Электромагниты

Сила тяги электромагнитов

Сила, с которой электромагнит притягивает ферромагнитные материалы, зависит от магнитного потока Ф или, что то же самое, от индукции B и площади сечения электромагнита S. Сила тяги электромагнита определяется по формуле

где F – сила тяги электромагнита, 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.

1. Электромагнит крана представляет собой магнитную цепь (рис. 1). Какую подъемную силу имеет подковообразный электромагнит крана, если магнитная индукция B=1 Тл, а площадь сечения каждого полюса электромагнита S=0,02 м2 (рис. 1, б)? Влиянием зазора между электромагнитом и якорем пренебречь.

Рис. 1. Грузоподъемный электромагнит

F=40550∙B^2∙S; F=40550∙1^2∙2∙0,02=1622 кГ.

2. Круглый электромагнит из литой стали имеет размеры, указанные на рис. 2, а и б. Подъемная сила электромагнита равна 3 Т. Определить площадь сечения сердечника электромагнита, н. с. и число витков катушки при намагничивающем токе I=0,5 А.

Рис. 2. Круглый электромагнит

Магнитный поток проходит по круглому внутреннему сердечнику и возвращается по цилиндрическому кожуху. Площади сечений сердечника Sс и кожуха Sк приблизительно одинаковы, поэтому и величины индукции в сердечнике и кожухе практически одинаковы:

Sс=(π∙40^2)/4=(3,14∙1600)/4=1256 см2 =0,1256 м2,

Sк=((72^2-60^2)∙π)/4=3,14/4∙(5184-3600)=1243,5 см2 =0,12435 м2;

S=Sс+Sк=0,24995 м2 ≈0,25 м2.

Необходимую индукцию в электромагните определим по формуле F=40550∙B^2∙S,

откуда B=√(F/(40550∙S))=√(3000/(40550∙0,25))=0,5475 Тл.

Напряженность при этой индукции находится по кривой намагничивания литой стали:

Средняя длина силовой линии (рис. 2, б) lср=2∙(20+23)=86 см =0,86 м.

Намагничивающая сила I∙ω=H∙lср=180∙0,86=154,8 Ав; I=(I∙ω)/I=154,8/0,5=310 А.

В действительности н. с, т. е. ток и число витков, должна быть во много раз больше, так как между электромагнитом и якорем неизбежен воздушный зазор, который сильно увеличивает магнитное сопротивление магнитной цепи. Поэтому при расчете электромагнитов необходимо учитывать воздушный зазор.

3. Катушка электромагнита для крана имеет 1350 витков, по ней течет ток I=12 А. Размеры электромагнита указаны на рис. 3. Какой груз поднимает электромагнит на расстоянии 1 см от якоря и какой груз он может удержать после притяжения?

Изготовление электромагнита в домашних условиях

Для изготовления электромагнита своими руками в начале необходимо подобрать материал для сердечника. Наиболее простым и подходящим вариантом будет гвоздь больших размеров, длиной от 100 до 200 мм. Его нужно вначале сильно разогреть, а потом дать остыть и очистить от окалины. После этого гвоздь сгибается ровно пополам, а шляпка и кончик отпиливают ножовкой.

Вторым этапом будет изготовление катушки. Конструкция катушки включает следующие элементы: бумажная шейка прямоугольной формы (48х37 мм), бумажные упорные венчики (48х3 мм) и картонные ободки круглой формы с отверстием в середине. Их наружный и внутренний диаметр соответственно будет 19 и 7 мм.

После подготовки деталей можно приступать к сборке электромагнита. Шейка с более узкой стороны наматывается на гвоздь в свободном состоянии и фиксируется клеем. Далее на нижнюю и верхнюю часть шейки надеваются картонные ободки. Упорные венчики смазываются клеем, наматываются по краям шейки и приклеивается к ободкам. Клей на всех участках должен хорошо высохнуть.

Для обмотки подойдет провод, длиной примерно 15-20 метров. Проволоку наматывают на катушку с таким расчетом, чтобы по краям оставались концы по 10 сантиметров. Намотка должна быть ровной, чтобы все витки располагались плотно между собой. От этого полностью зависит мощность будущего электромагнита. Наибольшая сложность состоит в наматывании первого слоя. Каждый готовый ряд оборачивается тонкой бумагой в два слоя. По окончании обмотки вся катушка сверху оборачивается изолентой. Оставшиеся концы обмотки необходимо зачистить для дальнейшего подключения.

