Электромагнит переменного тока принцип действия

Электромагнит переменного тока принцип действия

На производстве и в быту активно применяется автоматизация. Для этого используют исполнительные устройства различных типов, гидравлические, пневматические и электрические. Такие устройства включают, отключают, изменяют режим работы механизмов, систем и устройств. В этой статье мы рассмотрим некоторые электромагнитные исполнительные устройства.

Исполнительные устройства

Для приведения в движение различных механизмов используют электродвигательные и электромагнитные исполнительные механизмы. Для примера электродвигатели используют для автоматического или полуавтоматического управления задвижками, т.н. запорной арматурой на трубопроводах, как газовых, пневматических, водоснабжения и прочего.

Принцип действия электромагнитного исполнительного устройства заключается в совершении работы магнитным полем по перемещению сердечника связанного с исполнительными механизмами.

Общее устройство

Если рассмотреть электромагнитные исполнительные устройства в общем виде, то оно состоит из:

2. Магнитного сердечника.

3. Связанных рабочих механизмов и систем.

Под катушкой подразумевается электромагнитное устройство – катушка, намотанная на оправке медным проводом, внутри которой расположен сердечник. Другое название – соленоид. Такое же устройство имеет реле.

Снаружи соленоида может располагаться магнитопровод, т.н. ферромагнитное ярмо, он нужен для усиления и направления магнитных сил.

Когда по катушке протекает электрический ток, появляется магнитное поле, металлические элементы исполнительной части (якорь или сердечник) втягиваются и выполняется определенная работа. Таким образом, электрический ток преобразовывается в поступательное движение, а такие исполнительные устройства можно назвать поступательным электроприводом.

Стоит отметить, что промышленность изготавливает как устройства для работы в цепях постоянного тока, так и переменного. В принципе в цепях переменного тока широко используются электромагнитные исполнительные устройства, которые содержат выпрямители в своей конструкции. Это связано с тем, что у электромагнитов постоянного тока развивают большее тяговое усилие и имеют большую стабильность при тех же размерах, чем электромагнит переменного тока, а также дешевле в изготовлении.

Также стоит отметить, что большинство представителей электромагнитного привода ограничены двумя конечными положениями сердечника, типа «включено»/«выключено».

Давайте рассмотрим, где встречаются такие исполнительнее устройства, начнем с того, что встречается в быту чаще всего, затем рассмотрим промышленные исполнения.

Втягивающее реле стартера ДВС

В автомобилях для запуска двигателя используют стартер – мощных электропривод постоянного тока. При этом есть две задачи, которые нужно решить для его работы:

1. Стартер – это довольно мощный электродвигатель, его мощность, в зависимости от запускаемого ДВС может различаться от 0.5 кВт на скутерах и легких мотоциклах до 10 кВт на спецтехнике с дизельными двигателями. Такая мощность нужна, чтобы создать достаточный момент, чтобы провернуть коленвал двигателя.

Отсюда возникает проблема пропустить ток такой величины, для этого можно использовать реле, но в реальности делается все несколько иначе, позже мы рассмотрим этот вопрос.

2. Стартер приводит в движение ДВС путем вращения маховика, на котором надет венец – зубчатое кольцо. Стартер соединяется с маховиком с помощью бендикса (это обгонная муфта), он нужен для того, чтобы предотвратить передачу вращательного момента от ДВС на вал стартера.

Когда вы включаете цепь питания стартера, бендикс соединяется с зубцами венца маховика и начинает вращать его, когда двигатель завелся и вы отключаете цепь стартера – он возвращается в исходное положение.

Чтобы решить эти две проблемы одним устройством, на стартере устанавливают втягивающее реле. Во-первых, это реле замыкает силовые контакты (1), через которые и протекает пусковой и рабочий токи стартера. Во-вторых, с подвижной частью реле соединена специальная тяга (2), которая выталкивает бендикс (3) и, с помощью пружины (4), возвращает его обратно.

Электромагнитный замок

Электромагнитный замок позволяет реализовать различные системы безопасности, автоматического отпирания дверей при приближении хозяина или при считывании значения RFID метки, NFC или по другим технологиям связи и идентификации.

Для примера рассмотрим характеристика одного из вариантов. Это электромеханическая защелка.

Технические характеристики довольно интересны, она выдерживает усилие до 1000 кг, при потребляемом токе в 0.32А и напряжении в 12В, это чуть больше 4Вт мощности. Подобные замки пригодятся для организации СКУД или проектов умного дома.

