Меню

Материалы для электромагнита постоянного тока

Электромагниты постоянного тока

Прежде чем рассматривать электромагниты постоянного тока, необходимо выяснить принцип их работы. Основой всех электромагнитов является соленоид, представляющий собой катушку с намотанными вплотную витками. Длина любого соленоида значительно превышает его диаметр.

Принцип действия

Простейший электромагнит получается в том случае, когда внутрь соленоида помещается стальной сердечник, а через витки пропускается электрический ток. В результате, происходит намагничивание сердечника, который приобретает свойства постоянного магнита. Таким образом, получается электромагнит, в котором стальной сердечник, при отсутствии электрического тока, полностью размагничивается.

Электромагниты постоянного тока

Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, значительно выше поля соленоида. В данном случае, поле сердечника накладывается на поле соленоида и, в конечном итоге, совместное магнитное поле, полученное при воздействии электрического тока, существенно возрастает.

Данное изобретение широко используется в электротехнике в качестве электромагнитов постоянного тока. Основное применение эта конструкция нашла в исполнительных механизмах, чаще всего, в тормозных устройствах различных подъемных механизмов.

Устройство электромагнита постоянного тока

На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками.

В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.

Дополнительные конструкции электромагнита

В большинстве конструкций совпадение якорей по осям обеспечивается с помощью центрирующего узла, представляющего собой вал из немагнитных материалов. Один конец данного вала жестко закрепляется в осевом отверстии первого якоря и имеет возможность перемещаться вдоль. Другой конец вала устанавливается в осевое отверстие второго якоря с применением подшипников скольжения.

Данная конструкция недостаточно надежна, поскольку существует возможность заклинивания свободного конца вала из-за попадания посторонних предметов. Эту проблему решают электромагниты постоянного тока, применяемые в центрирующем узле и обеспечивающие надежную работу вала при заклинивании одного из его концов.

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.

Грузоподъемный электромагнит

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.

Принцип действия электромагнита

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:

Сила тяги электромагнита

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.

Относительная магнитная проницаемость материала

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.

Самодельный электромагнит

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

Самый простой электромагнит

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.

Медный провод в лаковой изоляции

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

Читайте также:  Чему равно амплитудное значение напряжения переменного тока если его действующее значение равно 7

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.

Использование пластиковой катушки для ниток

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

Основные части электромагнитов постоянного тока

date image2015-06-05
views image6372

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Нейтральные электромагниты постоянного тока обладают наиболее благоприятными характеристиками и наиболее экономичны. Благодаря большому количеству возможных конструктивных исполнений эти электромагниты легко приспосабливать к различным условиям работы и различным конструкциям устройств, в которых они используются. Поэтому они получили наибольшее распространение.

При всем разнообразии встречающихся на практике таких электромагнитов они имеют следующие основные части одинакового назначения (рис. 2.1 — 2.3):

Ø катушку с расположенной на ней намагничивающей обмоткой 1;

Ø неподвижную часть магнитопровода из ферромагнитного материала 2;

Ø подвижную часть магнитопровода — якорь 3.

Якорь отделяется от остальных частей магнитопровода рабочим и паразитным зазорами и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электромаг-нитное усилие, передает его соответствующим деталям приводимого в действие механизма.

В зависимости от расположения якоря относительно остальных частей электромагнита и характера воздействия на якорь со стороны магнитного потока электромагниты постоянного тока рзделяются на следующие типы:

¨ электромагниты со втягивающимся якорем;

¨ электромагниты с внешним притягивающимся якорем;

¨ электромагниты с внешним поперечно движущимся якорем.

Одна из типичных конструкций электромагнита с втягивающимся якорем показана на рисунок 10.1. Характерной особенностью таких электромагнитов

является то, что якорь или,

Рисунок 10.1. Электромагнит с втягивающимся якорем.

как его в данном случае можно назвать, подвижный сердечник, располагается целиком или частично внутри катушки с обмоткой. В процессе срабатывания электромагнита якорь, перемещаясь поступательно, погружается в катушку. Втягивание якоря происходит как за счет магнитного потока, проходящего через торцовую поверхность якоря, так и за счет действия магнитных потоков, выходящих из его боковой поверхности. На рисунок 10.2 изображена одна из разновидностей электромагнитов с внешним

Рисунок 10.2. Электромагнит с внешним притягивающимся якорем. а — внешний вид реле с электромагнитом с притягивающимся якорем;

б — разрез электромагнита. притягивающимся якорем.

