Понятие явления электромагнитной силы и условия возникновения

Принцип работы механизма

И в магнитных, и в электромагнитных силовых устройствах роль активной среды выполняет магнитный поток. Для его формирования используется или постоянный магнит, или аналогичное устройство с возможностью точечного подключения или отключения его активности путем изменения электрического сигнала. Исполнительный орган начинает действовать с момента подачи напряжения, когда по контурам соленоида начинает проходить ток. В свою очередь, сердечник по мере наращивания активности магнитного поля начинает свое движение относительно полости катушки индуктивности. Собственно, принцип работы электромагнитного привода как раз и сводится к преобразованию электрической энергии в механическую посредством магнитного поля. И как только напряжение падает, в дело вступают силы упругой пружины, которая возвращает на место сердечник и арматура привода принимает исходное нормальное положение. Также для регуляции отдельных этапов передачи усилия в сложных многоступенчатых приводах могут дополнительно включаться пневмо- или гидроприводы. В частности, они делают возможным первичную генерацию электричества из источников альтернативной энергии (воды, ветра, солнца), что удешевляет рабочий процесс оборудования.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии.

Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.

Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

  • высокой долговечностью релейных элементов;
  • быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
  • способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.

К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.

Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.

Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.

Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.

Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Выдвижные секции в шкафу

Модификации для машин

Электромагнитные двигатели для автомобилей изготавливаются только коллекторного типа. Мощность их в среднем составляет 40 кВт. В свою очередь, параметр номинального тока равняется 30 А. Статоры в данном случае используются двухполюсные. У некоторых модификаций имеется клеммная коробка. Для охлаждения системы применяются вентиляторы.

Также в устройствах предусмотрены специальные отверстия для циркуляции воздуха. Роторы в двигателях устанавливаются с металлическими сердечниками. Для защиты вала используются уплотнители. Статор в данном случае находится в кожухе. Электромагнитные двигатели для машин с втягивающими реле встречаются редко. В среднем диаметр вала не превышает 3.5 см.

Преимущества использования электромагнитов

Главным преимуществом электрического магнита перед постоянным источником магнитного поля заключается в том, что он приводится в рабочее состояние под воздействием электрического тока. То есть, когда нужно оказать магнитное влияние на определённую часть пространства, ток включают. Это позволяет обеспечивать ритмичную работу ЭМ, что с успехом применяется в разных видах электро оборудования, приборов и устройств.

Электромагнит можно обнаружить в электрических счётчиках, сепараторных установках, трансформаторах, теле,- и аудиотехнике и других устройствах.

Мощные магниты установлены на мостовых кранах в цехах металлургических заводов и лебёдках предприятий по сбору металлолома.


Грузоподъёмные электромагниты

Одно из первых применений ЭМ – это динамики. Звуковое устройство в своей основе имеет электромагнит, который заставляет колебаться мембрану в звуковом диапазоне.

ЭМ используются в металлоискателях для обнаружения металлосодержащих предметов под землёй, в воде и различных массивах.

Как проверить электромагнитное реле

Работоспособность электромагнитного реле зависит от катушки. Поэтому в первую очередь проверяем обмотку. Ее прозванивают мультиметром. Сопротивление обмотки может быть как 20-40 Ом, так и несколько кОм. При измерении просто выбираем подходящий диапазон. Если есть данные о том, какая величина сопротивления должна быть — сравниваем. В противном случае довольствуемся тем, что нет короткого замыкания или обрыва (сопротивление стремится к бесконечности).

Проверить электромагнитное реле можно при помощи тестера/мультиметра

Второй момент — переключаются или нет контакты и насколько хорошо прилегают контактные площадки. Проверить это немного сложнее. К выводу одного из контактов можно подключить источник питания. Например — простую батарейку. При срабатывании реле потенциал должен появиться на другом контакте или исчезнуть. Это зависит от типа проверяемой контактной группы. Контролировать наличие питания также можно при помощи мультиметра, но его надо будет перевести в соответствующий режим (контроль напряжения проще).

РЕЛЕ. Ремонт и принцип работы РЕЛЕ.РЕЛЕ. Ремонт и принцип работы РЕЛЕ.

Если мультиметра нет

Не всегда под рукой есть мультиметр, но батарейки есть почти всегда. Давайте рассмотрим пример. Есть какое-то реле в герметичном корпусе. Если знаете или нашли его тип, можно посмотреть характеристики по названию. Если данные не нашли или нет названия реле, смотрим на корпус. Обычно тут указывается вся важная информация. Напряжение питания и коммутируемые токи/напряжения есть обязательно.