Встречаются и другие варианты электромагнитных замков, работающих на том же принципе.

Они применяются в совокупности с домофонами на входных дверях подъездов.

Электромагнитный клапан

В трубопроводах устанавливаются клапана для контроля прохождения рабочей среды (газа или жидкости). Они бывают нормально-открытыми (пропускают жидкость/газ, когда напряжение не подано) и нормально-закрытыми (пропускают только когда напряжение подано).

При этом нормально-закрытые клапана зачастую конструктивно выполнены с упругой фиксацией, что позволяет избежать повреждения трубопровода при резком изменении давления, т.е. он слегка пропускает рабочую среду, для компенсации резкой смены давления.

При этом в трубопроводах большого давления электромагнитный клапан управляет открытием не основного трубопровода, а пневмо- или гидросистемы, которая отпирает основную силовую часть запорной арматуры.

Таким образом, можно организовать регулировку степени открытия задвижки или крана. Реализация достаточно проста – попеременное открытие подачи в камеру прямого или обратного хода управляющего вещества (пневматики или гидравлики).

По принципу действия их различают:

— прямого действия, срабатывают по нулевом перепаде давления;

— пилотные (непрямого действия), которые срабатывают при минимальном перепаде давления.

— запорные (2/2 ходовые);

— распределяющие трехходовые (3/2 ходовые);

— переключающие клапаны (2/3 ходовые).

Пилотный электромагнитный клапан

Ниже изображена схема нормально-закрытого клапана.

Когда питание катушки не подаётся, клапан остаётся в закрытом положении. Поршень или мембрана под давлением пружины плотно прижаты к своему седлу.

Когда подключают питание к катушке, то возникающие силы противодействуют пружине и клапан открывается. Учтите, что в описании опущен ряд подробностей, которые не касаются электричества.

Ниже изображен нормально-открытый клапан.

Когда напряжение на катушку не подано – он открыт, а когда вы подаете напряжение, он закрывается, этот, как и предыдущий клапан чтобы поддерживать в рабочем состоянии нуждается в удержании питающего напряжения на катушке.

Кроме питания, нужно еще и помнить, о том, что они срабатывают только при перепаде давлений. Может использоваться в отоплении, водоснабжении, пневматических системах.

Электромагнитный клапан прямого действия

Главным отличием является то, что для его открытия/закрытия не нужен перепад давления до и после клапана. Это значит, что могут использоваться как в трубопроводах с давлением и без давления – слив жидкости с емкостей, ресиверов. В них обычно давление слишком маленькое, либо отсутствует.

Бистабильный клапан

Другое название бистабильного клапана – импульсный. Для удержания в открытом/закрытом состояния не требуется удержание управляющего напряжения. Для переключения состояний подают импульс напряжения определенной полярности. Работают в цепях постоянного тока.

Для работы таких клапанов требуется перепад давлений.

Электромагнитный или соленоидный клапан является надежной трубопроводной арматурой с большим ресурсом работы (порядка миллиона переключений).

К тому же отличаются высоким быстродействием (30-500 мс, в зависимости от диаметра), чего не могут обеспечить задвижки, приводящиеся в движение от электродвигателя. Кроме того не требует такого обслуживания и регулярной наладки, установки концевых выключателей как те же задвижки.

Электромагнит

Электромагниты широко используются в металлургии, на производстве и свалках. Это отличный вариант для подъема и переноса металлолома и металлических изделий.

Различают такие виды электромагнитов:

— нейтральные электромагниты – работают от постоянного тока;

— поляризованные электромагниты, работают при наличии двух независимых магнитных потоков – рабочего и поляризирующего;

— электромагнит переменного тока – характерен пульсирующий магнитный поток от нуля до максимума, вибрации якоря.

Как и некоторые типа электродвигателей отличаются включение обмоток:

— последовательным, когда обмотки выполняются толстым проводом с малым количеством витков;

— параллельным, когда обмотки выполняются тонким проводом и большим количеством витков.

Так и по режиму работы:

Заключение

Электромагнитный привод – быстродействующий и дешевый вариант исполнительных механизмов. Также в большинстве своем обладает большей долговечностью, чем электродвигательный привод, по причине отсутствия вращающихся рабочих частей, редукторов.

Ранее ЭлектроВести писали, что к оманда инженеров, представляющих Массачусетский технологический институт представили гибкое приспособление, способное улавливать сигналы Wi-Fi и другие электромагнитные волны, а затем превращать их в переменный ток. По мнению специалистов, устройству с таким источником энергии могут не требоваться более традиционные батареи.