У этих электромагнитов якорь расположен снаружи по отношению к катушке. На него действует главным образом рабочий магнитный поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. В результате этого якорь поворачивается в пределах малого угла или совершает поступательное перемещение в направлении линии индукции рабочего магнитного потока.

Конструкция электромагнита с внешним поперечно движущимся якорем показана на рис. 10.3.

Рисунок 10.3. Электромагнит с внешним поперечно движужимся якорем.

Якорь в подобных электромагнитах располагается снаружи катушки. Рабочий магнитный поток, действующий на якорь, проходит из его боковой поверхности к полюсным наконечникам, имеющим особую форму, определенным об- разом согласованную с формой боковой поверхности якоря. В результате воздействия со стороны рабочего магнитного потока якорь движется поперек магнитных линий, поворачиваясь на некоторый ограниченный угол.

В каждой из трех перечисленных групп электромагнитов потоянного тока в свою очередь имеется ряд конструктивных разновидностей, определяемых конструкцией магнитной цепи. Кроме того, в зависимости от способа включения обмотки электромагнита различают:

¨ электромагниты с оботками параллельного включения;

¨ электромагниты с обмотками поледовательного включения.

В первом случае обмотка выолняется таким образом, что ее включают на полное наряжение источника питания непосредственно или через неоторое добавочное сопротивление. Ток в цепи обмотки параллельного включения полностью или, во всяком случае в значительной степени определяется ее параметрами. Обмотка последовательного включения практически не влияет на величину тока той цепи, куда она включается. Последний определяется параметрами остальных элементов этой цепи. Благодаря этим особенностям некоторые характеристики электромагнитов параллельного и последовательного включения и в первую очередь их динамические характеристики оказываются различными.

б) Основные части электромагнитов переменного тока.

Характеристики и конструкция таких электромагнитов имеют коренные отличия по сравнению с электромагнитами постоянного тока,

Магнитный поток, создаваемый обмоткой, по которой проходит переменный ток, периодически меняется по величине и направлению (переменный магнитный поток), в результате чего сила электромагнитного притяжения пульсирует от нуля до максимума с удвоен- ной частотой по отношению к частоте питающего тока’.

Однако для тяговых электромагнитов снижение электромагнитной силы ниже определенного уровня недопустимо, так как 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 специальным мерам для уменьшения глубины пульсации силы.

Основным способом уменьшения пульсации суммарной силы, действующей на якорь электромагнита с переменным магнитным потоком, является применение магнитных систем с расщепленными путями магнитного по- тока, по каждому из которых проходят переменные магнитные потоки, сдвинутые по фазе относительно друг друга.

Пpи всем разнообразии встречающихся на практике тяговых электромагнитов они состоят из следующих основных частей одинакового назначения (рис. 10-4).

1 — катушка с расположенной на ней намагничиваю- щей обмоткой (может быть несколько катушек и несколько обмоток);

2 — неподвижная часть магнитопровода, выполняемого из ферромагнитного материала (основание и сердечник);

3 — подвижная часть магнитопровода (якорь).

Рисунок 10.4: а) эскиз электромагнита с внешним б) эскиз электромагнита с притягивающимся якорем. в) втягивающимся частично якорем

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 усилие 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 (рисунок 10.5 а),

¨ электромагниты с втягивающимся якорем (рисунок 10.4 б)

¨ электромагниты с поперечно движущимся якорем.

Последняя система в электромагнитах переменного тока практически не применяется. Зато во многих случаях применяются конструкции с якорем, имеющим черты как втягивающегося, так и внешнего притягивающегося (рисунок 10.4 в)

Читайте также:  Мгновенное значение тока cos

Формы конструктивного выполнения электромагнитов переменного тока ограничены из-за необходимости выполнять их магнитопроводы шихтованными из тонких листов электротехнической стали. Последнее диктуется стремлением свести к минимуму потери на вихревые токи. С этой же целью, а также для уменьшения потерь на гистерезис приходится применять специальные технологические приемы при изготовлении электромагнитов, что в свою очередь также сказывается на их конструкции.

Электромагниты различают также по ряду других признаков:

v по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками;

v по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах;

v по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия и т. д.

Магнитные материалы и их характеристики. Применение в электромагнитах.

Для изготовления магнитопроводов электромагнитов применяют- ся магнитно-мягкие материалы. Они характеризуются высокой проницаемостью в слабых и средних полях и низкой коэрцитивной силой. Для них, как впрочем и для всех ферромагнитных материалов, характерным является зависимость намагниченности от температуры и наличие определенной температуры (точка Кюри) в пределах твердого состояния, при которой материал становится немагнитным.

