Електромагніти Види та застосування.

Електромагніти набули настільки широкого поширення, що важко назвати область техніки, де б вони не застосовувалися в тому чи іншому вигляді. Вони містяться у багатьох побутових приладах – електробритвах, магнітофонах, телевізорах тощо. Пристрої техніки зв'язку - телефонія, телеграфія і радіо немислимі без застосування. 

Електромагніти є невід'ємною частиною електричних машин, багатьох пристроїв промислової автоматики, апаратури регулювання та захисту різноманітних електротехнічних установок. Область застосування електромагнітів, що розвивається, є медична апаратура. Нарешті, гігантські електромагніти для прискорення елементарних частинок застосовують у синхрофазотронах. 

Вага електромагнітів коливається від часток грама до сотень тонн, а споживана при їх роботі електрична потужність - від мілліват до десятків тисяч кіловат. 

Особливою сферою застосування електромагнітів є електромагнітні механізми. У них електромагніти використовуються як привод для здійснення необхідного поступального переміщення робочого органу або повороту його в межах обмеженого кута, або для створення утримуючої сили. 

Прикладом таких електромагнітів є тягові електромагніти, призначені для здійснення певної роботи при переміщенні тих чи інших робочих органів; електромагнітні замки; електромагнітні муфти зчеплення та гальмування та гальмівні електромагніти; електромагніти, що призводять до дії контактних пристроїв у реле, контакторах, пускачах, автоматичних вимикачах; підйомні електромагніти, електромагніти вібраторів тощо. 

У ряді пристроїв поряд з електромагнітами або замість них використовуються постійні магніти (наприклад, магнітні плити металорізальних верстатів, гальмівні пристрої, магнітні замки тощо). 

Класифікація електромагнітів

Електромагніти дуже різноманітні по конструктивним виконанням, які різняться за своїми характеристиками та параметрами, тому класифікація полегшує вивчення процесів, що відбуваються під час їх роботи. 

Залежно від способу створення магнітного потоку і характеру діючої сили, що намагнічує, електромагніти поділяються на три групи: електромагніти постійного струму нейтральні, електромагніти постійного струму поляризовані і електромагніти змінного струму. 

Нейтральні електромагніти

У нейтральних електромагнітах постійного струму робочий магнітний потік створюється за допомогою обмотки постійного струму. Дія електромагніту залежить тільки від величини цього потоку і не залежить від його напряму, а отже, від напрямку струму в обмотці електромагніту. За відсутності струму магнітний потік і сила тяжіння, що діє якір, практично дорівнюють нулю. 

Поляризовані електромагніти

Поляризовані електромагніти постійного струму характеризуються наявністю двох незалежних магнітних потоків. їх відсутня, на якір діє сила тяжіння, створювана поляризуючим магнітним потоком.Дія поляризованого електромагніту залежить як від величини, так і від напрямку робочого потоку, тобто від напрямку струму в робочій обмотці. 

Електромагніти змінного струму

В електромагнітах змінного струму живлення обмотки здійснюється від джерела змінного струму. Магнітний потік, створюваний обмоткою, через яку проходить змінний струм, періодично змінюється за величиною і напрямом (змінний магнітний потік), в результаті чого сила електромагнітного тяжіння пульсує від нуля до максимуму з подвоєною частотою по відношенню до частоти струму. 

Однак для тягових електромагнітів зниження електромагнітної сили нижче за певний рівень неприпустимо, так як це призводить до вібрації якоря, а в окремих випадках до прямого порушення нормальної роботи. Тому в тягових електромагнітах, що працюють при змінному магнітному потоці, доводиться вдаватися до заходів для зменшення глибини пульсації сили (наприклад, застосовувати виток, що екранує, що охоплює частину полюса електромагніта).

Крім перелічених різновидів, нині велике поширення набули електромагніти з випрямленням струму, які за живленням можуть бути віднесені до електромагнітів змінного струму, а за своїми характеристиками наближаються до електромагнітів постійного струму. Оскільки все ж таки є деякі специфічні особливості їх роботи. 

Залежно від способу включення обмотки розрізняють електромагніти з послідовними та паралельними обмотками. 

Обмотки послідовного включення, що працюють при заданому струмі, виконуються з малою кількістю витків великого перерізу. Струм, що проходить за такою обмоткою, практично не залежить від її параметрів, а визначається характеристиками споживачів, включених .послідовно з обмоткою. 