Проверка обмотки электромагнитного реле

В данном случае имеем реле, которое работает от 12 V постоянного тока. Хорошо если есть такой источник питания, тогда используем его. Если нет, собираем несколько батареек (последовательно, то есть одну за одной), чтобы суммарно получить требуемое напряжение.

При последовательном соединении батареек их напряжение суммируем

Получив источник питания нужного номинала, подключаем его к выводам катушки. Как определить где выводы катушки? Обычно они подписаны. Во всяком случае, есть обозначения  «+» и «-» для подключения источников постоянного питания и знаки для переменного  типа таких «≈».  На соответствующие контакты подаем питание. Что происходит? Если катушка реле рабочая, слышен щелчок — это притянулся якорь. При снятии напряжения он слышен снова.

Проверяем контакты

Но щелчки — это одно. Это значит, что катушка работает, но надо еще контакты проверить. Возможно они окислились, цепь замыкается, но сильно падает напряжение. Может они стерлись и контакт плохой, может, наоборот, закипели и не размыкаются. В общем, для полноценной проверки электромагнитного реле необходимо еще проверить работоспособность контактных групп.

Проще всего объяснить на примере реле с одной группой. Они обычно стоят в автомобилях. Автолюбители называют их по числу выводов: 4 контактные или 5 контактные. В обоих случаях там всего одна группа. Просто четырех контактное реле содержит нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, а пятиконтактное — переключающую группу (перекидные контакты).

Электромагнитное реле 4 и 5 контактное: расположение контактов, схема подключения

Как видите, питание подается в любом случае на выводы, которые подписаны 85 и 86. А к остальным подключается нагрузка. Для проверки 4-контактного реле можно собрать простейшую связку из маленькой лампочки и батарейки нужного номинала. Концы этой связки прикрутить к выводам контактов. В 4-контактном реле это выводы 30 и 87. Что получится? Если контакт на замыкание (нормально разомкнутый), при сработке реле лампочка должна загореться. Если группа на размыкание (нормально замкнутый) должна потухнуть.

В случае с 5-контактным реле схема будет чуть сложнее. Тут потребуется две связки из лампочки и батарейки. Используйте лампы разного формата, цвета или каким-то образом их разделите. При отсутствии питания на катушке у вас должна гореть одна лампочка. При срабатывании реле она гаснет, загорается другая.

Как проверить Реле 4-х,5-и контактное,автомобильноКак проверить Реле 4-х,5-и контактное,автомобильно

Что такое электромагнитная подвеска автомобиля.

Полезные сервисы:

Сила Лоренца

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Формула для нахождения силы Лоренца:

где ​\( q \)​ – заряд частицы, ​\( v \)​ – скорость частицы, ​\( B \)​ – модуль вектора магнитной индукции, ​\( \alpha \)​ – угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции ​\( B_\perp \)​ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца.

Если заряд частицы отрицательный, то направление силы изменяется на противоположное.

Важно!
Если вектор скорости сонаправлен с вектором магнитной индукции, то частица движется равномерно и прямолинейно. В однородном магнитном поле сила Лоренца искривляет траекторию движения частицы

В однородном магнитном поле сила Лоренца искривляет траекторию движения частицы.

Если вектор скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции, то частица движется по окружности, радиус которой равен:

где ​\( m \)​ – масса частицы, ​\( v \)​ – скорость частицы, ​\( B \)​ – модуль вектора магнитной индукции, ​\( q \)​ – заряд частицы.

В этом случае сила Лоренца играет роль центростремительной и ее работа равна нулю. Период (частота) обращения частицы не зависит от радиуса окружности и скорости частицы. Формула для вычисления периода обращения частицы:

Угловая скорость движения заряженной частицы:

Важно!
Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца изменяется направление скорости частицы

Если вектор скорости направлен под углом ​\( \alpha \)​ (0° < \( \alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

В этом случае вектор скорости частицы можно представить как сумму двух векторов скорости, один из которых, ​\( \vec{v}_2 \)​, параллелен вектору \( \vec{B} \), а другой, \( \vec{v}_1 \), – перпендикулярен ему. Вектор \( \vec{v}_1 \) не меняется ни по модулю, ни по направлению. Вектор \( \vec{v}_2 \) меняется по направлению. Сила Лоренца будет сообщать движущейся частице ускорение, перпендикулярное вектору скорости \( \vec{v}_1 \). Частица будет двигаться по окружности. Период обращения частицы по окружности – ​\( T \)​.