а) Характеристика магнитного состояния.Для ферромагнитных материалов связь между магнитной индукцией и напряженностью поля не является однозначной. Она зависит от предыдущего магнитного со стояния и определяется точка- ми, находящимися внутри предельной петли магнитного гистерезиса (рисунок 10.5).

Рисунок 10.5 — Петли магнитного гистерезиса

Если в первоначально размагниченном образце увеличивать напряженность по- ля, то индукции будет возрастать по кривой первоначального намагничивания (кривая 1, рисунок 10.5). При циклическом изменении напряженности поля между равными по величине положительными и отрицательными значениями Н индукция будет следовать так называемым симметричным или основным петля магнитного гистерезиса, конфигуация которых для данного — материала определяется пределами изменения напряженности поля.

Кривая, идущая от начала координат и соединяющая вершины основных петель, Рисунок 10.5. Петли магнитного гисерезиса ферромагнитного материала называется основной или коммутационной — кривой намагничивания (кривая 2 рисунок 10.5).

В электромагнитах, работающих при переменном магнитном потоке, происходит непрерывное циклическое перемагничивание. Поэтому магнитное состояние их магнитопровода определяет именно ком- мутационная кривая намагничивания, причем небезразлично, каким образом эта кривая снята: коммутационным методом на постоянном токе или на переменном. При расчетах тех или иных магнитов следует пользоваться данными, полученными для магнитов постоянного или переменного тока.

В тех случаях, когда напряженность поля, имея постоянную составляющую, меняется в небольших пределах, изменение индукции происходит по малому ч частному циклу — гистерезиса. В этом случае связь между индукцией и напряженностью поля может быть приближенно выражена через среднюю проницаемость в частном цикле:

μΔ= где ΔΒ и ΔΗ — приращения индукции и напряженности, определяю- щие частный цикл. Ее величина в каждой точке нормальной кривой меньше проницаемости μ, и зависит от величины смещающего поля и величины ΔΗ. Предел, к которому стремится μΔ при уменьшении ΔΗ до нуля, называется обратимой проницаемостью μΔ.

Также у материалов для магнитов на переменном токе учитываются еще

б)Потери на перемагничивание.При перемагничивании (изменении магнитного состояния) образца из ферромагнитного материала затрачивается определенная энергия, выделяющаяся в виде тепла. Энергия, выделяющаяся за один цикл перемагничивания, характеризуется площадью, заключенной внутри соответствующей петли маг- нитного гистерезиса.

в) Потери от вихревых то- ков и общие потери.При переменном магнитном поле в ферромагнетике кроме потерь, связанных с гистерезисом, возни- кают также потери из-за вихре- вых токов. Эти токи появляются под действием э. д. с., на- водимой переменным магнитным потоком в ферромагне- тике. Для снижения потерь от вихревых токов магнитопровод приходится делать шихтованным, т. е. выполнять из набора тонких пластин, изолированных в электрическом отношении друг от друга. Если пластины тонкие, то можно считать, что магнитный поток по их толщи- не распределен равномерно, а контуры вихревых токов имеют стороны, параллельные сторонам по- перечного сечения пластины. Магнитные материалы, применяемые в электрома- гнитах. При изготовлении магнитопроводов электромагнитов постоянного и переменного тока находят применение низкоуглеродистые электротехнические стали, кремнистые электротехнические стали, качественные конструкционные стали с содержанием углерода до 0,2 — 0,25%, стальное литье, чугуны, специальные железоникелевые и железокобальтовые стали. Для магнитопроводов электромагнитов высокочувствительных электромагнитных устройств применяются железоникелевые сплавы, обладающие очень малой коэрцитивной силой (0,01 — 0,1 а/см) и чрезвычайно высокой проницаемостью в слабых полях ( доходит до 300000). Недостатком этих сплавов являются сравнительно низкая ин- дукции насыщения (7000 — 10000 гс) и большая чувстви- тельность к механическим воздействиям. Появляющийся в этом случае наклеп приводит к сильному ухудшению магнитных свойств. Низкоуглеродитые электротехнические стали (ма- рок Э, А и т. п.), содержащие углерод в количестве до 0,04% и выпускаемые в виде листов и прутков, наиболее часто применяются для изготовления маломощных электромагнитов. Они имеют незначительную коэрцитивную силу (0,3 — 1,2 а/см) при высокой проницаемости ( оходит до 6000) и индукции насыщения до 21400 гс. Благодаря этому можно допускать значительно большие значения индукции, чем при применении железоникелевых сплавов, что существенно в электромагнитах на большие рабочие усилия.