Электромагниты МО

Электромагниты переменного тока серии МО предназначены для удаленной активации тормозных систем. Работают от сети с номинальным показанием напряжения от 220 до 500 В. Изготавливаются из инструментальной стали в соответствии с Государственным Стандартом (№ 15150-69).

Цифровая номенклатура этой серии магнитов обозначает диаметр основного шкива устройства:

• 100 миллиметров для магнита МО-100;
• 200 миллиметров для магнита МО-200;

В зависимости от указанной размерности меняются показатели основных элементов и допустимые режимы работы электромагнитов.

Устройство электромагнитов серии МО

Основными рабочими частями магнитов МО являются проводник магнетического возмущения и катушка магнита. Проводник, или магнитопровод, изготавливается из низкоуглеродистой стали и состоит из фиксатора (ярма) и якоря, который выступает в качестве поворотного механизма. Якорь набирается из параллельных стальных пластин и крепится подвижно на шарнирах ярма.

На верхней части проводника устанавливается катушка магнита, состоящая из плотно скрученных медных проводов. Именно эта часть магнита отвечает за его работу, создавая сильное электромагнитное поле, которое приводит к повороту якоря и замыканию (или размыканию) тормозных колодок.

Как было отмечено выше, электромагнит МО выпускается в нескольких вариантах, различающихся по диаметру шкива — основного крепления тормоза, которое взаимодействует с колодками. Этим обуславливаются некоторые различия в технических характеристиках электромагнитов. В целом, следует учитывать, что МО-100 имеет меньшие размеры и вес, но выдерживает меньшие нагрузки, чем МО-200.

Для защиты подвижных и проводящих частей устройства, на магнит МО устанавливается прочная стальная крышка.

Общий вид электромагнита

I — место приложения усилия; II — шток тормоза;

1 — стойка; 2 — болт;3 — катушка; 4 — болт заземления;

5 — крышка; 6 — якорь; 7 — ярмо; 8 — боковина; 9 — ось;

10 — перемычка; 11 — стойка ярма

Примечание. 180 мм — размер, соответствующий возможному крайнему положению якоря

Принцип работы тормозной системы на базе электромагнитов МО

Через катушку магнита пропускается импульсный переменный ток с возникновением сильного электромагнитного возмущения. Под действием магнитного поля, стальные пластины якоря плотно прижимаются к тормозным колодкам. Дальнейшая работа тормозной системы зависит от рычагов подвески, которые должны сбалансировать нагрузку и предотвратить возможные колебания.

Сфера применения электромагнитов МО

Данная серия тормозных магнитов обладает рядом технических особенностей, обусловленных конструкцией и применяемыми материалами:

• Относительная дешевизна устройства.
• Пригодность к ремонту в рабочем режиме.
• Простота установки и замены электромагнитов.
• Высокая эффективность торможения.

Наибольшее распространение данный тип магнитов получили для управления тормозными системами башенных кранов, грузоподъемников, промышленных станков и других типов специализированной техники.

Рекомендации по эксплуатации однофазных электромагнитов

Электромагнит МО предназначен для работы в широком климатическом диапазоне. Допускается перепад температур в пределах от +45 0 С до -60 0 С, с показателем относительной влажности до ста процентов.

Следует учитывать, что магнит МО нестабильно работает в условиях загрязнения атмосферы токопроводящими дисперсными взвесями из-за нарушения токопроводимости.

Электромагнит

Электромагнит – это устройство, которое при прохождении через него тока, создает магнитное поле.

Электромагниты очень широко используются в промышленности, медицине, быту, электронике в качестве компонентов различных двигателей, генераторов, реле, аудиоколонок, устройств магнитной сепарации, подъемных кранов и др.

Содержание

• История
• Принцип действия
• Устройство
• Классификация
• Сверхпроводящий электромагнит
• Самый мощный электромагнит

История

В 1820 году Эрстед обнаружил, что электрический ток создаёт магнитное поле. А затем, в 1824 году, Уильям Стёржден, создал первый электромагнит. Он представлял из себя кусок железа, который был согнут в форме подковы и на котором было намотано 18 витков медного провода. При подключении к источнику тока, эта конструкция начинала притягивать железные предметы. Причем было замечено, что хотя весил этот электромагнит около 200 гр., он мог притянуть предметы до 4 кг!

