Elektromagnetid ja nende rakendused
Elektromagnet loob elektrivooluga mähise abil magnetvälja. Selle välja võimendamiseks ja magnetvoo suunamiseks mööda kindlat rada on enamikul elektromagnetitel magnetahel, mis on valmistatud pehmest magnetterasest.
Elektromagnetite rakendamine
Elektromagnetid on nii laialt levinud, et on raske nimetada tehnikavaldkonda, kus neid ühel või teisel kujul kasutatakse. Neid leidub paljudes kodumasinates — elektripardlid, magnetofonid, televiisorid jne. Sidetehnoloogia seadmed — telefon, telegraaf ja raadio — on mõeldamatud ilma nende kasutamiseta.
Elektromagnetid on elektrimasinate, paljude tööstusautomaatikaseadmete, erinevate elektripaigaldiste juhtimis- ja kaitseseadmete lahutamatu osa. Elektromagnetite arenev kasutusvaldkond on meditsiiniseadmed. Lõpuks kasutatakse hiiglaslikke elektromagneteid elementaarosakeste kiirendamiseks sünkrofasotronides.
Elektromagnetite kaal varieerub grammi murdosadest sadade tonnideni ning nende töötamise ajal kuluv elektrienergia ulatub millivattidest kümnete tuhandete kilovattideni.
Elektromagnetite eriline kasutusvaldkond on elektromagnetilised mehhanismid. Nendes kasutatakse elektromagneteid ajamina, et teostada tööelemendi vajalikku translatsioonilist liikumist, kas seda piiratud nurga all pöörata või hoidejõudu tekitada.
Sellised elektromagnetid on näiteks veojõuelektromagnetid, mis on ette nähtud teatud töö tegemiseks teatud töökehade liigutamisel; elektromagnetilised lukud; elektromagnetilised sidurid ja pidurid ning piduri solenoidid; elektromagnetid, mis aktiveerivad kontaktseadmeid releedes, kontaktorites, starterites, kaitselülitites; tõsteelektromagnetid, vibreerivad elektromagnetid jne.
Paljudes seadmetes kasutatakse koos elektromagnetitega või nende asemel püsimagneteid (näiteks metallilõikusmasinate magnetplaadid, pidurid, magnetlukud jne).
Elektromagnetite klassifikatsioon
Elektromagnetid on disainilt väga mitmekesised, mis erinevad oma omaduste ja parameetrite poolest, seetõttu hõlbustab klassifikatsioon nende töö käigus toimuvate protsesside uurimist.
Sõltuvalt magnetvoo loomise meetodist ja mõjuva magnetiseeriva jõu olemusest jagatakse elektromagnetid kolme rühma: alalisvooluga neutraalsed elektromagnetid, alalisvooluga polariseeritud elektromagnetid ja vahelduvvooluga elektromagnetid.
Neutraalsed elektromagnetid
Neutraalsetes alalisvoolu elektromagnetides luuakse töötav magnetvoog püsimähise abil.Elektromagneti toime sõltub ainult selle voo suurusest ja ei sõltu selle suunast ja seega ka voolu suunast elektromagneti mähises. Voolu puudumisel on magnetvoog ja armatuurile mõjuv tõmbejõud praktiliselt null.
Polariseeritud elektromagnetid
Polariseeritud alalisvoolu elektromagneteid iseloomustab kahe sõltumatu magnetvoo olemasolu: (polariseeriv ja töötav. Polariseeriv magnetvoog tekitatakse enamikul juhtudel püsimagnetite abil. Mõnikord kasutatakse selleks elektromagneteid. Töövoog tekib toimel. töö- või juhtpooli magnetiseerivast jõust.Kui neis puudub vool, siis mõjub armatuurile polariseeriva magnetvoo poolt tekitatav tõmbejõud.Polariseeritud elektromagneti toime sõltub nii voolu suurusest kui ka suunast. töövoog, st voolu suund töömähises.
Vahelduvvoolu elektromagnetid
Vahelduvvoolu elektromagnetites on mähis pingestatud vahelduvvooluallikaga. Mähise tekitatud magnetvoog, mida vahelduvvool läbib, muutub perioodiliselt suuruses ja suunas (vahelduv magnetvoog), mille tulemusel impulsseerub elektromagnetiline tõmbejõud nullist maksimumini sagedusega, mis on kaks korda suurem kui toite sagedus praegune.
Veojõu elektromagnetite puhul on aga elektromagnetilise jõu vähendamine alla teatud taseme vastuvõetamatu, kuna see toob kaasa armatuuri vibratsiooni ja mõnel juhul otsese häire normaalse töötamise.Seetõttu tuleb vahelduva magnetvooga töötavate veojõuelektromagnetite puhul võtta kasutusele meetmed jõu pulsatsiooni sügavuse vähendamiseks (näiteks kasutada elektromagneti pooluse osa katvat varjestusmähist).
Lisaks loetletud sortidele on praegu laialt levinud voolu korrigeerivad elektromagnetid, mille võimsuselt võib omistada vahelduvvoolu elektromagnetid ja mis on oma omadustelt lähedased alalisvoolu elektromagnetitele. Sest nende töös on siiski mõned spetsiifilised jooned.
Sõltuvalt mähise sisselülitamise viisist eristatakse jada- ja paralleelmähisega elektromagneteid.
Antud vooluga töötavad seeriamähised tehakse väikese pöörete arvuga suurel sektsioonil. Sellist mähist läbiv vool praktiliselt ei sõltu selle parameetritest, vaid selle määravad mähisega järjestikku ühendatud tarbijate omadused.
Antud pingega töötavatel paralleelmähistel on reeglina väga suur pöörete arv ja need on valmistatud väikese ristlõikega traadist.
Mähise olemuse järgi jagunevad elektromagnetid nendeks, mis töötavad pikas, perioodilises ja lühiajalises režiimis.
Toimekiiruse poolest võivad elektromagnetid olla normaalse toimekiirusega, kiire ja aeglase toimega. See jaotus on mõneti meelevaldne ja näitab peamiselt seda, kas vajaliku tegutsemiskiiruse saavutamiseks on võetud erimeetmeid.
Kõik ülaltoodud omadused jätavad oma jälje elektromagnetide disainiomadustele.
Tõste elektromagnetid
Elektromagnetiline seade
Samal ajal koosnevad kõik praktikas esinevad elektromagnetid põhiosadest, millel on sama eesmärk. Nende hulka kuuluvad mähis, mille peal asub magnetiseeriv mähis (pooli võib olla mitu ja mitu mähist), ferromagnetilisest materjalist magnetahela fikseeritud osa (ike ja südamik) ja magnetahela liikuv osa (armatuur). Mõnel juhul koosneb magnetahela statsionaarne osa mitmest osast (alus, korpus, äärikud jne). a)
Armatuur on ülejäänud magnetahelast eraldatud õhupiludega ja on osa elektromagnetist, mis elektromagnetilist jõudu tajudes kannab selle üle käitatava mehhanismi vastavatesse osadesse.
Magnetahela liikuvat osa statsionaarsest eraldavate õhupilude arv ja kuju sõltuvad elektromagneti konstruktsioonist Õhupilusid, kus tekib kasulik jõud, nimetatakse töölisteks; õhuvahed, kus ankru võimaliku liikumise suunas ei ole jõudu, on parasiitilised.
Magnetahela liikuva või statsionaarse osa pindu, mis piiravad töötavat õhuvahet, nimetatakse poolusteks.
Sõltuvalt armatuuri asukohast ülejäänud elektromagneti suhtes eristatakse väliseid atraktiivseid armatuuri elektromagneteid, sissetõmmatavate armatuuride elektromagneteid ja väliseid põiki liikuvaid armatuuri elektromagneteid.
Välise atraktiivse armatuuriga elektromagnetide iseloomulik tunnus on armatuuri väline asukoht mähise suhtes. Seda mõjutab peamiselt armatuurist südamiku otsa poole liikuv töövoog.Armatuuri liikumine võib olla pöörlev (näiteks klapi solenoid) või translatsiooniline. Lekkevoolud (sulguvad lisaks tööpilule) sellistes elektromagnetides tõmbejõude praktiliselt ei tekita ja seetõttu kipuvad need vähenema. Selle rühma elektromagnetid võivad arendada üsna suurt jõudu, kuid tavaliselt kasutatakse neid suhteliselt väikeste armatuurilöökidega.
Sissetõmmatavate armatuuriga elektromagnetite eripäraks on armatuuri osaline asetamine algsesse asendisse mähise sees ja edasine liikumine mähises töötamise ajal. Selliste elektromagnetide lekkevood, eriti suurte õhuvahedega, tekitavad teatud tõmbejõu, mille tulemusena on need kasulikud, eriti suhteliselt suurte armatuurilöökide korral. Selliseid elektromagneteid saab valmistada nii piirikuga kui ka ilma ning töövahe moodustavate pindade kuju võib olla erinev olenevalt sellest, millist veoomadust soovitakse saada.
Levinumad on lamedate ja tüvikooniliste poolustega elektromagnetid, samuti piirajata elektromagnetid. Armatuuri juhisena kasutatakse kõige sagedamini mittemagnetilisest materjalist toru, mis tekitab parasiitvahe armatuuri ja magnetahela ülemise, statsionaarse osa vahele.
Sissetõmmatavad armatuuri solenoidid võivad arendada jõudu ja nende armatuuri löögid varieeruvad väga laias vahemikus, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt.
Välise põiki liikuva armatuuri armatuuriga V elektromagnetid liiguvad läbi magnetiliste jõujoonte, pöörledes läbi teatud piiratud nurga.Sellised elektromagnetid arendavad tavaliselt suhteliselt väikeseid jõude, kuid võimaldavad pooluse ja armatuuri kuju sobiva sobitamise teel saavutada muutusi veokarakteristikus ja kõrge tagastusteguri.
Igas kolmes loetletud elektromagnetirühmas on omakorda mitmeid disainivariante, mis on seotud nii mähist läbiva voolu olemusega kui ka vajadusega tagada elektromagnetide kindlaksmääratud omadused ja parameetrid.