При отсутствии жестких требований к значениям Нс и , например в силовых электромагнитах, электромагнитах многих коммутационных аппаратов и реле управления, для изготовления магнитопроводов применяют качественные конструкционные стали (марок 0; 1; 2 и тонко листовые 0,5; 0,8; 10; 15 и 20), имеющие при соответствующей термической обработке коэрцитивную силу от 0,7 до 3,5 а/см и максимальную проницаемость 2000— 4000.

В некоторых случаях, особенно для больших электромагнитов, из технологических соображений части магнитопроводов выполняются из стального литья и чугуна, обладающих сравнительно низкими магнитными свойствами. При обычном изготовлении стальные и чугунные отливки не подвергаются дополнительной термической обработке, однако отжиг может значительно улучшить их магнитные свойства. Кремнистые стали (марок Э11, Э21 и др.) применяют для изготовления магнитопроводов быстродействующих электромагнитов постоянного тока. Обладая высокими магнитными свойствами (Нс =0,2 — О,7 а/см =5000 — 10000 и ВS=19200 — 21000 гс) они имеют в не- сколько раз меньшую электропроводность, что приводит к снижению вихревых токов и, следовательно, уменьшает их влияние на скорость срабатывания электромагнита. Они также широко применяются в электромагнитах переменного тока.

С точки зрения снижения габаритов и веса электромагнитов, что особенно существенно для многих случаев их специального применения, большой интерес представляют сплавы железа с кобальтом (типа пермендюр) вследствие их большой индукции насыщения (ВS =23600 гс) при до- статочно низкой коэрцитивной силе (1,2 — 1,6 а/см) и вы- сокой проницаемости ( достигает 4500) .

Для изготовления магнитопроводов электромагнитов, работаю- щих при переменном магнитном потоке, применяют почти исключи- тельно кремнистые электротехнические стали. Им присущи малые потери на гистерезис благодаря незначительной — коэрцитивной силе и низкие потери на вихревые токи благодаря повы- шенному удельному электрическому сопротивлению. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы изготовляются в виде тон- ких листов толщиной от 0,1 до 1 м и.

Химический состав и свойства этих сталей нормируются ГОСТ 802-54, который включает 28 марок. Основное различие между ними, определяющее их свойства, заключается в содержании кремния и ха- рактере механической обработки (прокатки) в процессе производства листов.

Увеличение содержания кремния приводит к повышению магнит- ной проницаемости в слабых и средних полях, снижению потерь и коэрцитивной силы. Однако при этом повышается твердость и хруп- кость материала, что затрудняет изготовление из него деталей.

Железноникелевые стали, обладающие весьма высокой начальной и максимальной проницаемостью, малыми потерями и низкими значениями коэрцитивной силы, для электромагнитов применяются только в исключительных случаях, когда требуется особо высокая чувствительность. Вообще же из-за низкой индукции насыщения их использование в электромагнитах, как правило, нецелесообразно.

Источник



Магнитные материалы, применяемые для изготовления электрических аппаратов

Магнитные материалы, применяемые для изготовления электрических аппаратовДля изготовления магнитопроводов в аппаратостроении и приборостроении применяются следующие ферромагнитные материалы: технически чистое железо, качественная углеродистая сталь, серый чугун, электротехническая кремнистая сталь, железоникелевые сплавы, железокобальтовые сплавы и др.

Рассмотрим кратко некоторые их свойства и возможности применения.

Технически чистое железо

Для магнитных цепей реле, электроизмерительных приборов, электромагнитных муфт, магнитных экранов и т. п. широко используется технически чистое железо. Этот материал имеет очень малое содержание углерода (меньше 0,1%) и минимальное количество марганца, кремния и других примесей.

Читайте также:  Оки токи call центр

К таким материалам обычно относят: армко-железо, чистое шведское железо, электролитическое и карбонильное железо и т. п. Качество чистого железа зависит от незначительных долей примеси.

Наиболее вредное влияние на магнитные свойства железа оказывают углерод и кислород. Получение химически чистого железа сопряжено с большими технологическими трудностями и является сложным и дорогим процессом. Специально разработанная в лабораторных условиях технология с двукратным высокотемпературным отжигом в водороде позволила получить монокристал чистого железа с исключительно высокими магнитными свойствами.