Принцип действия

При протекании тока через проводник, вокруг него создается магнитное поле. Это магнитное поле можно усилить, если придать проводнику форму катушки. Но все же это еще не электромагнит. Вот если в эту катушку поместить сердечник из ферромагнитного материала (например, железа), тогда он станет электромагнитом.

Когда ток протекает по обмотке электромагнита, он создает магнитное поле, линии которого пронизывают сердечник, то есть ферромагнитный материал. Под действием этого поля, в сердечнике, мельчайшие области, которые обладают миниатюрными магнитными полями, называющиеся доменами, принимают упорядоченное положение. В результате, их магнитные поля складываются, и образуется одно большое и сильное магнитное поле, способное притянуть большие предметы. Причем, чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле, которое образуется электромагнитом. Но так будет происходить только до магнитного насыщения. Затем при увеличении тока, магнитное поле будет увеличиваться, но незначительно.

Если ток в электромагните убрать, то домены снова примут безупорядоченное положение, но часть их все же останется направленными одинаково. Эти оставшиеся направленными домены, будут создавать небольшое магнитное поле. Это явление называется магнитным гистерезисом.

Устройство

Простейший электромагнит представляет из себя катушку с сердечником из ферромагнитного материала. В нем также присутствует якорь, который служит для передачи механического усилия. Например, в реле, якорь притягивается к электромагниту, и одновременно замыкает контакты.

Так как линии магнитного поля замыкаются на якоре, это еще больше усиливает это магнитное поле.

Классификация

Электромагниты по способу создания магнитного потока делятся на три вида

• Электромагниты переменного тока
• Нейтральные электромагниты постоянного тока
• Поляризованные электромагниты постоянного тока

В электромагнитах переменного тока, магнитный поток изменяется, как по направлению, так и по значению, разница только в том, что изменяется он с удвоенной частотой тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока, направление магнитного потока не зависит от направления тока.

В поляризованных электромагнитах постоянного тока, как вы уже поняли, направление магнитного потока зависит от направления тока. При этом эти электромагниты обычно состоят из двух. Один – постоянный магнит, создает поляризующий магнитный поток, который нужен при отключении основного, рабочего электромагнита.

Сверхпроводящий электромагнит

Отличие сверхпроводящего электромагнита от обычного в том, что в его обмотке, вместо обычно проводника, используется сверхпроводник. При этом его обмотка охлаждена с помощью жидкого гелия до очень низких температур. Его преимущество в том, что ток в нем достигает очень больших значений, благодаря тому, что у сверхпроводника, практически отсутствует сопротивление. Поэтому магнитное поле приобретает большую силу. Эксплуатация таких электромагнитов обходится дешевле, так как в них отсутствуют тепловые потери в обмотке. Сверхпроводящие магниты используются в аппаратах МРТ, ускорителях частиц и в другом научном оборудовании.

Самый мощный электромагнит

На данный момент известно, что самый мощный электромагнит в мире удалось создать в Лос-Аламосе (США). Только представьте, сила этого магнита 100 Тл! Это больше силы магнитного поля Земли в два миллиона раз! Его масса составляет 8200 кг.

Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока

Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами постоянного тока. Такое сравнение даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей электромагнитов.

Сила тяги электромагнитов

При заданной площади сечения полюсов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя величина силы в электромагните переменного тока будет вдвое меньше силы в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазной, так и к многофазным системам. Иными словами, использование стали в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните постоянного тока.

При заданных силе тяги и ходе якоря электромагнит переменного тока получается значительно большей массы, чем электромагнит постоянного тока, так как необходимо взять по крайней мере вдвое больше стали и существенно увеличить объем меди из-за того, что требуется иметь определенную величину мощности.

Необходимый минимум реактивной мощности. Потребляемая электромагнитом переменного тока в момент его включения реактивная мощность однозначно связана с величиной механической работы, которую требуется получить от этого электромагнита, и не может быть снижена путем увеличения его размеров. В электромагнитах постоянного тока такой связи нет, и если не касаться вопроса скорости действия, то потребляемая мощность может быть уменьшена соответствующим увеличением размеров.

Электромагниты переменного тока принципиально более быстродействующие, чем электромагниты постоянного тока обычной конструкции. Это объясняется тем, что электромагнитная постоянная времени у них обычно соизмерима с величиной одного периода переменного тока, а э. д. с. самоиндукции, возникающая при движении якоря, значительно ниже приложенного напряжения.

