Пропустить ток через сердечник электромагнита

Пропустить ток через сердечник электромагнита

Магнитное поле электрического тока

Магнитное поле создается не только естественными или искусственными постоянными магнитами, но и проводником, если по нему проходит электрический ток. Следовательно, существует связь между магнитными и электрическими явлениями.

Убедиться в том, что вокруг проводника, по которому проходит ток, образуется магнитное поле, нетрудно. Над подвижной магнитной стрелке параллельно ей поместите прямолинейный проводник и пропустите через него электрический ток. Стрелка займет положение, перпендикулярное проводнику.

Какие же силы могли заставить повернуться магнитную стрелку? Очевидно, силы магнитного поля, возникшего вокруг проводника. Выключите ток, и магнитная стрелка займет свое обычное положение. Это говорит о том, что с выключением тока исчезло и магнитное поле проводника.

Таким образом, проходящий по проводнику электрический ток создает магнитное поле. Чтобы узнать, в какую сторону отклонится магнитная стрелка, применяют правило правой руки. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы направление тока совпадало с направлением пальцев, то отогнутый большой палец покажет направление отклонения северного полюса магнитной стрелки, помещенной под проводником. Пользуясь этим правилом и зная полярность стрелки, можно определить также направление тока в проводнике.

М агнитное поле прямолинейного проводника имеет форму концентрических кругов. Если расположить над проводником правую руку ладонью вниз так, чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс магнитной стрелки . Такое поле называется круговым магнитным полем.

Направление силовых линий кругового поля зависит от направления электрического тока в проводнике и определяется так называемым правилом «буравчика» . Если буравчик мысленно ввинчивать по направлению тока, то направление вращения его ручки будет совпадать с направлением магнитных силовых линий поля. Применяя это правило, можно узнать направление тока в проводнике, если известно направление силовых линий поля, созданного этим током.

Возвращаясь к опыту с магнитной стрелкой, можно убедиться в том, что она всегда располагается своим северным концом по направлению силовых линий магнитного поля.

Итак, вокруг прямолинейного проводника, по которому проходит электрический ток, возникает магнитное поле. Оно имеет форму концентрических кругов и называется круговым магнитным полем.

Соленои д. Магнитное поле соленоида

В электротехнике мы имеем дело с различного рода катушками, состоящими из ряда витков. Для изучения интересующего нас магнитного поля катушки рассмотрим сначала, какую форму имеет магнитное поле одного витка.

Магнитное поле возникает вокруг любого проводника независимо от его формы при условии, что по проводнику проходит электрический ток.

Представим себе виток толстого провода, пронизывающий лист картона и присоединенный к источнику тока. Когда через виток проходит электрический ток, то вокруг каждой отдельной части витка образуется круговое магнитное поле. По правилу «буравчика» нетрудно определить, что магнитные силовые линии внутри витка имеют одинаковое направление (к нам или от нас, в зависимости от направления тока в витке), причем они выходят с одной стороны витка и входят в другую сторону. Ряд таких витков, имеющий форму спирали, представляет собой так называемый соленоид (катушку) .

Вокруг соленоида, при прохождении через него тока, образуется магнитное поле. Оно получается в результате сложения магнитных полей каждого витка и по форме напоминает магнитное поле прямолинейного магнита. Силовые линии магнитного поля соленоида, так же как и в прямолинейном магните, выходят из одного конца соленоида и возвращаются в другой. Внутри соленоида они имеют одинаковое направление. Таким образом, концы соленоида обладают полярностью. Тот конец, из которого выходят силовые линии, является северным полюсом соленоида, а конец, в который силовые линии входят, — его южным полюсом.

