Електротехнічна енциклопедія # 162

Приклад найпростішого розрахунку електромагніта

Електромагніт застосовується в багатьох електротехнічних приладах. Він являє собою котушку з дроту, намотаною на залізний сердечник, форма якого може бути різною.

Залізний сердечник є однією частиною муздрамтеатру, а іншою частиною, за допомогою якої замикається шлях магнітних силових ліній, служить якір.

Магнітна ланцюг характеризується величиною магнітної індукції - В, яка залежить від напруженості поля і магнітної проникності матеріалу. Саме тому сердечники електромагнітів роблять із заліза, що володіє високою магнітною проникністю.

У свою чергу, від магнітної індукції залежить силовий потік, що позначається в формулах буквою Ф.

Ф = B х S = магнітна індукція х площа поперечного перерізу магнітопроводу.

При конструюванні електромагнітів дуже бажано отримати великий силовий потік. Домогтися цього можна, якщо зменшити магнітне опір. Для цього треба вибрати муздрамтеатр з найменшою довжиною шляху силових ліній і з найбільшим поперечним перерізом, а в якості матеріалу - железоматеріал з великою магнітною проникністю.

Інший шлях збільшення силового потоку шляхом збільшення ампер витків не є прийнятним, так як в цілях економії дроту і харчування слід прагнути до зменшення ампер витків.

Зазвичай розрахунки електромагнітів робляться за спеціальними графіками. З метою спрощення в розрахунках ми будемо також користуватися деякими висновками з графіків. Припустимо, потрібно визначити Ампервіткі і силовий потік замкнутого залізного муздрамтеатру, зображеного на малюнку і зробленого з заліза найнижчої якості.

Розглядаючи графік намагнічування заліза, неважко переконатися, що найбільш вигідною є магнітна індукція в межах від 10 000 до 14 000 силових ліній на 1 см2, що відповідає від 2 до 7 Ампервіткі на 1 см. Для намотування котушок з найменшим числом витків і більш економічних в сенсі харчування для розрахунків треба приймати саме цю величину (10 000 силових ліній на 1 см 2 при 2 Ампервіткі на 1 см довжини). У цьому випадку розрахунок може бути зроблений таким чином. Так, при довжині муздрамтеатру l = l1 + l2. що дорівнює 20 см + 10 см = 30 см, потрібно 2x30 = 60 ампер витків.

Якщо діаметр сердечника приймемо рівним 2 см, то його площа буде дорівнює S = (3,14 х d 2) / 4 = 3,14 см2. Звідси порушуваний магнітний потік буде дорівнює: Ф = B х S = 10000 х 3,14 = 31400 силових ліній.

Можна приблизно вирахувати підйомну силу електромагніту (P).

P = B 2 х S / (25 х 1000000) = 12,4 кг.

Для двополюсного магніту цей, результат слід подвоїти. Отже, Р = 24,8 кг, або приблизно 25 кг.

При визначенні підйомної сили необхідно пам'ятати, що вона залежить не тільки від довжини муздрамтеатру, але, і від площі зіткнення якоря і сердечника. Тому якір повинен точно прилягати до полюсним наконечником, інакше навіть найменші повітряні прошарки викличуть сильне зменшення підйомної сили.

Далі проводиться розрахунок котушки електромагніту. У нашому прикладі підйомна сила в 25 кг забезпечується 60 Ампервіткі. Розглянемо, якими засобами можна отримати твір N х J - 60 Ампервіткі.

Очевидно, цього можна домогтися або шляхом використання великого струму при малій кількості витків котушки, наприклад 2 а і 30 витків, або шляхом збільшення числа витків котушки при зменшенні, струму, наприклад 0,25 А і 240 витків.

Таким чином, щоб електромагніт мав підйомну силу в 25 кг, на його сердечник можна намотати, і 30 витків і 240 витків, але при цьому змінити величину струму живлення. Звичайно, можна вибрати й інше співвідношення.

Однак зміна величини струму в великих межах не завжди можливо, тому що воно обов'язково зажадає зміни діаметра застосовуваної дроту. Так, при короткочасній роботі (кілька хвилин) для проводів діаметром до 1 мм допустиму щільність струму, при якій не відбувається сильного перегрівання дроти, можна прийняти рівною 5 A / мм2. У нашому прикладі дріт повинна бути наступного перетину: для струму в 2A - 0,4 мм 2. а для струму в 0,25A - 0,05 мм 2.

Яким же з цих проводів слід робити обмотку?

З одного боку, вибір діаметру проводу може визначатися наявними у керівника асортиментом дроту, з іншого - можливостями джерел живлення як по току, так і за напругою. Дійсно, дві котушки, одна з яких виготовлена ​​з товстого дроту в 0,7 мм і з невеликим числом витків - 30, а інша - з дроту в 0,2 мм і числом витків 240, матимуть різко різне опір.

Знаючи діаметр дроту і її довжину, можна легко визначити опір. Довжина дроту дорівнює добутку загального числа витків на довжину одного з них (середню): l = N x lt де lt - довжина одного витка, рівна 3,14 x d.

У нашому прикладі d = 2 см, і lt 6,3 см. Отже, для першої котушки довжина проводу буде 30 x 6,3 = 190 см, а для другої - 240 X 6,3 = 1512 см. Опору обмоток будуть також різними .

Користуючись законом Ома, неважко обчислити необхідну напругу. Так, для створення в обмотках струму в 2A необхідну напругу одно 0,2B, а для струму в 0,25A - 2,5B.