Обмотки паралельного включення, що працюють при заданій напрузі, мають, як правило, велику кількість витків і виконуються з дроту малого перерізу. 

За характером роботи обмотки електромагніти поділяються на що працюють у тривалому, уривчастому і короткочасному режимах. 

За швидкістю дії електромагніти можуть бути з нормальною швидкістю дії, швидкодіючі та уповільнено діючі. Цей поділ є дещо умовним і свідчить головним чином про те, чи вжито спеціальних заходів для отримання необхідної швидкості дії. 

Усі перелічені вище ознаки накладають свій відбиток на особливості конструктивних виконань електромагнітів.

Пристрій електромагніту

Разом з тим при всій різноманітності електромагнітів, що зустрічаються на практиці, вони складаються з основних частин однакового призначення. До них відносяться котушка з розташованою на ній обмоткою, що намагнічує (може бути кілька котушок і кілька обмоток), нерухома частина магнітопроводу, що виконується з феромагнітного матеріалу (ярмо і сердечник) і рухлива частина магнітопроводу (якір). У деяких випадках нерухома частина магнітопроводу складається з декількох деталей (основи, корпуси, фланців тощо). а) 

Якір відокремлюється від інших частин магнітопроводу повітряними проміжками і є частиною електромагніту, яка, сприймаючи електромагнітне зусилля, передає його відповідним деталям механізму, що приводиться в дію. 

Кількість і форма повітряних проміжків, що відокремлюють рухому частину магнітопроводу від нерухомої, залежить від конструкції електромагніту. Повітряні проміжки, у яких з'являється корисна сила, називаються робітниками; повітряні проміжки, в яких не виникає зусилля в напрямку можливого переміщення якоря, є паразитними. 

Поверхні рухомої або нерухомої частини магнітопроводу, що обмежують робочий повітряний проміжок, називають полюсами. 

Залежно від розташування якоря щодо інших частин електромагніту розрізняють електромагніти із зовнішнім притягається якорем, електромагніти з якорем, що втягується, і електромагніти із зовнішнім поперечно рухомим якорем. 

Характерною особливістю електромагнітів із зовнішнім якорем, що притягується, є зовнішнє розташування якоря щодо обмотки. На нього діє головним чином робочий потік, що проходить від якоря до торця капелюшка сердечника. Характер переміщення якоря може бути обертальним (наприклад, клапанний електромагніт) чи поступальним. Потоки розсіювання (замикаються крім робочого зазору) у таких електромагнітів мало створюють тягового зусилля, і тому їх прагнуть зменшити. Електромагніти цієї групи здатні розвивати досить велике зусилля, але зазвичай застосовуються при порівняно невеликих робочих ходах якоря. 

Особливістю електромагнітів з якорем, що втягується, є часткове розташування якоря у своєму початковому положенні всередині котушки і подальше переміщення його в котушку в процесі роботи. Потоки розсіювання таких електромагнітів, особливо при великих повітряних зазорах, створюють певне тягове зусилля, внаслідок чого вони є корисними, особливо при порівняно великих ходах якоря. Такі електромагніти можуть виконуватися зі стопом або без нього, причому форма поверхонь, що утворюють зазор, може бути різною в залежності від того, яку тягову характеристику потрібно отримати. 

Найбільшого поширення набули електромагніти з плоскими та усіченими конічними полюсами, а також електромагніти без стопа. Як направляючу для якоря найчастіше застосовується трубка з немагнітного матеріалу, що створює паразитний зазор між якорем і верхньою, нерухомою частиною магнітопроводу. 

Електромагніти з якорем, що втягується, можуть розвивати зусилля і мати хід якоря, що змінюються в дуже великому діапазоні, що обумовлює їх широке поширення. 

В електромагнітах із зовнішнім якорем, що поперечно рухається, якір переміщається поперек магнітних силових ліній, повертаючись на деякий обмежений кут. Такі електромагніти зазвичай розвивають порівняно невеликі зусилля, але вони дозволяють шляхом відповідного узгодження форм полюсів та якоря отримувати зміни тягової характеристики та високий коефіцієнт повернення. 

У кожній з трьох перерахованих груп електромагнітів у свою чергу є ряд конструктивних різновидів, пов'язаних як з характером струму, що протікає по обмотці, так і з необхідністю забезпечення заданих характеристик і параметрів електромагнітів.