Полюса соленоида можно определить по правилу правой руки , но для этого надо знать направление тока в его витках. Если наложить на соленоид правую руку ладонью вниз, так чтобы ток как бы выходил из пальцев, то отогнутый большой палец укажет на северный полюс соленоида . Из этого правила следует, что полярность соленоида зависит от направления тока в нем. В этом нетрудно убедиться практически, поднеся к одному из полюсов соленоида магнитную стрелку и затем изменив направление тока в соленоиде. Стрелка моментально повернется на 180°, т. е. укажет на то, что полюсы соленоида изменились.

Соленоид обладает свойством втягивать в себя легкие ж е лезные предметы. Если внутрь соленоида поместить стальной брусок, то через некоторое время под действием магнитного поля соленоида брусок намагнитится. Этот способ применяют при изготовлении постоянных магнитов.

Электромагнит представляет собой катушку (соленоид) с помещенным внутрь нее железным сердечником. Формы и размеры электромагнитов разнообразны, однако общее устройство всех их одинаково.

Катушка электромагнита представляет собой каркас, изготовленный чаще всего из прессшпана или фибры и имеющий различные формы в зависимости от назначения электромагнита. На каркас намотана в несколько слоев медная изолированная проволока — обмотка электромагнита. Она имеет различночисло витков и изготовляется из проволоки различного диаметра, в зависимости от назначения электромагнита.

Для предохранения изоляции обмотки от механических повреждений обмотку покрывают одним или несколькими слоями бумаги или каким-либо другим изолирующим материалом. Начало и конец обмотки выводят наружу и присоединяют к выводным клеммам, укрепленным на каркасе, или к гибким проводникам с наконечниками на концах.

Катушка электромагнита насажена на сердечник из мягкого, отожженного железа или сплавов железа с кремнием, никелем и т. д. Такое железо обладает наименьшим остаточным магнетизмом. Сердечники чаще всего делают составными из тонких листов, изолированных друг от друга. Формы сердечников могут быть различными, в зависимости от назначения электромагнита.

Если по обмотке электромагнита пропустить электрический ток, то вокруг обмотки образуется магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник сделан из мягкого железа; то он намагнитится мгновенно. Если затем выключить ток, то магнитные свойства сердечника также быстро исчезнут, и он перестанет быть магнитом. Полюсы электромагнита, как и соленоида, определяются по правилу правой руки. Если в обмотке электромагнита и зм енить направление тока, то в соответствии с этим изменится и полярность электромагнита.

Действие электромагнита подобно действию постоянного магнита. Однако между ними есть большая разница. Постоянный магнит всегда обладает магнитными свойствами, а электромагнит — только тогда, когда по его обмотке проходит электрический ток.

Кроме того, сила притяжения постоянного магнита неизменна , так как неизменен магнитный поток постоянного магнита. Сила же притяжения электромагнита не является величиной постоянной. Один и тот же электромагнит может обладать различной силой притяжения. Сила притяжения всякого магнита зависит от величины его магнитного потока.

С ила притяжения электромагнита , а следовательно, и его магнитный поток зависят от величины тока, проходящего через обмотку этого электромагнита. Чем больше ток, тем больше сила притяжения электромагнита, и, наоборот, чем меньше ток в обмотке электромагнита, тем с меньшей силой он притягивает к себе магнитные тела.

Но для различных по своему устройству и размерам электромагнитов сила их притяжения зависит не только от величины тока в обмотке. Если, например, взять два электромагнита одинакового устройства и размеров, но один с небольшим числом витков обмотки, а другой — с гораздо большим, то нетрудно убедиться, что при одном и том же токе сила притяжения последнего будет гораздо больше. Действительно, чем больше число витков обмотки, тем большее при данном токе создается вокруг этой обмотки магнитное поле, так как оно слагается из магнитных полей каждого витка. Значит, магнитный поток электромагнита, а следовательно, и сила его притяжения будут тем больше, чем большее количество витков имеет обмотка.

Есть еще одна причина, влияющая на величину магнитного потока электромагнита. Это — качество его магнитной цепи. Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь обладает определенным магнитным сопротивлением . Магнитное сопротивление зависит от магнитной проницаемости среды, через которую проходит магнитный поток. Чем больше магнитная проницаемость этой среды, тем меньше ее магнитное сопротивление.