Таким чином, для харчування першої котушки досить одного елемента або акумулятора, причому для зниження напруги доводиться включати реостат. Для харчування другої котушки необхідно взяти два елементи, поєднуючи їх послідовно. Ясно, що в другому випадку є менше втрат електроенергії і обмотка виходить більш вигідною.

Аналіз отриманих результатів дозволяє зробити ще такий висновок: діаметр дроту підбирається так, щоб харчування котушки можна було робити тільки від одного елемента (або акумулятора) без будь-яких реостатов, де енергія витрачається мимоволі. Неважко помітити, що при діаметрі дроту приблизно 0,4 мм і силі струму близько 0,4 А потрібна напруга для живлення котушки складе 1,3 - 1,4 В, тобто якраз напруга одного елемента.

Такий елементарний розрахунок електромагнітів.

Джерело: Технічна творчість. Видавництво ЦК ВЛКСМ "Молода гвардія". М. 1955 р

Про електромагніти в "Школі для електрика"

Магнетизм і електромагнетизм

Серед залізних руд, що добуваються для металургійної промисловості, зустрічається руда, звана магнітним залізняком. Ця руда має властивість притягувати до себе залізні предмети. Шматок такої залізної руди називається природним магнітом, а проявляється їм властивість тяжіння - магнетизмом.

Про магнітне поле, соленоїди і електромагніти

Параметри і характеристики електромагнітів

Найбільш загальними є динамічні характеристики, які враховують зміни н. с. електромагніту в процесі його спрацьовування за рахунок дії ЕРС самоіндукції і руху, а також враховують тертя, демпфірування і інерцію рухливих частин.

Порівняння електромагнітів постійного і змінного струму

Порівняємо електромагніти змінного струму з електромагнітами постійного струму. Таке порівняння дасть можливість визначити доцільні області застосування кожної з цих різновидів електромагнітів.

Як правильно вибрати електромагніт

Методи прискорення і уповільнення спрацьовування електромагнітів і електромагнітних механізмів

Вантажопідйомні електромагніти: пристрій, схема включення

Використання вантажопідіймальних електромагнітів дозволяє скоротити тривалість операцій зачеплення і зняття феромагнітних матеріалів при транспортуванні.

Налагодження електромагнітів і електромагнітних муфт

Зазвичай наладку електромагнітів виконують в наступному обсязі: зовнішній огляд, вимірювання опору котушки постійному струму, вимірювання опорів ізоляції котушки і листів муздрамтеатру, зняття механічної характеристики і регулювання на місці установки.

Електромагніти в книзі рекордів Гінесса

Найважчий магніт

Найважчий в світі магніт має діаметр 60 м і важить 36 тис. Т. Він був зроблений для синхрофазотрона потужністю 10 ТеВ, встановленого в Об'єднаному інституті ядерних досліджень в Дубні, Московська обл.

Найбільший електромагніт

Найбільший в світі електромагніт є частиною детектора L3, використовуваного в експериментах на великому електрон-позитронного коллайдера (LEP) Європейської ради ядерних досліджень, Швейцарія.

Електромагніт 8-вугільної форми складається з ярма, виготовленого з 6400 т низьковуглецевої сталі, і алюмінієвої котушки вагою 1100 т. Елементи ярма, вагою до 30 т кожен, були виготовлені в СРСР. Котушка, зроблена в Швейцарії, складається з 168 витків, закріплених електрозварюванням на 8-вугільної рамі. Струм силою 30 тис. А, що проходить по алюмінієвої котушці, створює магнітне поле потужністю 5 кілогауссов.

Габарити електромагніту, що перевершують висоту 4 поверхового будинку, складають 12х12х12 м, а загальна вага дорівнює 7810 т. На його виготовлення пішло більше металу, ніж на будівництво Ейфелевої вежі.

Вільям Стёрджен і перший в світі електромагніт

Що стосується першого електромагніту, тобто котушки, обтічної струмом і містить всередині залізний сердечник, то його винаходу довелося чекати ще п'ять років. Це пристрій створив Вільям Стерджен.

Він народився в Ланкастері в 1783 р в родині шевця. Батько не приділяв сім'ї жодної уваги; він насолоджувався життям, ловив рибу і мав славу великим любителем півнячих боїв. Молодого Вільяма послали вчитися майстерності до шевця, і той, мабуть, тримав його в чорному тілі. Вільям голодував, і тому, як тільки випала нагода, втік від шевця до військової частини. Було йому тоді дев'ятнадцять років. Через два роки Вільям дослужився до артилериста, він багато Новомосковскл, ставив фізичні і хімічні досліди.

Одного разу, коли їх частина стояла на острові Ньюфаундленд, налетів страшний ураган, що супроводжувався блискавками і громом. Ураган справив на Вільяма несподівано сильне враження і привернув його увагу до електрики.

Електромагніти Джозефа Генрі - Знаменитий Джозеф Генрі (Joseph Henry) перш за все тим, що, захопившись "таємницями" електромагнетизму, став творцем унікальних найпотужніших електромагнітів з фантастичною підйомної силою - від 30 до 1500 кг при власній вазі магніту 10 кг. Один з його електромагнітів, створений в 1831 році, здатний підняти 1000 кг зараз він зберігається в Смітсонівському інституті у Вашингтоні. докладніше >>

Л. Д. Белкінд, О. М. Веселовський, І. Я. конфедератів, Я. А. Шнейберг. Історія енергетичної техніки. М. Л. Госенергоіздат, 1960.

Дякую за Вашу увагу і до зустрічі!