В электромагнитах постоянного тока время срабатывания может быть уменьшено путем специальных мер, сводящихся к снижению отношения напряжения самоиндукции к приложенному напряжению, уменьшению вихревых токов и т. д. Все это в конечном счете приводит к увеличению потребления электроэнергии, однако, как правило, при одинаковой производимой работе и равных временах срабатывания электромагнит постоянного тока обычно имеет меньшее потребление энергии, чем электромагнит переменного тока.

Влияние вихревых токов

Из-за необходимости предотвратить возникновение чрезмерных потерь от вихревых токов магнитопроводы электромагнитов переменного тока приходится выполнять шихтованными или разрезными, в то время как на постоянном токе это требуется только для быстродействующих электромагнитов.

Такое исполнение магнитопровода приводит к ухудшению заполнения объема сталью, а также предопределяет призматическую форму частей магнитопровода. Последнее вызывает увеличение длины среднего витка обмотки и приводит к некоторым конструктивным и технологическим недостаткам.

Потери на вихревые токи, а также на перемагничивание приводит к увеличению нагрева электромагнита. В электромагнитах постоянного тока все перечисленные выше ограничения отпадают.

Области применения электромагнитов постоянного и переменного тока

В обычных стационарных промышленных установках, питающихся от сети переменного тока (частотой 50 Гц) достаточной мощности, многие из приведенных выше отрицательных моментов не являются препятствием для применения электромагнитов переменного тока.

Большее потребление реактивной мощности в начале хода существенно не отразится на других потребителях. Если в конце хода якоря электромагнита воздушные зазоры незначительны, потребляемая реактивная мощность при притянутом якоре будет невелика.

Принцип работы электромагнитного клапана

Существует распространенное заблуждение в понимании работы клапана: думают что направление магнитного поля определяет направление силы, которая действует на якорь. Ошибка. Ключевой момент: сердечник (якорь и полюс) не является постоянным магнитом, а являются ферромагнетиками. Для всех типов катушек ( постоянный,переменный ток) при подаче тока якорь движется к полюсу. Полярность подключения (для постоянного тока) не влияет на направление движения якоря. Для такой работы сердечник ( якорь и полюс) изготавливают из нержавеющей стали специальной марки (ферритная сталь) AISI 430 F. Обычные сорта нержавеющей стали ( например AISI 304,316) не притягиваются магнитом, но ферритная сталь притягивается магнитом (ферромагнетиком). Нержавеющая сталь обеспечивает защиту от коррозии внутренних частей клапана.

Принцип 1: Магнитное поле

Катушка. Электрический ток протекая по проводнику создает магнитное поле вокруг проводника. Магнитное поле будет малым даже при большом токе. Намотав провод на катушку можно получить сильное магнитное поле. Для соленоидной катушки магнитное поле внутри будет равномерным. Для усиления и концентрации магнитного поля катушку помещают в станину из ферромагнитного материала, обычно из низко углеродистой стали. Станина усиливает магнитное поле катушки.

Сила магнитного поля в катушке:

• пропорциональна току
• пропорциональна количеству витков
• зависит от материала сердечника (якорь и полюс)

Зафиксированная часть сердечника называется Полюсом. При подаче тока на катушку магнитное поле формирует северный и южный полюс на Полюсе и якоре. Поэтому якорь и Полюс начинают двигаться навстречу. Так как Полюс зафиксирован, двигается якорь.
Короткозамкнутый виток. Он необходим для катушки на переменном токе. Полюс и якорь всегда притягиваются друг к другу (как при постоянном токе так и при переменном токе). Но при изменении направление тока (при прохождении нуля) происходит изменение северного и южного полюса на Полюсе и якоре. В этот момент сила притяжения ослабевает. Когда ток будет равен нулю, сила притяжения также будет равна нулю. Катушки на переменном токе издают характерный звук — гудят. Эту проблему дребезга решает короткозамкнутый виток в Полюсе. Изготовляют из меди или серебра. Серебро применяют в клапанах для чая,кофе. Медь для обще технических применений. Серебро и медь не являются ферромагнетиком, в короткозамкнутом витке индуцируется ток сдвинутый на 90 градусов по отношению к току в катушке. Тогда суммарная сила притяжения Полюса и якоря уже будет положительной.
Якорь. Должен быть ферромагнетиком без памяти стойким к среде (не ржаветь), механически крепким.
Пружина. При отсутствии тока между Полюсом и якорем существует зазор, который поддерживается пружиной.
Направляющая якоря. якорь движется в гильзе изготовленной из материала который не намагничивается.