Так как м агнитная проницаемость ферромагнитных тел (железа, стали) во много раз больше магнитной проницаемости воздуха, поэтому выгоднее делать электромагниты так, чтобы их магнитная цепь не содержала в себе воздушных участков. Произведение силы тока на число витков обмотки электромагнита называется магнитодвижущей силой . Магнитодвижущая сила измеряется числом ампер-витков.

Например, по обмотке электромагнита, имеющего 1200 витков, проходит ток силой 50 ма. М агнитодвижущая сила такого электромагнита равна 0,05 х 1200 = 60 ампер-витков.

Действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы в электрической цепи. Подобно тому как ЭДС является причиной возникновения электрического тока, магнитодвижущая сила создает магнитный поток в электромагните. Точно так же, как в электрической цепи с увеличением ЭДС увеличивается ток в цени, так и в магнитной цепи с увеличением магнитодвижущей силы увеличивается магнитный поток.

Действие магнитного сопротивления аналогично действию электрического сопротивления цепи. Как с увеличением сопротивления электрической цепи уменьшается ток, так и в магнитной цепи увеличение магнитного сопротивления вызывает уменьшение магнитного потока.

Зависимость магнитного потока электромагнита от магнитодвижущей силы и его магнитного сопротивления можно выразить формулой, аналогичной формуле закона Ома: магнитодвижущая сила = (магнитный поток / магнитное сопротивление )

Магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление.

Число витков обмотки и магнитное сопротивление для каждого электромагнита есть величина постоянная. Поэтому магнитный поток данного электромагнита изменяется только с изменением тока, проходящего по обмотке. Так как сила притяжения электромагнита обусловливается его магнитным потоком, то, чтобы увеличить (или уменьшить) силу притяжения электромагнита, надо соответственно увеличить (или уменьшить) ток в его обмотке.

Поляризованный электромагнит представляет собой соединение постоянного магнита с электромагнитом. Он устроен таким образом. К полюсам постоянного магнита прикреплены так называемые полюсные надставки из мягкого железа. Каждая полюсная надставка служит сердечником электромагнита , на нее насаживается катушка с обмоткой. Обе обмотки соединяются между собой последовательно.

Так как полюсные надставки непосредственно присоединены к полюсам постоянного магнита, то они обладают магнитными свойствами и при отсутствии тока в обмотках; при этом сила притяжения их неизменна и обусловливается магнитным потоком постоянного магнита.

Действие поляризованного электромагнита заключается в том, что при прохождении тока по его обмоткам сила притяжения его полюсов возрастает или уменьшается в зависимости от величины и направления тока в обмотках. На этом свойстве поляризованного электромагнита основано действие электромагнитных поляризованных реле и других электротехнических устройств .

Действие магнитного поля на проводник с током

Если в магнитное поле поместить проводник так, чтобы он был расположен перпендикулярно силовым линиям поля, и пропустить по этому проводнику электрический ток, то проводник придет в движение и будет выталкиваться из магнитного поля.

В результате взаимодействия магнитного поля с электрическим током проводник приходит в движение, т. е. электрическая энергия превращается в механическую.

Сила, с которой проводник выталкивается из магнитного поля, зависит от величины магнитного потока магнита, силы тока в проводнике и длины той части проводника, которую пересекают силовые линии поля. Направление действия этой силы, т. е. направление движения проводника, зависит от направления тока в проводнике и определяется по правилу левой руки.

Если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника . Применяя это правило, надо помнить, что силовые линии поля выходят из северного полюса магнита.

Источник

Ограничение тока электромагнита

Данное устройство предназначено для ограничения тока, протекающего через электромагнит постоянного тока. Это связано с тем, что, в отличие от электромагнитов переменного тока, через электромагнит постоянного тока протекает ток, величина которого определяется только активным сопротивлением провода, из которого намотана катушка электромагнита. Как правило вследствие этого мощные электромагниты постоянного тока, без применения специальных мер, рассчитываются на работу в кратковременном режиме и даже при непродолжительной работе в режиме удержания очень сильно греются.