К полученной конструкции остается присоединить выключатель и батарейку. Таким образом, электромагнит своими руками будет полностью сделан.

Электромагнит, в отличие от постоянного магнита, приобретает свои свойства только под воздействием электрического тока. С его помощью он меняет силу притяжения, направление полюсов и некоторые другие характеристики.

Некоторые увлеченные механикой люди самостоятельно делают электромагниты, чтобы использовать их в самодельных установках, механизмах и разнообразных конструкциях. Сделать электромагнит своими руками несложно. Используются простые приспособления и подручные материалы.

Самый простой набор для изготовления электромагнита

Что понадобится:

• Один железный гвоздь 13-15 см. в длину или иной металлический предмет, который и станет сердечником электромагнита.
• Около 3 метров изолированной медной проволоки.
• Источник электропитания — аккумуляторная батарея или генератор.
• Небольшие провода для контакта провода с батарейкой.
• Изолирующие материалы.

Если вы используете более крупную металлическую заготовку для создания магнита, то количество медной проволоки должно пропорционально увеличиваться. Иначе магнитное поле получится слишком слабым. Сколько именно понадобится обмотки, точно ответить нельзя. Обычно мастера выясняют это экспериментальным путем, увеличивая и уменьшая количество проволоки, параллельно измеряя изменения магнитного поля. Из-за избытка проволоки сила магнитного поля тоже становится меньше.

Пошаговая инструкция

Следуя простым рекомендация, вы легко сделаете электромагнит самостоятельно.Зачищаем концы медного проводаШаг 1 Очистите от изоляции концы медного провода, который будете наматывать на сердечник. Достаточно 2-3 см. Они понадобятся, чтобы соединить медную проволоку с обычной, которая в свою очередь будет подключаться к источнику питания.

Наматываем медный провод вокруг гвоздяШаг 2 Вокруг гвоздя или другого сердечника аккуратно намотайте медный провод так, чтобы витки были расположены параллельно друг к другу. Делать это необходимо только в одном направлении. От этого зависит расположение полюсов будущего магнита. Если вы захотите изменить их расположение, то можно просто перемотать проволоку в другом направлении. Не выполнив этого условия, вы добьетесь того, что магнитные поля различных секций будут воздействовать друг на друга, из-за чего сила магнита будет минимальной.

Подсоединяем провод к батарейкеШаг 3 Концы очищенного медного провода соедините с двумя заранее подготовленными обычными проводками. Соединение заизолируйте, а один конец проводка подключите к клемме положительного заряда на аккумуляторе, а другой — на противоположный конец

Причем неважно, какой проводок к какому концу будет подключен — это не отразится на эксплуатационных возможностях электромагнита. Если все сделано правильно, то магнит сразу же начнет работать! Если у аккумулятора есть реверсивный способ подключения, то вы сможете изменить направление полюсов

Электромагнит работает!

Расчёт поправки на собственную индуктивность витков

Как я писал в начале статьи, полная индуктивность катушки L состоит из расчётной индуктивности LP и поправки на изоляцию ∆L, которая в свои очередь состоит из поправки на собственную индуктивность витков ∆1L и поправки на взаимную индуктивность витков ∆2L

Данные поправки зависят от взаимного расположения витков в катушке. Для провода круглого сечения возможны следующие варианты заполнения катушки

Расположение провода круглого сечения в катушке индуктивности. s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции), p – шаг намотки по длине катушки, q – шаг намотки по толщине катушки.

В общем случае поправка на собственную индуктивность витков рассчитывается по следующему выражению

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π•10-7 Гн/м;

ω – число витков соленоида;

DСР – средний диаметр катушки, м;

I – коэффициент, зависящий от расположения витков катушки.

Коэффициент I определяется в зависимости от расположения провода, варианты которого изображены на рисунке выше.