Принцип 2: Баланс сил

Сила развиваемая катушкой должна быть БОЛЬШЕ силы дифференциального давления среды и силы развиваемой пружиной вместе взятых.

Сила дифференциального давления среды равна p*S

• p — дифференциальное давление (разность входного и выходного давления)
• s — площадь прохода

Площадь прохода обратно пропорциональна дифференциальному давлению среды ( при одной и той же катушке). Принцип баланса сил вводит ограничение на конструкцию.

Принцип работы НЗ клапана прямого действия

Клапан имеет два состояния:

• нормальное состояние — закрытый. Оператор — пружина.
• Управляемое состояние — открыт. Оператор — катушка.

для работы не требуется дифференциал давления.

1) Нормальное состояние — поток среды перекрыт

На катушку не подается ток; сила действующая на мембрану равна силе пружины плюс сила дифференциального давления.

2) Управляемое состояние — электромагнитный клапан открывает поток

При подаче напряжения якорь притягивается к полюсу, проход открывается для протока. В каком случае нормально закрытый не сможет открыться? Ответ: если дифференциал давления превысит M.O.P.D. (максимальный дифференциал давления).

Компоненты сервоуправляемого нормально открытого клапана

1. мембрана
2. пружина мембраны

1. выход из клапана
2. проход из выхода клапана в регулирующее отверстие
3. проход из входа клапана в выравнивающее отверстие
4. проход из входа под мембрану
5. проход клапана
6. вход в клапан

1. направляющая якоря
2. якорь
3. полюс
4. закрывающая пружина

1. открывающая пружина
2. обтюратор уплотнения
3. полюс
4. закрывающая пружина
5. якорь
6. направляющая якоря

1. открывающая пружина
2. обтюратор уплотнения
3. уплотнение регулирующего отверстия
4. пружина уплотнения

1. проход к регулирующему отверстию
2. регулирующее отверстие ( связано в выходом клапана)

1. проход к регулирующему
2. регулирующее отверстие
3. проход к выравнивающему
4. выравнивающее отверстие

Конструкция сервоуправляемых клапанов НЗ

1. катушка
2. полюс (фиксированная часть сердечника)
3. пружина
4. якорь (подвижная часть сердечника)
5. уплотнение

1. крышка
2. пружина
3. мембрана

1. корпус

Конструкция сервоуправляемых клапанов НО

1. гайка
2. катушка
3. направляющая якоря
4. якорь
5. закрывающая пружина
6. полюс
7. обтюратор уплотнения
8. пружина уплотнения
9. поддержка уплотнения
10. уплотнение регулирующего отверстия
11. открывающая пружина
12. винты
13. крышка клапана
14. пружина мембраны
15. мембраны
16. направляющий цилиндр
17. корпус клапана

Конструкция клапана прямого действия

1. катушка
2. полюс (фиксированная часть сердечника)
3. пружина
4. якорь (подвижная часть сердечника)
5. мембрана
6. корпус

Чертеж клапана прямого действия

1. Гайка
2. Полюс
3. Катушка
4. Медное кольцо
5. Якорь
6. Пружина
7. Направляющая гильза.
8. Мембрана
9. Выход клапана
10. Вход клапана

Электромагнитный клапан

Электромагнит переменного тока принцип действия

Электромагнит создает магнитное поле с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Для того чтобы усилить это поле и направить магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали.

Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность — от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Особой областью применения электромагнитов являются электромагнитные механизмы. В них электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения рабочего органа или поворота его в пределах ограниченного угла, или для создания удерживающей силы.

Примером подобных электромагнитов являются тяговые электромагниты, предназначенные для совершения определенной работы при перемещении тех или иных рабочих органов; электромагнитные замки; электромагнитные муфты сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электромагниты, приводящие в действие контактные устройства в реле, контакторах, пускателях, автоматических выключателях; подъемные электромагниты, электромагниты вибраторов и т. п.

В ряде устройств наряду с электромагнитами или взамен их используются постоянные магниты (например, магнитные плиты металлорежущих станков, тормозные устройства, магнитные замки и т. п.).

Электромагниты весьма разнообразны по конструктивным выполнениям, которые различаются по своим характеристикам и параметрам, поэтому классификация облегчает изучение процессов, происходящих при их работе.

