ontwerpvariëteiten die verband houden met zowel de aard van de stroom die door de spoel vloeit als met de noodzaak om de gespecificeerde kenmerken en parameters van de elektromagneten te waarborgen.

Lees ook: Over het magnetische veld, solenoïdes en elektromagneten