Для варианта а), провод намотан с небольшим коэффициентом заполнения

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта б), провод намотан с большим коэффициентом заполнения

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта в), провод намотан с шагом p по длине катушки и с шагом q по толщине катушки

где s – диаметр провода с изоляцией, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта г), провод намотан в один слой по длине катушки с шагом p. В зависимости от способа вычисления расчётной индуктивности LP

— если при вычислении расчётной индуктивности LP толщина намотки t принята равной диаметру голого провода sP, то коэффициент I будет равен

— если при вычислении расчётной индуктивности LP толщина намотки t принята равной нулю (расcчитывалась как соленоид), то коэффициент I будет равен

где p – шаг намотки по длине катушки, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Для варианта д), провод намотан в один слой по толщине намотки с шагом q, также возможно два случая

— если при вычислении расчётной индуктивности LP длина намотки l принята равной диаметру голого провода sP, то коэффициент I будет равен

— если при вычислении расчётной индуктивности LP длина намотки l принята равной нулю (рассчитывалась как плоская катушка), то коэффициент I будет равен

где q – шаг намотки по толщине катушки, sp – диаметр голого провода (без изоляции).

Формулы расчета силы тока

Электрический ток — это направленное упорядоченное движение заряженных частиц. Сила тока (I) — это, количество тока, прошедшего за единицу времени сквозь поперечное сечение проводника. Международная единица измерения — Ампер (А / A).

— Сила тока через мощность и напряжение (постоянный ток): I = P / U — Сила тока через мощность и напряжение (переменный ток однофазный): I = P / (U × cosφ) — Сила тока через мощность и напряжение (переменный ток трехфазный): I = P / (U × cosφ × √3) — Сила тока через мощность и сопротивление: I = √(P / R) — Сила тока через напряжение и сопротивление: I = U / R

• P – мощность, Вт;
• U – напряжение, В;
• R – сопротивление, Ом;
• cos φ – коэффициент мощности.

Коэффициент мощности cos φ – относительная скалярная величина, которая характеризует насколько эффективно расходуется электрическая энергия. У бытовых приборов данный коэффициент практически всегда находится в диапазоне от 0.90 до 1.00.

Источник

Электромагнитное переключение

Обычно соленоиды, линейные или вращающиеся, работают с приложением постоянного напряжения, но их также можно использовать с синусоидальными напряжениями переменного тока, используя двухполупериодные мостовые выпрямители для выпрямления питания, которые затем можно использовать для переключения соленоида постоянного тока. Малые соленоиды типа DC могут легко управляться с помощью транзисторных или полевых МОП-транзисторов и идеально подходят для использования в роботизированных устройствах.

Однако, как мы видели ранее с электромеханическими реле, линейные соленоиды являются «индуктивными» устройствами, поэтому требуется некоторая электрическая защита через катушку соленоида для предотвращения повреждения полупроводникового переключающего устройства высокими обратными ЭДС. В этом случае используется стандартный «Диод маховика», но вы также можете использовать стабилитрон или варистор малого значения.

Электромагниты

Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1

Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В • S — магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой: Ф = магнитодвижущая сила (Ем) • магнитное сопротивление (Rм) Здесь Ем = 1,3•I•N, где N — число витков катушки, а I — сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая: Rм = L/M•S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М — магнитная проницаемость, a S — поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Калькулятор электромагнитной силы

Формула расчета электромагнитной силы:

F = (n x i) 2 x магнитная постоянна x S / (2 x lср 2 )

• F = Сила,
• i = Ток,
• lср = Длина зазора между соленоидом и куском металла,
• S = Площадь сечения электромагнита
• n = Количество витков,
• Магнитная постоянная = 4 x PI x 10 -7 .

Было ли это полезно?

Почему тут нет магнитной проницаемость сердечник а?

Единственно недостаток — односторонний куркулятор, нельзя выбирать неизвестное из сила, ток, витки и т.д. Мне нужно было прикинуть, сколько мотать, чтобы сила была 1000 Н.

фигня ваш калькулятор

Фигня скорее твои познания, что именно считает данная формула нужно знать! https://g.io.ua/img_aa/large/4168/51/41685189.jpg вот данная формула в учебнике.

Я не пойму тут величины указываются в мм2 см2 или в м2?

всё отлично считает.Считал сам по формулам , всё сходится.Напряжение здесь учитывать ненужно ведь магнитное поле зависит то тока и количества витков а сила притяжения зависит от силы поля,сечения сердечника и зазора сердечника

Ввёл данные для втягивающей катушки автоматической загрузки снарядов пушки швах7502, которая прижимает ключ замка. Внешний диаметр катушки 70мм, длина 80мм, сердечника 18мм, толщина титанового корпуса катушки 1мм. Намотана катушка 50 тыс витков проводом Д=0,2мм. Номинальный ток 0,13А, мощность катушки 66Вт. По диаметру катушки указываем площадь 0.00385м*м. По расчёту получается 11350Н. С таким усилием втягивающий дроссель должен порвать и шток и замок и пр… Нужно добавлять параметры к расчёту и корректировать форму.