Такая история и приключилась. На одном из швейных предприятий используются прямострочные машинки фирмы JACK. Эта китайская фирма не вызывающая сомнений в своей репутации. Тем не менее используемые в машинках этой фирмы электромагниты очень сильно греются. Дошло до того, что электромагниты просто отключили, а возложенную на них функцию выполняют вручную.Понятно, что при этом падает производительность, да и работу это усложняет. Поэтому решили электромагниты вернут, снабдив их небольшой схемой. Ну это, конечно, не ограничивает применение данной схемы только в швейных машинках. Она может пригодится везде, где используются электромагниты постоянного тока (кто как, а я иногда использую автомобильные электромагниты).

Пару слов про физику работы электромагнита. При подаче напряжения на катушку электромагнита возникает магнитное поле, которое с определенным усилием притягивает магнитный сердечник. Зазор между катушкой и сердечником уменьшается, соответственно для создания заданного усилия уже требуется меньший магнитный поток. Величина создаваемого магнитного потока определяется током, протекающим через катушку. Как правило ток, необходимый для создания усилия при начале срабатывания, и ток, необходимый для удержания сердечника, различаются в несколько раз. Но поскольку у нас электромагнит постоянного тока, то протекающий ток не изменяется и электромагнит развивает излишнее усилие и при этом усиленно греет окружающий воздух.

Разработанная схема включается в разрыв плюсового провода электромагнита (минусовой бывает соединен с корпусом оборудования) и обеспечивает:
— кратковременную подачу на электромагнит полного напряжения, для создания полного усилия для совершения электромагнитом возложенной работы;
— подачу на электромагнит напряжения, достаточного, чтобы создать ток для режима удержания.

Схема реализована на микросхеме NE556, содержащей в себе два таймера NE555.

Первый таймер U1:A формирует задержку при подаче питания, в течение которой запрещена работа второго таймера U1:B и на электромагнит (по схеме заменен лампой L1) подается полное напряжение. По окончании задержки разрешается работа таймера U1:B включенного в режиме генератора и на электромагнит начинает поступать импульсное напряжение. Скважность импульсов определяется потенциометром RV1 и выбирается такой, чтобы обеспечить магнитный поток электромагнита достаточным для удержания сердечника. Работа таймера NE555 многократно описана в интернете, поэтому я не описываю досконально как и на что влияет каждый радиоэлемент. Просто продемонстрирую работу на видео.

Все элементы расположены на печатной плате размером 38*25 мм. Схема не критична к номиналам деталей. Транзисторы можно применять практически любые соответствующей структуры. Естественно полевой транзистор должен быть рассчитан на протекающий ток.

Вместо корпуса вся плата помещена в термоусадочный кембрик.

В кембрике проделано отверстие для регулировки потенциометра.

В архиве к статье приложены файл печатной платы и схема в Proteus.

Источник

Пропустить ток через сердечник электромагнита

При пропускании электрического тока через катушку помещенный внутри ее стальной сердечник приобретает свойства естественного магнита

Степень намагничивания стального сердечника, определяемая величиной проходящего через него магнитного потока, о которой судят по максимальной массе притя-гиваемого груза (грузоподъемная сила электромагнита), зависит от величины тока, пропускаемого через катушку, числа витков и температуры катушки, химического состава, формы, размеров и температуры поднимаемого груза.

Катушка без стального сердечника также будет обладать магнитными свойствами — притягивать к себе ферромагнитные тела, но сила притяжения при одном и том же токе, проходящем через нее, значительно меньше, чем у катушки со стальным сердечником. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость воздуха намного меньше, чем стального (ферромагнитного) сердечника.

Магнитный поток электромагнита определяется намагничивающей силой F, ампервитки:

где I — ток, проходящий через его катушку, A; w — число витков катушки, а также магнитной проницаемости цепи, состоящей из сердечника электромагнита и поднимаемого груза.

Магнитная проницаемость не является постоянной величиной и зависит от величины намагничивающей силы. С ростом намагничивающей силы магнитная проницаемость сначала резко возрастает, достигает своей максимальной величины, после чего наступает насыщение; увеличение дает незначительное увеличение магнитного потока до того момента, когда увеличение намагничивающей силы практически не сопровождаетсядальнейшимувеличениеммагнитного потока.

Примерный расчет грузоподъемной силы электромагнита можно провести по следующей формуле:

где S — площадь соприкосновения между полюсами магнита и поднимаемой плитой, см²; Ф — магнитный поток, Вб, равный

Rm — магнитное сопротивление цепи электромагнита.

Магнитное сопротивление возрастает с увеличением длины силовых линий магнитного потока и числа воздушных промежутков, находящихся на пути магнитного потока, и уменьшается с увеличением сечения и повышения магнитной проницаемости материала, по которому проходит магнитный лоток.

Длина силовых линий магнитного потока и сечение, по которому проходит этот поток, определяются конструкцией и размерами электромагнита, а число и размеры воздушных промежутков зависят от формы поднимаемого груза. На рис. 1,а показано расположение магнитных силовых линий при поднимании плиты (слитка), а на рис. 1,б — при поднимании скрапа. В последнем случае магнитное сопротивление настолько возрастает, что электромагнит поднимает груз в несколько раз меньше массы плиты или слитка.

Ниже приведены данные грузоподъемности электромагнита в зависимости от характера поднимаемого груза, %:

Грузоподъемная сила электромагнита при прочих равных условиях пропор-циональна величине тока, проходящего через его катушку. При заданном напря-жении эта величина зависит от электрического сопротивления катушки, кото-рое возрастает с повышением температуры. Сопротивление катушки при мак-симально допустимой температуре для грузовых электромагнитов может воз-расти в 1,4 – 1,6 раз по сравнению с холодной катушкой. В таком же соотно-шении снизится ток, намагничивающая сила и грузоподъемная сила электромаг-нита. Так как с повышением температуры поднимаемого груза снижается его магнитная проницаемость (достигая нуля при температуре, близкой к 750 °С), то соответственно этому снижается грузоподъемная сила электромагнита.

Питание электромагнита производится постоянным током. Питание может производиться также переменным током, но в этом случае предусматривается соответствующая выпрямительная установка. В качестве последних применяют полупроводниковые установки, выполненные по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямления.

Для освобождения от груза иногда оказывается недостаточным отключить пита-ние электромагнита. Из-за остаточного магнетизма в сердечнике электромагнита и поднимаемом грузе магнитный поток не снижается до нуля, а составляет некоторую величину, определяемую свойствами материала сердечника и поднимаемого груза, и это может оказаться достаточным, чтобы груз (или часть груза) остался притянутым к электромагниту. Для полного освобождения от груза необходимо на короткое время «перемагнитить» электромагнит, т. е. пропустить ток через его катушку в обратном направлении. При этом, когда магнитный поток снизится до нуля, груз отпадет. Величина этого тока, называемого «обратным» током, составляет 12—20% рабочего тока.

При отключении электромагнита происходит быстрое снижение магнитного потока, наводящее в катушке электромагнита электромагнитную силу самоиндук-ции. Величина индуктированного напряжения возрастает при быстром отключении тока и в некоторых случаях может достигнуть 3000 – 4000 В, т.е. в 15—18 раз превысит номинальное напряжение, что не исключает возможности пробоя изоляции катушки электромагнита.

В блоках управления электромагнитом, разработанных в советские времена, для ограничения величины перенапряжения параллельно катушке электромагнита подключалось так называемое разрядное сопротивление. При величине разрядного сопротивления, в 5—6 раз превышающей сопротивление катушки электромагнита, перенапряжение практически снижалось до 700 – 800 В. Так как разрядное сопро¬тивление постоянно подключено к электромагниту, то при его работе оно потребляет дополнительный ток.

В начале 90-х годов Трегубовым Дмитрием Анатольевичем, в настоящий момент генеральный директор ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл”, был разработан и запатентован первый тиристорный блок управления электромагнитом, нашедший широкое практическое применение.
Благодаря применению тиристоров, энергия, возникающая в катушке электромагнита при его отключении, через шунтирующий тиристор возвращает в сеть. Подобное схемное решение позволило увеличить срок эксплуатации электромагнита.

Повреждения электромагнитов в большинстве случаев заключаются в нарушении изоляции между витками и секциями катушки, а также между катуш-кой и корпусом или токоподводом и корпусом электромагнита.

Как указывалось, при отключении магнита возникает повышенное разрядное напряжение. Для его снижения к катушке подсоединяется разрядное сопро-тивление. Однако изоляция катушки и токоподводов должна противостоять (соот-ветственно толщинам устанавливаемой изоляции и изоляционным расстояниям) не сниженному разрядному напряжению, а полному, если по каким-либо причинам разрядное сопротивление может оказаться отключенным или поврежденным.

Одной из причин нарушения изоляции может быть плохая герметизация объема, занятого катушкой, что приводит к вытеканию электроизоляционной массы или ухудшению ее электроизоляционных и механических свойств вследствие попадания влаги через неплотности. Влага снижает электрическую надежность витковой, межсекционной и корпусной изоляции.

Кроме того, при недостаточном закреплении катушки нарушению изоляции в немалой степени способствуют перемещение и деформация секций, происходящие из-за тепловых расширений катушки и от неизбежных сотрясений и ударов электромагнита о груз. Поэтому продолжительность безаварийной работы электромагнита зависит от того, как надежно герметизирован электромагнит, как прочно укреплена в нем катушка и выводы, и насколько доброкачественна электро-изоляционная масса.

Основное назначение электроизоляционной заливочной массы препятствовать увлажнению изоляции, что способствует сохранению её высоких электрических и механических качеств. Помимо этого улучшается теплоотвод от катушки, а при достаточной твердости массы при рабочих температурах ограничиваются возможности деформации катушки, что ведет к сохранению изоляции.

Применяемая на предприятии ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл” технология заливки катушки значительно уменьшила количество межвитковых коротких замыканий, пробоев на корпус воздушных включений (в следствии чего уменьшилось количество попадаемой в электроизоляционную массу влаги), улучшила механическую прочность катушки к ударам, что в свою очередь увеличило срок службы электромагнита и уменьшило количество ремонтов.

Источник



Как сделать электромагнит в домашних условиях

Электромагнит – искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.

Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.

Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.

Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками?

Как работает электромагнит (теория)

Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.

Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.

Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.

Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.

Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.

Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:

где F – сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B – индукция, Тл; S – площадь сечения электромагнита, м2.

То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:

Здесь U0 – магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U – магнитная проницаемость среды, N/L – число витков на единицу длины соленоида, I – сила тока.

Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника – средой является воздух.

Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.

В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.

Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!

Всё что нужно запомнить для начала – это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит магнитная индукция, а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.

Практика

Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.

Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного – нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером – будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.

Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.

В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.

10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:

1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.

2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество – магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.

3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле – R=p*L/S

4. Если ток будет слишком большим – катушка сгорит

5. При постоянном токе – ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.

6. При работе на переменном токе – электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты – для уменьшения потерь и токов Фуко.

7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.

8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.

9. Сердечники электромагнитов постоянного тока

10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.

3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике

Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит – использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник – болт или гвоздь.

Второй вариант – использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах – реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать – снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.

Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки магнитных пускателей и контакторов, они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.

Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, нихромовой спирали.

Источник