Наибольшее распространение нашла сталь типа армко , полученная мартеновским способом. Этот материал имеет достаточно высокую магнитную проницаемость, значительную индукцию насыщения, сравнительно невысокую стоимость и вместе с тем обладает хорошими механическими и технологическими свойствами.

Электромагнитное реле

Низкое электрическое сопротивление стали армко прохождению вихревых токов, увеличивающих время срабатывания и отпускания у электромагнитных реле и муфт, принято считать крупным недостатком. В то же время при использовании этого материала для электромагнитных реле времени это свойство, наоборот, является положительным фактором, так как позволяет получить исключительно простыми средствами сравнительно большие замедления работы реле.

Промышленность производит три марки листовой технически чистой стали типа армко: Э, ЭА и ЭАА. Они отличаются величинами максимальной магнитной проницаемости и коэрцитивной силы.

Технически чистое железо

Углеродистые стали выпускаются в виде прямоугольных, круглых и других сечений, из них также отливаются детали различного профиля.

Для магнитных систем серый чугун, как правило, не применяется вследствие плохих магнитных свойств. Использование его для мощных электромагнитов может быть оправдано экономическими соображениями. Он также применяется для оснований, плат, стоек и других деталей.

Чугун хорошо отливается и легко обрабатывается. Ковкий чугун, специальным образом отожженный, а также некоторые сорта серого легированного чугуна обладают достаточно удовлетворительными магнитными свойствами.

Магнитная система контактора

Электротехнические кремнистые стали

Тонколистовая электротехническая сталь получила широкое применение в электроприборостроении и аппаратостроении и используется для всевозможных электроизмерительных приборов, механизмов, реле, дросселей, феррорезонансных стабилизаторов и других устройств, работающих на переменном токе с нормальной и повышенной частотой. В зависимости от технических требований к потерям в стали, магнитным характеристикам и применяемой частоте переменного тока выпускается 28 марок тонколистовой стали толщиной от 0,1 до 1 мм.

Для увеличения электрического сопротивления вихревым токам в состав стали добавляется различное количество кремния и в зависимости от его содержания получают: слаболегированные, среднелегированные, повышеннолегированные и высоколегированные стали.

При введении кремния потери в стали уменьшаются, магнитная проницаемость в слабых и средних полях возрастает, а коэрцитивная сила уменьшается. Примеси (в особенности углерод) в этом случае влияют слабее, старение стали уменьшается (потери в стали с течением времени изменяются слабо).

Применение кремнистой стали улучшает стабильность работы электромагнитных механизмов, увеличивает быстродействие на срабатывание и отпускание и уменьшает возможность «залипания» якоря. В то же время с введением кремния ухудшаются механические свойства стали.

При значительном содержании кремния (более 4,5%) сталь делается хрупкой, твердой и трудно обрабатываемой. Мелкие штамповки дают значительный брак и быстрый износ штампа. Увеличение содержания кремния также снижает индукцию насыщения. Кремнистые стали выпускаются двух видов: горячекатаные и холоднокатаные.

Холоднокатаные стали имеют различные магнитные свойства в зависимости от кристаллографических направлений. Их подразделяют на текстурованные и малотекстурованные. Текстурованные стали обладают несколько лучшими магнитными свойствами. Холоднокатаная сталь по сравнению с горячекатаной имеет более высокую магнитную проницаемость и низкие потери, но при условии, если магнитный поток совпадает с направлением прокатки стали. В противном случае магнитные свойства стали значительно снижаются.

Применение холоднокатаной стали для тяговых электромагнитов и других электромагнитных устройств, работающих при сравнительно высоких индукциях, дает значительную экономию в н. с. и потерях в стали, что позволяет уменьшить общие габариты и вес магнитной цепи.

Согласно ГОСТ буквы и цифры отдельных марок сталей обозначают: 3 — электротехническая сталь, первая за буквой цифра 1, 2, 3 и 4 указывает степень легирования стали кремнием, а именно: (1 — слаболегированная, 2 — среднелегированная, 3 — повышеннолегированная и 4 — высоколегированная.