1. в таких габаритах 50000 виктов не уместятся даже при коээффициенте заполнения 0,7 , получается 44500

2. 44500 витов провода D=0,2 будут иметь сопротивление 3350 Ом. 3350 Ом х 0,13 А = 435,5 вольт.. Однако!

Источник

Расчет обмоток электромагнитов

В результате расчета магнитной цепи определяется не­обходимая МДС обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуе­мую МДС, а с другой — чтобы ее максимальная темпера­тура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

В зависимости от способа включения различают обмот­ки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряже­ние, приложенное к обмотке, постоянно по своему действу­ющему значению, во втором — сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.

Расчет обмотки электромагнита постоянного тока.

На рис. 4.8 показаны магнитопровод и катушка электро­магнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2.

Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение и МДС.

Сечение обмоточного провода находим, исходя из потребной МДС:

где — удельное сопротивление; — сред­няя длина витка (рис. 4.8); — сопротивление обмотки, равное .

Из (4.13) следует, что при неизменной средней длине витка и заданном МДС определяется произведением .

Если при неизменном напряжении и средней дли­не витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число вит­ков. Ток в обмотке возрас­тет, так как сопротивление ее уменьшится за счет уменьшения числа витков и увели­чения сечения провода.

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла, определяется следующим образом: .

Число витков обмотки при заданном сечении катушки определяется коэффициентом заполнения по меди , где – площадь, зани­маемая медью обмотки; – сечение обмотки по меди. Число витков . Тогда мощность, потребляемая обмоткой, определится выражением

Для расчета обмотки тока исходными параметрами яв­ляются МДС и ток цепи .

Число витков обмотки нахо­дится из выражения . Сечение провода можно выбрать исходя из рекоменду­емой плотности тока, равной 2…4 А/мм 2 для продолжитель­ного, 5…12 А/мм 2 для повторно-кратковременного, 13…30 А/мм 2 для кратковременного режимов работы.

Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы обмотки и электромагнита не превышает 500 ч. Площадь окна, занимаемого рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода

Зная , можно определить среднюю длину витка, сопротивление обмотки и потери в ней. После этого может быть проведена оценка нагрева обмотки.

Расчет обмоток электромагнитов

В результате расчета магнитной цепи определяется не­обходимая МДС обмотки. Обмотка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуе­мую МДС, а с другой — чтобы ее максимальная темпера­тура не превышала допустимой для используемого класса изоляции.

В зависимости от способа включения различают обмот­ки напряжения и обмотки тока. В первом случае напряже­ние, приложенное к обмотке, постоянно по своему действу­ющему значению, во втором — сопротивление обмотки электромагнита намного меньше сопротивления остальной части цепи, которым и определяется неизменное значение тока.

Расчет обмотки электромагнита постоянного тока.

На рис. 4.8 показаны магнитопровод и катушка электро­магнита. Обмотка 1 катушки выполняется изолированным проводом, который наматывается на каркас 2.

Катушки могут быть и бескаркасными. В этом случае витки обмотки скрепляются ленточной или листовой изоляцией либо заливочным компаундом.

Для расчета обмотки напряжения должны быть заданы напряжение и МДС. Сечение обмоточного провода находим, исходя из потребной МДС:

, (4.13)

откуда , (4.14)

где — удельное сопротивление; — сред­няя длина витка (рис. 4.8); — сопротивление обмотки, равное .

Из (4.13) следует, что при неизменной средней длине витка и заданном МДС определяется произведением .

Если при неизменном напряжении и средней дли­не витка требуется увеличить МДС, то необходимо взять провод большего сечения. При этом обмотка будет иметь меньшее число вит­ков. Ток в обмотке возрас­тет, так как сопротивление ее уменьшится за счет уменьшения числа витков и увели­чения сечения провода.

По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится ближайший стан­дартный диаметр провода.

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде тепла, определяется следующим образом: .