В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы электромагниты подразделяются на три группы: электромагниты постоянного тока нейтральные, электромагниты постоянного тока поляризованные и электромагниты переменного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока. Действие электромагнита зависит только от величины этого потока и не зависит от его направления, а следовательно, от направления тока в обмотке электромагнита. При отсутствии тока магнитный поток и сила притяжения, действующая на якорь, практически равны нулю.

Поляризованные электромагниты постоянного тока характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков:(поляризующего и рабочего. Поляризующий магнитный поток в большинстве случаев создается с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используют электромагниты. Рабочий поток возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки. Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, создаваемая поляризующим магнитным потоком. Действие поляризованного электромагнита зависит как от величины, так и от направления рабочего потока, т. е. от направления тока в рабочей обмотке.

Электромагниты переменного тока

В электромагнитах переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока. Магнитный поток, создаваемый обмоткой, по которой проходит переменный ток, периодически изменяется по величине и направлению (переменный магнитный поток), в результате чего сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока.

Однако для тяговых электромагнитов снижение электромагнитной силы ниже определенного уровня недопустимо, так как это приводит к вибрации якоря, а в отдельных случаях к прямому нарушению нормальной работы. Поэтому в тяговых электромагнитах, работающих при переменном магнитном потоке, приходится прибегать к мерам для уменьшения глубины пульсации силы (например, применять экранирующий виток, охватывающий часть полюса электромагнита).

Кроме перечисленных разновидностей, в настоящее время большое распространение получили электромагниты с выпрямлением тока, которые по питанию могут быть отнесены к электромагнитам переменного тока, а по своим характеристикам приближаются к электромагнитам постоянного тока. Поскольку все же имеются некоторые специфические особенности их работы.

В зависимости от способа включения обмотки различают электромагниты с последовательными и параллельными обмотками.

Обмотки последовательного включения , работающие при заданном токе, выполняются с малым числом витков большого сечения. Ток, проходящий по такой обмотке, практически не зависит от ее .параметров, а определяется характеристиками потребителей, включенных .последовательно с обмоткой.

Обмотки параллельного включения , работающие при заданном напряжении, имеют, как правило, весьма большое число витков и выполняются из провода малого сечения.

По характеру работы обмотки электромагниты разделяются на работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах.

По скорости действия электромагниты могут быть с нормальной скоростью действия, быстродействующие и замедленно действующие. Это разделение является несколько условным и свидетельствует главным образом о том, приняты ли специальные меры для получения необходимой скорости действия.

Все перечисленные выше признаки накладывают свой отпечаток на особенности конструктивных выполнений электромагнитов.

Вместе с тем при всем разнообразии встречающихся на практике электромагнитов они состоят из основных частей одинакового назначения. К ним относятся катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой (может быть несколько катушек и несколько обмоток), неподвижная часть магнитопровода, выполняемого из ферромагнитного материала (ярмо и сердечник) и подвижная часть магнитопровода (якорь). В некоторых случаях неподвижная часть магнитопровода состоит из нескольких деталей (основания, корпуса, фланцев и т. д.). а)

Якорь отделяется от остальных частей магнитопровода воздушными промежутками и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электромагнитное усилие, передает его соответствующим деталям приводимого в действие механизма.

Количество и форма воздушных промежутков, отделяющих подвижную часть магнитопровода от неподвижной, зависят от конструкции электромагнита. Воздушные промежутки, в которых возникает полезная сила, называются рабочими; воздушные промежутки, в которых не возникает усилия в направлении возможного перемещения якоря, являются-паразитными.

Поверхности подвижной или неподвижной части магнитопровода, ограничивающие рабочий воздушный промежуток, называют полюсами.

В зависимости от расположения якоря относительно остальных частей электромагнита различают электромагниты с внешним притягивающимся якорем, электромагниты со втягивающимся якорем и электромагниты с внешним поперечно движущимся якорем.

Характерной особенностью электромагнитов с внешним притягивающимся якорем является внешнее расположение якоря относительно обмотки. На него действует главным образом рабочий поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. Характер перемещения якоря может быть вращательным (например, клапанный электромагнит) или поступательным. Потоки рассеяния (замыкающиеся помимо рабочего зазора) у таких электромагнитов практически не создают тягового усилия, и поэтому их стремятся уменьшить. Электромагниты этой группы способны развивать достаточно большое усилие, но обычно применяются при сравнительно небольших рабочих ходах якоря.

Особенностью электромагнитов со втягивающимся якорем являются частичное расположение якоря в своем начальном положении внутри катушки и дальнейшее перемещение его в катушку в процессе работы. Потоки рассеяния у таких электромагнитов, особенно при больших воздушных зазорах, создают определенное тяговое усилие, в результате чего они являются полезными, особенно при сравнительно больших ходах якоря. Такие электромагниты могут выполняться со стопом или без него, причем форма поверхностей, образующих рабочий зазор, может быть различной в зависимости от того, какую тяговую характеристику нужно получить.

Наибольшее распространение получили электромагниты с плоскими и усеченно коническими полюсами, а также электромагниты без стопа. В качестве направляющей для якоря чаще всего применяется трубка из немагнитного материала, создающая паразитный зазор между якорем и верхней, неподвижной, частью магнитопровода.

Электромагниты со втягивающимся якорем могут развивать усилия и иметь ход якоря, изменяющиеся в очень большом диапазоне, что обусловливает их широкое распространение.

В электромагнитах с внешним поперечно движущимся якорем якорь перемещается поперек магнитных силовых линий, поворачиваясь на некоторый ограниченный угол. Такие электромагниты обычно развивают сравнительно небольшие усилия, но они позволяют путем соответствующего согласования форм полюсов и якоря получать изменения тяговой характеристики и высокий коэффициент возврата.

В каждой из трех перечисленных групп электромагнитов в свою очередь имеется ряд конструктивных разновидностей, связанных как с характером протекающего по обмотке тока, так и с необходимостью обеспечения заданных характеристик и параметров электромагнитов.

Принцип работы электромагнитного контактора

Контактором называют электротехнический прибор, который используется для включения и выключения силовых электроцепей постоянного и переменного тока на расстоянии. При нормальном режиме работа контактора позволяет включать и отключать силовые электрические цепи достаточно часто – в некоторых случаях до 1500 раз в час, что позволяет использовать их в управлении высокомощных двигателей, например в электровозах, трамвайных и троллейбусных вагонах, тепловозах, лифтах и др.

Сегодня широко используются контакторы переменного тока, чаще всего трехполюсные устройства, хотя бывают и устройства с двумя, четырьмя и пятью полюсами. Двухполюсные и однополюсные контакторы постоянного тока используются значительно реже.

В зависимости от типа привода контактной системы, контакторы бывают электромагнитными, пневматическими и гидравлическими. Среди всех разновидностей в качестве основных коммутирующих аппаратов применяются именно электромагнитные контакторы ввиду их универсальности, износостокости и эффективности. Работа контактора этого типа базируется на действии электромагнитов.

Основные элементы электромагнитного контактора:

• электромагнитная система;
• главные контакты;
• блок-контакты;
• дугогасительное устройство;
• втягивающая катушка.

Принцип работы контактора

Внешне контактор представляет собой катушку проводов, внутри которой расположен сердечник, или цилиндр, подсоединенный механическим образом к электрическим контактам замыкания и размыкания. Контакты замыкания замыкают цепь, по которой течет ток, а контакты размыкания, наоборот, размыкают ее, останавливая ток. Тонкостенный каркас из меди или стали обеспечивает механическую прочность катушке и оптимальные условия для охлаждения элементов прибора.

Работа контактора основана на двух противоположных действиях. На электромагнитную катушку подается напряжение, после чего сердечник, под действием магнитного поля, начинает двигаться вверх, и цепь замыкается, что приводит к появлению в цепи тока и включению электродвигателя или другого подключенного оборудования. После отключения подачи электроэнергии благодаря системе пружин сердечник принимает свое первоначальное положение, основная цепь размыкается, и электрооборудование отключается.

Включение и отключение контактора производится посредством кнопочного устройства с двумя кнопками – «Пуск» черного цвета и «Стоп» красного. При нажатии на кнопку «Пуск» контакты, присоединенные к кнопке, замыкаются, а при нажатии на кнопку «Стоп» – размыкаются. Замыкание контактов приводит к подаче напряжения на катушку контактора и замыканию в ней силовых контактов, которые остаются во включенном состоянии, даже после того как кнопка возвращается в исходное положение – благодаря вспомогательным блок-контактам.

Существует принципиальное отличие в названиях цепей, участвующих в работе системы. Катушка получает питание от цепи управления, напряжение в которой может быть самым разным – чаще всего 230 В. В свою очередь цепь, в которой замыкается контакт, называют силовой цепью, так как она пропускает ток большей силы, чем ток в цепи управления.