Вторая за буквой цифра 1, 2 и 3 обозначает величину потерь в стали на 1 кг веса при частоте 50 гц и магнитной индукции В в сильных полях, причем цифра 1 характеризует нормальные удельные потери, цифра 2 — пониженные и 3 — низкие. Вторая за буквой Э цифра 4, 5, 6, 7 и 8 указывает: 4 — сталь с удельными потерями при частоте, равной 400 гц, и магнитной индукции в средних полях, 5 и 6 — сталь с магнитной проницаемостью в слабых полях от 0,002 до 0,008 а/см (5 — с нормальной магнитной (проницаемостью, 6 — с повышенной), 7 и 8 — сталь с магнитной проницаемостью в средних (полях от 0,03 до 10 а/см (7 — с нормальной магнитной проницаемостью, 8 — с повышенной).

Третья по порядку следующая за буквой Э цифра 0 обозначает, что сталь холоднокатаная текстурованная, третья и четвертая цифры 00 указывают, что сталь холоднокатаная малотекстурованная.

Например, сталь Э3100 является повышеннолегированной холоднокатаной малотекстурованной с нормальными удельными потерями при частоте 50 гц.

Буква А, поставленная после всех этих цифр, обозначает особо низкие удельные потери в стали.

Для трансформаторов тока и некоторых видов аппаратов связи, магнитные цепи которых работают при очень малых индукциях.

Пермалой

Эти сплавы, известные также под названием пермаллоев , главным образом применяются для изготовления аппаратов связи и автоматики. Характерными свойствами пермаллоев являются: большая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила, малые потери в стали, а для ряда марок — наличие, кроме того, прямоугольной формы петли гистерезиса.

В зависимости от соотношения железа и никеля, а также содержаний других компонентов, железоникелевые сплавы выпускаются нескольких марок и имеют различные характеристики.

Железоникелевые сплавы изготавливаются в виде холоднокатаных термически необработанных лент и полос толщиной 0,02 — 2,5 мм различной ширины и длины. Выпускаются также горячекатаные полосы, прутки и проволоки, но они не нормируются.

Из всех марок пермаллоев сплавы с содержанием никеля 45-50% обладают наиболее высокой индукцией насыщения и сравнительно высоким удельным электрическим сопротивлением. Поэтому эти сплавы позволяют получить при небольших воздушных зазорах необходимое тяговое усилие электромагнита или реле при малых потерях н. с. на сталь и вместе с тем обеспечить достаточное быстродействие.

Для электромагнитных механизмов весьма существенным является остаточная тяговая сила, получаемая за счет коэрцитивной силы магнитного материала. Применение пермаллоя дает снижение этой силы.

Сплавы марок 79НМ, 80НХС и 79НМА, обладающие очень малой коэрцитивной силой, весьма высокими магнитной проницаемостью и удельным электрическом сопротивлением, могут быть использованы для магнитных цепей высокочувствительных электромагнитных, поляризованных и других реле.

Применение пермаллоев марок 80НХС и 79НМА для маломощных дросселей с малым воздушным зазором дает возможность получить весьма большие индуктивности при малых по объему и весу магнитопроводах.

Для более мощных электромагнитов, реле и других электромагнитных устройств, работающих при сравнительно большой н. с, пермаллой не имеет особых преимуществ перед углеродистыми и кремнистыми сталями, так как индукция насыщения значительно ниже, а стоимость материала выше.

Магнитная система реле

Промышленное применение получил сплав, состоящий из 50% кобальта, 48,2% железа и 1,8% ванадия (известен под названием пермендюр). При сравнительно небольших н. с. он дает наибольшую индукцию из всех известных магнитных материалов.

В слабых полях (до 1 а/см) индукция пермендюра ниже индукции горячекатаных электротехнических сталей Э41, Э48 и в особенности холоднокатаных электротехнических сталей, электролитического железа и пермаллоя. Потери на гистерезис и вихревые токи пермендюра сравнительно велики, а удельное электрическое сопротивление относительно мало. Поэтому этот сплав представляет интерес для изготовления электрической аппаратуры, работающих при большой магнитной индукции (электромагниты, динамические репродукторы, мембраны телефонов и т. п.).

Например, для тяговых электромагнитов и электромагнитных реле применение его при малых воздушных зазорах дает определенный эффект. Заданное тяговое усилие можно получить при меньших габаритах магнитной цепи.

Материал этот выпускается в виде холоднокатаных листов толщиной 0,2 — 2 мм и прутков диаметром 8 — 30 мм. Существенным недостатком железокобальтовых сплавов является их высокая стоимость, вследствие сложности технологического процесса и значительной стоимости кобальта. Кроме перечисленных материалов, в электрических аппаратах используются и другие, например железоникелекобальтовые сплавы, которые имеют постоянную магнитную проницаемость и очень малые потери на гистерезис в слабых полях.

Источник