Таким образом, на равномерное движение вдоль линии индукции будет накладываться движение по окружности в плоскости, перпендикулярной вектору \( \vec{B} \). Частица движется по винтовой линии с шагом ​\( h=v_2T \)​.

Важно!
Если частица движется в электрическом и магнитном полях, то полная сила Лоренца равна:

Особенности движения заряженной частицы в магнитном поле используются в масс-спектрометрах – устройствах для измерения масс заряженных частиц; ускорителях частиц; для термоизоляции плазмы в установках «Токамак».

Алгоритм решения задач о действии магнитного (и электрического) поля на заряженные частицы:

  • сделать чертеж, указать на нем силовые линии магнитного (и электрического) поля, нарисовать вектор начальной скорости частицы и отметить знак ее заряда;
  • изобразить силы, действующие на заряженную частицу;
  • определить вид траектории частицы;
  • разложить силы, действующие на заряженную частицу, вдоль направления магнитного поля и по направлению, ему перпендикулярному;
  • составить основное уравнение динамики материальной точки по каждому из направлений разложения сил;
  • выразить силы через величины, от которых они зависят;
  • решить полученную систему уравнений относительно неизвестной величины;
  • решение проверить.

Модификации с фазным ротором

Изготовление электромагнита в домашних условиях

Для изготовления электромагнита своими руками в начале необходимо подобрать материал для сердечника. Наиболее простым и подходящим вариантом будет гвоздь больших размеров, длиной от 100 до 200 мм. Его нужно вначале сильно разогреть, а потом дать остыть и очистить от окалины. После этого гвоздь сгибается ровно пополам, а шляпка и кончик отпиливают ножовкой.

Вторым этапом будет изготовление катушки. Конструкция катушки включает следующие элементы: бумажная шейка прямоугольной формы (48х37 мм), бумажные упорные венчики (48х3 мм) и картонные ободки круглой формы с отверстием в середине. Их наружный и внутренний диаметр соответственно будет 19 и 7 мм.

После подготовки деталей можно приступать к сборке электромагнита. Шейка с более узкой стороны наматывается на гвоздь в свободном состоянии и фиксируется клеем. Далее на нижнюю и верхнюю часть шейки надеваются картонные ободки. Упорные венчики смазываются клеем, наматываются по краям шейки и приклеивается к ободкам. Клей на всех участках должен хорошо высохнуть.

Для обмотки подойдет провод, длиной примерно 15-20 метров. Проволоку наматывают на катушку с таким расчетом, чтобы по краям оставались концы по 10 сантиметров. Намотка должна быть ровной, чтобы все витки располагались плотно между собой. От этого полностью зависит мощность будущего электромагнита. Наибольшая сложность состоит в наматывании первого слоя. Каждый готовый ряд оборачивается тонкой бумагой в два слоя. По окончании обмотки вся катушка сверху оборачивается изолентой. Оставшиеся концы обмотки необходимо зачистить для дальнейшего подключения.

К полученной конструкции остается присоединить выключатель и батарейку. Таким образом, электромагнит своими руками будет полностью сделан.

Электромагнит, в отличие от постоянного магнита, приобретает свои свойства только под воздействием электрического тока. С его помощью он меняет силу притяжения, направление полюсов и некоторые другие характеристики.

Некоторые увлеченные механикой люди самостоятельно делают электромагниты, чтобы использовать их в самодельных установках, механизмах и разнообразных конструкциях. Сделать электромагнит своими руками несложно. Используются простые приспособления и подручные материалы.

Самый простой набор для изготовления электромагнита

Что понадобится:

  • Один железный гвоздь 13-15 см. в длину или иной металлический предмет, который и станет сердечником электромагнита.
  • Около 3 метров изолированной медной проволоки.
  • Источник электропитания — аккумуляторная батарея или генератор.
  • Небольшие провода для контакта провода с батарейкой.
  • Изолирующие материалы.

Если вы используете более крупную металлическую заготовку для создания магнита, то количество медной проволоки должно пропорционально увеличиваться. Иначе магнитное поле получится слишком слабым. Сколько именно понадобится обмотки, точно ответить нельзя. Обычно мастера выясняют это экспериментальным путем, увеличивая и уменьшая количество проволоки, параллельно измеряя изменения магнитного поля. Из-за избытка проволоки сила магнитного поля тоже становится меньше.

Пошаговая инструкция

Следуя простым рекомендация, вы легко сделаете электромагнит самостоятельно.Зачищаем концы медного проводаШаг 1 Очистите от изоляции концы медного провода, который будете наматывать на сердечник. Достаточно 2-3 см. Они понадобятся, чтобы соединить медную проволоку с обычной, которая в свою очередь будет подключаться к источнику питания.

