Из чего состоит электромагнит

Магнетизм и электричество

Словарные определения электричества и магнетизма различны, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.

Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и многих других бесценных устройств, необходимых в повседневной жизни современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не могут функционировать без внешнего источника питания.

Определение

Электромагнит – это специальное устройство, работа которого создает магнитное поле при подаче на него электрического тока. Чаще всего электромагниты состоят из первичной обмотки и сердечника, обладающего ферромагнитными свойствами.

Обмотка обычно делается из медного или алюминиевого провода различной толщины, обязательно покрытого изоляцией. Но есть и электромагниты из сверхпроводящих материалов. Сами магнитопроводы изготавливаются из стали, железоникелевых сплавов или чугуна.

А для минимизации потерь на вихревые токи магнитопроводы конструктивно выполнены из целого набора тонких листов. Теперь мы знаем, что такое электромагнит. Рассмотрим подробнее историю создания этого полезного устройства.

История

Электромагнит был изобретен Уильямом Стердженом. Именно он в 1825 году изготовил первый такой магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрическую железку, на которую был намотан толстый изолированный медный провод.

В тот момент, когда через него пропускали электрический ток, металлический стержень приобретал свойства магнита. А когда поток энергии был прерван, устройство тут же потеряло весь магнетизм. Именно это качество — включаться и выключаться при необходимости — позволяет использовать электромагниты в самых разных областях техники и промышленности.

Мы рассмотрели вопрос о том, что такое электромагнит. Теперь рассмотрим основные виды. Их делят в зависимости от способа создания магнитного поля. Но их функция остается прежней.

Общая характеристика

Электромагнит представляет собой простую катушку с проводом, подключенную к источнику, передающему постоянный ток.

Подключившись к источнику постоянного тока (а также напряжения), катушка и провод начинают получать энергоресурсы и создают магнитное поле, аналогичное полю, образующемуся в постоянных стержневых магнитах. Плотность, которой обладает магнитный поток, всегда пропорциональна величине электрического тока, протекающего через толщину катушки.

Полярность электромагнита определяется направлением тока. Механизм формирования предполагает (самый простой вариант) намотку провода на сердечник из металла, по которому затем проходит электричество от определенного источника. Если внутренняя полость катушки заполнена воздухом, она называется соленоидом.

Электромагнит — это устройство, с помощью которого можно генерировать электромагнитное поле. Его основной характеристикой является способность контролировать силу заданного поля, его полярность и форму. В этом случае сила магнитного поля регулируется величиной приложенного электрического тока, протекающего через катушку.

Полярность можно установить, решив, в каком направлении должен двигаться текущий ток. Форма магнитного поля зависит от формы металлического сердечника, выступающего в роли «стержня» для намотки провода. Не забывайте, что полюса электромагнита определяются так же, как и в соленоидах, по физическому правилу правой руки.

PPR также называется правилом буравчика, которое представляет собой мнемонический прием для определения направления векторных произведений и надлежащего базиса.

Увеличить силу электромагнита, а точнее его поля, можно с помощью:

• использование сердечников из «мягкого» железа;
• использование большого количества витков;
• использование электрического тока в больших масштабах.

Основная классификация

Существует три основных способа классификации электромагнитов. Они обусловлены током в электромагнитах и ​​способом его создания:

1. Нейтральный постоянный ток э/м — устройство, в котором магнитный поток создается так, что сила притяжения зависит только от размерности и скорости подачи постоянного тока, а его направление в обмотке ни на что не влияет.
2. Поляризованный постоянный ток э/м — устройство, в котором находятся 2 независимых магнитных потока: поляризационный и рабочий. Второй создается с помощью рабочей обмотки. Поляризующие токи обусловлены образованием постоянных магнитных полей, реже дополнительными электромагнитами. Эти токи необходимы для создания в магните сил притяжения. Активность такого устройства определяется направлением и/или величиной электрического тока в обмотке, совершающей работу.
3. Э/м переменного тока — устройства, обмотка которых питается от источника переменного тока. Поток потока магнитной природы может периодически изменяться по направлению и размерности (величине). Потенциал однонаправленной силы, отвечающей за притяжение, может изменяться только по величине, что приводит к пульсации этой силы в размере от нуля до максимально-предельных значений с частотой, вдвое превышающей частоту питающего тока. Чаще всего используется в бытовой технике.

Как сделать простой электромагнит – пошаговая инструкция со схемами

Такой прибор удобен тем, что его работу легко контролировать с помощью электрического тока – менять полюса, силу притяжения. В некоторых случаях он становится поистине незаменимым, и часто используется как конструктивный элемент в различных самоделках. Сделать простой электромагнит своими руками несложно, тем более, что почти все необходимое найдется в каждом доме.

Что понадобится

• Любой подходящий образец железа (оно хорошо намагничивается). Это будет сердечник электромагнита.
• Провод медный, всегда изолированный, чтобы предотвратить прямой контакт между двумя металлами. Для самодельного электро/магнита рекомендуемое сечение 0,5 (но не более 1,0).
• Источник постоянного тока — батарея, аккумулятор, БП.

Кроме того:

• Соединительные кабели для подключения электромагнита.
• Паяльник или изолента для фиксации контактов.

Это общая рекомендация, так как электромагнит делается для определенной цели. Исходя из этого, выбираются компоненты схемы.

А если делать в домашних условиях, стандарта быть не может – подойдет все, что есть под рукой.

Например, применительно к первому пункту в качестве стержня часто используют гвоздь, запорную скобу, кусок железного стержня — выбор вариантов огромен.

Обмотка

Медный провод аккуратно, виток за витком, наматывается на сердечник. При такой совести КПД электромагнита будет максимально высоким.

После первого «прохода» по железному образцу проволоку укладывают вторым, иногда третьим слоем. Это зависит от того, какая мощность требуется устройству.

Но направление намотки должно быть неизменным, иначе магнитное поле будет «разбалансировано», и электромагнит вряд ли сможет что-либо притянуть к себе.

Чтобы понять смысл происходящих процессов, достаточно вспомнить уроки физики из школьного курса — движущиеся электроны, создаваемая ими ЭДС, направление ее вращения.

После завершения намотки провод обрезается так, чтобы было удобно подключать провода к источнику питания. Если это батарея, то напрямую. При использовании блока питания, аккумулятора или другого устройства вам потребуются соединительные кабели.

Что учесть

Есть определенные сложности с количеством слоев.

• С увеличением оборотов реактивное сопротивление увеличивается. Это значит, что сила тока начнет уменьшаться, а притяжение станет слабее.
• С другой стороны, увеличение номинального тока приведет к нагреву обмотки.

Принцип работы электромагнита подробно описан в следующем видео:

Подключение

• Чистка выводов от «меди». Провод в основном покрыт несколькими слоями лака (в зависимости от марки) и как известно это изолятор.
• Пайка медных и соединительных проводов. Хотя это и не принципиально — можно сделать скрутку, заизолировав ее ПВХ трубой или лентой.
• Присоедините другие концы проводов к зажимам. Например как «крокодил». Такие съемные контакты позволяют легко менять полюса электромагнита при необходимости во время использования.

Полезные советы

• Для изготовления мощного электромагнита домашние умельцы часто используют катушку от МП (магнитного пускателя), реле и контакторы. Они доступны как для 220, так и для 380 В.

Подобрать железный сердечник по внутреннему сечению несложно. Для удобства управления в схему необходимо включить реостат (переменного сопротивления). Соответственно такой э/магнит уже подключен к розетке.

Сила притяжения регулируется изменением R в цепи.

• Увеличить мощность электромагнита можно за счет увеличения сечения сердечника. Но только до определенных пределов. И здесь придется экспериментировать.

• Перед изготовлением электро/магнита нужно убедиться, что выбранный образец железа подходит для этого. Проверка довольно проста. Возьмите обычный магнит; на таких «лохах» в доме много вещей. Если он притягивает выбранную для сердечника деталь, его можно использовать. При отрицательном или «слабом» результате лучше поискать другой тест.

Сделать электромагнит довольно просто. Все остальное зависит от терпения и смекалки мастера. Возможно, вам придется поэкспериментировать, чтобы получить то, что вам нужно — с напряжением питания, размером провода и так далее. Любая самоделка требует не только творческого подхода, но и времени. Если его не жалко, отличный результат гарантирован.

Другие виды классификации

Существуют и другие способы классификации электромагнитов. Например, их можно отличить от поля электромагнита и его состояния: переменного и/или постоянного.

Существуют также классификации, основанные на способах включения обмотки (последовательное и параллельное включение), на работоспособности и ее характеристиках (способность работать длительно, прерывисто и кратковременно) и отличной по быстродействию выполнения задачи (медленно и быстро).

Как устроены плоскошлифовальные станки

Подавляющее большинство деталей из металла подвергают такой технологической операции, как шлифовка. Для выполнения с высокой эффективностью и точностью используются плоскошлифовальные станки.

Достаточно сложный в производстве магнитофон с отличным функционалом

На серийных плоскошлифовальных станках можно обрабатывать как плоские, так и профильные детали. Точность обработки поверхности, которая может быть достигнута с помощью таких устройств, составляет 0,16 мкм.

Конечно, добиться такого результата при обработке на станках своими руками практически невозможно. Но даже той точности, которую позволяют получить самодельные станки, вполне достаточно для многих изделий из металла.

Несущим конструктивным элементом машин этой группы (как и всего другого оборудования) является рама. От габаритов напрямую зависит, какой размер детали можно обработать на станке

Наиболее распространенным материалом для изготовления станин для плоскошлифовального оборудования является чугун, так как этот металл благодаря своим свойствам прекрасно гасит вибрации, что особенно важно для устройств с этой целью

Конструктивным элементом плоскошлифовальных станков, на котором закрепляется заготовка, является стол, имеющий круглую или прямоугольную форму. Его размеры, в зависимости от конкретной модели плоскошлифовального оборудования, могут сильно различаться.

Заготовки можно фиксировать на таком рабочем столе за счет его намагниченной поверхности или с помощью специальных прижимных элементов. В процессе обработки рабочий стол совершает возвратно-поступательные и круговые движения.

В серийных плоскошлифовальных станках рабочие столы приводятся в движение гидравлической системой. В оборудовании, сделанном своими руками, для этого используются механические редукторы.

Шлифование стальной заготовки, закрепленной на рабочей поверхности станка, с помощью магнитного поля

Направляющие – важные конструктивные элементы плоскошлифовального оборудования, обеспечивающие точность и плавность движения рабочего стола. Помимо высокой точности изготовления направляющие должны обладать исключительной прочностью, так как в процессе практически постоянного перемещения рабочего стола они подвергаются активному износу.

Для достижения высокой точности обработки направляющие должны обеспечивать точное, плавное (без рывков) перемещение рабочего стола с минимальным трением контактных элементов. Именно поэтому для производства этих элементов конструкции используется высокопрочная сталь, которая после изготовления из нее направляющих подвергается закалке.

Возможность изготовления направляющих с использованием уголков и подшипников

Рабочий инструмент плоскошлифовальной машины, которым может быть шлифовальный круг или шлифовальная лента, крепится на шпинделе. Вращение рабочего органа, за которое отвечает главный двигатель, может передаваться через редуктор или ременную передачу.

Для плоскошлифовальных станков своими руками можно выбрать вариант попроще: подобрать диаметр шлифовального круга так, чтобы его можно было установить непосредственно на вал двигателя. Это устраняет необходимость в шестернях или ременных приводах.

Читайте также: Сборка электрощита цена в Москве, монтаж и установка ГРЩ, ВРУ, АВР, ЩР

Конструкция и составные части

Чем диэлектрические галоши отличаются от роботов, где их применяют и как в них верят

Центральным рабочим элементом привода является блок соленоидов, образованный полой катушкой и магнитопроводом. Коммуникационные электромагнитные соединения этого компонента с другими частями обеспечиваются малой внутренней арматурой с регулирующими импульсными клапанами. В нормальном состоянии сердечник поддерживается пружиной со штоком, упирающимся в седло.

Кроме того, типичный электромагнитный привод предусматривает наличие так называемого ручного осмотра рабочей части, берущего на себя функции механизма в моменты резких изменений или полного отсутствия напряжения. Дополнительную функциональность могут обеспечить сигнализация, вспомогательные фиксирующие элементы и фиксаторы положения сердечника.

Но поскольку одним из достоинств накопителей этого типа является их небольшой размер, для оптимизации разработчики стараются исключить излишнее насыщение конструкции вторичными устройствами.

Способы эксплуатации

Наиболее широкой и важной областью применения электромагнитов является сфера проектирования и эксплуатации электрических машин и устройств, входящих в систему автоматики в промышленности. Еще одним важным направлением является оборудование для регулирования и защиты электротехнических объектов/установок.

Электромагниты применяются также в производстве различных механизмов, в роли приводного узла, посредством которого осуществляется необходимое поступательное движение (вращение) рабочего органа той или иной машины или для создания удерживающих усилий. Примером последних функций является электромагнит в подъемнике/машине.

Существуют электромагниты сцепления, необходимые для инициирования торможения или действия сцепления (в машинах), электромагниты, используемые в пускателях, контакторах и переключателях, а также они используются для изготовления электрических измерительных приборов и т д

Электромагниты являются перспективными устройствами в конструкции тяги скоростных транспортных средств, где с их помощью создают магнитную подушку. В настоящее время медицина не может обойтись без использования электромагнитов. При проведении химических, биологических и физических экспериментов их часто используют.

Благодаря широте применения и конструкции, а также масштабности и энергозатратам электромагниты доступны как в быту, так и в других сферах деятельности человека. Вес электромагнитов может варьироваться от нескольких граммов до сотен тонн, а расходуемой электроэнергии — от долей Вт до многих десятков МВт.

Промышленность

Наверное каждый хоть раз, но видел варианты такого устройства как подъемный электромагнит. Это толстый «блин» различного диаметра, обладающий огромной силой притяжения и используемый для перевозки грузов, металлолома и прочего металла в целом. Его удобство заключается в том, что достаточно отключить питание — и сразу отключается вся нагрузка, и наоборот. Это значительно упрощает процесс погрузки и разгрузки.

Сила электромагнита, кстати, рассчитывается по следующей формуле:

F=40550∙B^2∙С.

Рассмотрим его более подробно. При этом F — сила в килограммах (может измеряться и в ньютонах), B — величина индукции, S — рабочая поверхность устройства.

Расчёты

Прежде чем приступить к сборке электромагнита своими руками, сделайте предварительный расчет параметров. Элементы конструкции рассчитываются отдельно для ЭМ постоянного и переменного тока.

Для постоянного тока

Перед проведением расчетов определяются с требуемой величиной магнитодвижущей силы (МДС) катушки. Параметры намотки должны обеспечивать требуемую МДС, при этом катушка не должна перегреваться, иначе будет потерян изоляционный слой провода обмотки. Первыми данными для расчета являются напряжение в проводе электромагнитной катушки и требуемое значение магнитодвижущей силы.

Методы расчета электромагнитов постоянного тока постоянно публикуются в Интернете. Там же можно выбрать формулы для определения МДС, сечения жилы и провода обмотки, а также его длины.

Дополнительная информация. В основном в интернете ищут расчеты электромагнитов на 12 вольт, сделанные своими руками. В зависимости от ваших потребностей, вы можете использовать различные методы расчета. В основном «рецепты» выбирают для определения сечения и длины обмоточного провода, питаемого от стандартной батарейки «А» или «АА».

Для переменного тока

Основой ЭМ переменного тока является расчет обмотки. Как и в предыдущем случае, они регулируются исходными требованиями к значению MDS. Несмотря на большое количество рекомендуемых расчетных формул, чаще всего «возможности» устройства определяются опытным подбором параметров деталей конструкции. Методики расчета ЭМ АС всегда можно найти во всемирной паутине (интернет).

Техника

Такие магниты используются и в различных технологиях и электронике, и в быту, например в качестве замков. Такие замки удобны тем, что они очень быстрые и простые в использовании, но при этом достаточно вывести здание из строя в экстренной ситуации — и они все открываются, что очень удобно в случае пожара.

Ну и конечно же работа всех реле основана на принципах электромагнетизма.

Как видите, это очень важное устройство, нашедшее применение в различных областях науки и техники.

Медицина

В конце 19 века электромагниты стали использовать в медицине. Одним из таких примеров является специальное устройство, способное удалять из глаза посторонние предметы (металлическую стружку, ржавчину, чешуйки и другие).

И в наше время электромагниты также широко применяются в медицине, и, наверное, один из таких приборов, о котором все слышали, это МРТ. Он работает на основе ядерного магнитного резонанса и на самом деле представляет собой огромный и мощный электромагнит.

Примеры использования ЭМ

В качестве примеров использования электромагнитов можно назвать следующие устройства:

• телевизионные наборы;
• трансформаторы;
• автомобильные стартеры.

Телевизоры

Современные дома обычно наполнены различными электроприборами. Находясь вблизи телевизионного приемника, они могут влиять на магнитную индукцию телевизионного экрана (телевизора). В телевизор уже встроена защита от намагничивания экрана. При появлении на поле дисплея разноцветных пятен выключите прибор на 10-20 минут. Встроенная защита уберет намагничивание экрана.

В некоторых случаях этот метод не дает желаемой помощи. Затем используется специальный электромагнит, который называется дросселем. Это тип индукционной катушки. Устройство подключают к розетке и держат вдоль и поперек экрана. В результате наведенные магнитные поля поглощаются дросселем.

Трансформаторы

Конструкция трансформаторов очень похожа на конструкцию электромагнитов. И там и там есть обмотки и сердечники. Отличие трансформатора от ЭМ в том, что первый имеет замкнутую магнитную цепь. Поэтому суммарная магнитная сила сводится на нет противомагнитными потоками.

Пусковое устройство автомобиля

Автомобильный стартер выполняет функцию пускового устройства двигателя. Он включается при запуске двигателя. Временная передача пускового усилия на коленчатый вал двигателя обеспечивается втягивающим электромагнитом.

При повороте ключа в замке зажигания ЭМ втягивает шестерню в зубья коленчатого вала. Во время контакта стартер проворачивает двигатель до тех пор, пока в цилиндрах двигателя не произойдет цикл сгорания топлива. Затем тяговое реле отключает электромагнит, и шестерня стартера возвращается в исходное положение. Тогда машина может двигаться.

Заводится с тягового реле

Электромагниты настолько плотно вошли в сферу человеческой деятельности, что существование без них немыслимо. Простые устройства есть везде. Знание принципа их действия позволит домашнему мастеру справиться с мелким ремонтом бытовых электроприборов.

Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов

Электродвигатели и генераторы необходимы в современном мире. Двигатель потребляет электрическую энергию и использует магнит для преобразования электрической энергии в кинетическую энергию. Генератор, с другой стороны, преобразует движение с помощью магнитов для выработки электричества.

При перемещении габаритных металлических предметов используются грузоподъемные электромагниты. Также они необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.

Настоящее технологическое чудо — японский парящий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. Он использует электромагниты, чтобы парить в воздухе и двигаться невероятно быстро.

ВМС США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатки.

Понятие электромагнитной индукции

При изучении электричества и магнетизма важное значение имеет понятие электромагнитной индукции. Индукция возникает, когда в проводнике возникает электрический ток в присутствии изменяющегося магнитного поля. Использование электромагнитов с их индуктивным принципом активно применяется в электродвигателях, генераторах и трансформаторах.

Где можно применять электромагниты в медицине?

Сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ) также работают с электромагнитами. Это специализированный медицинский метод исследования внутренних органов человека, недоступный непосредственному осмотру. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.

Где используются электромагниты? Они встречаются во всех типах электрических устройств, включая жесткие диски, динамики, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно, и, несмотря на свою незаметность, они занимают важное место в жизни современного человека.