Число витков обмотки при заданном сечении катушки определяется коэффициентом заполнения по меди , где – площадь, зани­маемая медью обмотки; – сечение обмотки по меди. Число витков. Тогда мощность, потребляемая обмоткой, определится выражением

Для расчета обмотки тока исходными параметрами яв­ляются МДС и ток цепи . Число витков обмотки нахо­дится из выражения . Сечение провода можно выбрать исходя из рекоменду­емой плотности тока, равной 2…4 А/мм2 для продолжитель­ного, 5…12 А/мм2 для повторно-кратковременного, 13…30 А/мм2 для кратковременного режимов работы. Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы обмотки и электромагнита не превышает 500 ч. Площадь окна, занимаемого рядовой обмоткой, определяется числом витков и диаметром провода

Зная , можно определить среднюю длину витка, сопротивление обмотки и потери в ней. После этого может быть проведена оценка нагрева обмотки.

Расчет обмотки электромагнитов переменного тока.

Исходными данными для расчета обмотки напряжения являются амплитуды МДС, магнитного потока и напряжение сети. Напряжение сети уравновешивается активным и реактивным падениями напряжения

, (4.15)

где и – действующие значения напряжения и тока, соответственно.

Поскольку ток и сопротивление могут быть рассчитаны только после определения числа витков, то формула (4.15) не позво­ляет сразу найти все параметры обмотки. Задача решает­ся методом последовательных приближений.

Так как активное падение напряжения значительно меньше реактивного, то в начале расчета принимают .

Тогда число витков обмотки .

Поскольку при расчете мы пренебрегли активным па­дением напряжения, то действительное число витков дол­жно быть несколько меньше. Обычно . Тогда .

Сечение провода определяют, задавшись плотностью тока в зависимости от режима работы. Выбрав стандартный диаметр и способ ук­ладки провода, находим коэффициент заполнения и пло­щадь окна обмотки .

После этого определяем среднюю длину витка и активное сопротивление обмотки .

Если после подстановки полученных данных в (4.15) ле­вая часть отличается от правой более чем на 10 %, то не­обходимо варьировать число витков до получения удовле­творительного совпадения.

После расчетапроводится проверка обмотки на на­грев. Расчет ведется так же, как и для обмоток постоянно­го тока.

Особенностью является нагрев магнитопровода за счет потерь от вихревых токов и гистерезиса. Отвод вы­деляемого в обмотке тепла через сердечник затруднен, точка с максимальной температурой лежит на внутрен­нем радиусе обмотки. Для улучшения охлаждения стре­мятся увеличивать поверхность торцов катушки при умень­шении ее длины.

Усиление обычного магнита

Множество вопросов возникает, когда обычные магниты перестают выполнять свои прямые функции. Это часто происходит из-за того, что бытовые магниты таковыми не являются, ведь, по сути, они намагниченные металлические части, которые теряют свойства с течением времени. Усилить мощность таких деталей или вернуть им свойства, которые были изначально, невозможно.

Советуем изучить Преобразователь частоты

Надо заметить, что прикреплять к ним магниты, даже более мощные, не имеет смысла, поскольку, при их соединении обратными полюсами, внешнее поле становится гораздо слабее или вообще нейтрализуется.

Это можно проверить с помощью обычной бытовой занавески-москитки, которая должна закрываться посередине при помощи магнитов. Если на слабые исходные магниты сверху прикрепить более мощные, то в результате штора вообще потеряет свойства соединения с помощью притяжения, потому что противоположные полюса нейтрализуют внешние поля друг друга на каждой из сторон.

Что нам понадобится

Для того чтобы создать электрический магнит, нам потребуются: железный гвоздь, катушка медной проволоки, блок питания или батарейка, выключатель, ножницы и паяльник. Сразу отметим, что не стоит брать слишком толстую проволоку, лучше выбирать изделия со средним диаметром. Что касается размеров гвоздя, тут принципиальной разницы нет, все зависит от ваших конечных целей. Более того, если гвоздя у вас нет, вы можете найти что-то похожее. Например, какой-нибудь металлический стержень

Обращаем вашем внимание также на то, что главное в стержне или гвозде – это его форма. Кривые изделия нам не подойдут

Похожие записи:

Инвертирующий усилитель на оу Выбираем инвертор для сварки медных проводов Подключение реле приоритета нагрузок (однофазное, трехфазное) Почему не горят стоп-сигналы? 12 лучших наборов ручного инструмента Схема подключения проходного диммера