Наматываем медный провод вокруг гвоздяШаг 2 Вокруг гвоздя или другого сердечника аккуратно намотайте медный провод так, чтобы витки были расположены параллельно друг к другу. Делать это необходимо только в одном направлении. От этого зависит расположение полюсов будущего магнита. Если вы захотите изменить их расположение, то можно просто перемотать проволоку в другом направлении. Не выполнив этого условия, вы добьетесь того, что магнитные поля различных секций будут воздействовать друг на друга, из-за чего сила магнита будет минимальной.

Подсоединяем провод к батарейкеШаг 3 Концы очищенного медного провода соедините с двумя заранее подготовленными обычными проводками. Соединение заизолируйте, а один конец проводка подключите к клемме положительного заряда на аккумуляторе, а другой — на противоположный конец

Причем неважно, какой проводок к какому концу будет подключен — это не отразится на эксплуатационных возможностях электромагнита. Если все сделано правильно, то магнит сразу же начнет работать! Если у аккумулятора есть реверсивный способ подключения, то вы сможете изменить направление полюсов

Электромагнит работает!

Электромагниты и их применение

Вот некоторые из примеров, где они используются:

  • Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
  • Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
  • Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Грузовые электромагниты для листовой стали

Такие узлы отличаются не столько конструкцией – она примерно такая же, как и для остальных типов электромагнитов – сколько технологией применения. В частности, имеется возможность для кантовки и распушивания листов. Последнее необходимо, тогда, когда обильная смазка холоднокатаного листового проката вызывает сцепление смежных листов между собой, что существенно затрудняет их подачу в зону реза листовых ножниц (и, тем более – автоматизированных комплексов резки листа).

Электромагнит для листовой стали

Раскладку листов выполняют либо снижением величины тока в управляющей катушке, либо короткими отключениями питания электромагнита. При этом сила тяжести разъединяет листы друг от друга. Эффективность возрастает по мере увеличения толщины листа и увеличения количества листов в пачке.

Магнит для листов

Использование грузовых электромагнитов для кантовки заключается в том, что лист или брус поднимают на высоту до 4 м, фиксируя заготовку со смещением центра тяжести, а затем отключают питание. Заготовка падая, переворачивается противоположной стороной. В зависимости от мощности магнита можно выполнять одновременную кантовку двух заготовок.

Многорычажная подвеска

Данный тип подвески немного похож на двухрычажную схему, но он гораздо сложнее и совершеннее. Неудивительно, что к ней перекочевали и все достоинства предыдущего вида. Это набор из рычагов, сайлент-блоков и шарниров, которые крепятся на специальный подрамник. Большое количество шаровых опор и «сайлентов» обеспечивают не только завидную плавность хода, но и отлично гасят удары в случае резкого наезда на какое-либо препятствие, а еще они уменьшают уровень шума в салоне от колес.

При такой схеме достигается наилучшее сцепление покрышки с дорогой (любой тип покрытия), отточенная управляемость и плавность хода.

Достоинства «многорычажки»:

  • малые неподрессоренные массы;
  • оптимальная поворачиваемость колес;
  • независимость каждого отдельного колеса от остальных;
  • отдельные поперечные и продольные регулировки;
  • хороший потенциал при условии полного привода.

Однако у многорычажной подвески есть один существенный недостаток – высокая стоимость. Хотя в последнее время наметился перелом: если раньше данный тип подвески применяли только на представительских авто, то сейчас ею оснащают даже машины гольф-класса.

Итоги

Заключение

При условии грамотного проектирования структуры приводного механизма, на базе электромагнитных элементов можно получить довольно выгодный источник механического усилия. В наилучших исполнениях такие устройства отличаются высоким техническим ресурсом, стабильностью работы, минимальными объемами энергопотребления и гибкостью с точки зрения совмещения с различными исполнительными механизмами. Что касается характерных слабых мест, то они проявляются в низкой помехоустойчивости, что особенно выражено в работе электромагнитного привода выключателя на высоковольтных линиях электропередач с напряжением от 10 кВ. Такие системы по определению нуждаются в специальной защите от электромагнитных помех. Также, ввиду технико-конструкционной сложности, обусловленной применением в выключателе шарнирно-рычажного механизма с толкателем и удерживающей защелкой, требуется дополнительное подключение защитных электротехнических устройств, исключающих риски короткого замыкания в контурах.

Итоги

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий