Мощность электромагнита: Онлайн калькулятор для расчета электромагнитной силы

Содержание

Магнитек – Пример простейшего расчёта электромагнита

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.

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 ам-первитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 4,а и сделанного из железа самого низкого качества.

Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода

Z=/1-)-/2, равной 20 см -f- 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.

25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N-J—60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 а и 240 витков. Таким обра-1 зом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1. мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A — 0,4 мм2, а для тока в 0,25A – 0,05 мм2.

Каким же из этих проводов следует производить обмотку?
С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=Nxlt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x Д. В нашем примере Д = 2 см, и 1г x 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1 512 см. Сопротивления обмоток будут также различными.

Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат; для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 а нужное напряжение для питания катушки составит 1,3-г-1,4 в,-то-есть как раз напряжение одного элемента.

Таков элементарный расчет электромагнитов.

Принцип действия электромагнита – Статьи

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, %:

Стальные плиты и болванки	100
Рельсы и бруски	50
Копровый шар	40-60
Чугунные чушки	4-6
Скрап стальной	2-7
Скрап чугунный	3
Стружка	1,5-2,5

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.

Сила тяги электромагнитов | Электротехника

Работа аппаратов, использующих электромагнит, зависит от тяговой силы, которую он развивает. Рассмотрим особенности расчета этой силы для электромагнитов постоянного и переменного тока.

Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем электромагните клапанного типа (рис. 4.9, а).

После включения обмотки приложенное к ней напряжение источника и уравновешивается активным падением напряжения и противоЭДС самоиндукции

. (4.16)

При начальном неподвижном положении якоря индуктивность L постоянна, и ток в цепи определяется уравнением . Решение этого уравнения имеет вид ; ; .

Потокосцепление также увеличивается с ростом тока. Для любого момента времени справедливо равенство

, (4. 17)

где – значение потокосцепления к моменту времени .

Левая часть равенства (4.17) представляет энергию, которая затрачена источником питания.

Первый член правой части есть потери энергии в активном сопротивлении цепи, второй – энергия, затраченная на создание магнитного поля. Пока сила тяги, развиваемая якорем 1 электромагнита, меньше силы возвратной пружины 2 (рис. 4.9, а), якорь неподвижен, и потокосцепление нарастает при неизменном значении начального рабочего зазора.

Зависимость при этом зазоре представлена кривой 1 ( рис. 4.9, б).

Допустим, что при достижении значения потокосцепления сила тяги электромагнита стала больше возвратной силы пружины, и под ее воздействием якорь переместился в положение, при котором рабочий зазор стал равен . Так как при меньшем зазоре проводимость рабочего зазора возрастает, то потокосцепление увеличится до значения . Ток при этом увеличивается по переходной кривой до значения . Зависимость при зазоре изображается кривой 2 на рис. 4.9, б.

До начала трогания якоря энергия магнитного поля, запасенная в цепи,, где — масштаб по оси тока, А/мм; – масштаб по оси потокосцепления, Вб/мм; – площадь криволинейного треугольника Оаb, мм².

После перемещения якоря значение потокосцепления изменится от до. Энергия магнитного поля при этом возрастет на величину

где – площадь криволинейной трапеции .

При изменении зазора от значения до значения якорем электромагнита совершена механическая работа. Энергия, накопленная в магнитном поле к концу хода якоря,

На основании закона сохранения энергии можно записать

Тогда механическая работа, совершенная якорем,

Согласно рис. 4.9, б, эта энергия равна

Расчет силы тяги электромагнита постоянного тока.

Средняя сила тяги перемещении якоря от до

где – перемещение якоря; – изменение зазора.

Таким образом, тяговая сила, развиваемая на ходе якоря, равна работе, совершенной электромагнитом, деленной на это перемещение. Если перейти на бесконечно малое изменение зазора и учесть, что и , получим

Сила тяги действует в сторону уменьшения зазора. Очевидно, что для каждого элементарного перемещения якоря можно определить свое значение и найти среднюю силу тяги, развиваемую на данном участке хода якоря. Если при перемещении якоря ток в обмотке можно считать неизменным и равным , то функции для различных зазоров представляются кривыми (рис. 4.10).

Зависимость тяговой силы электромагнита от рабочего зазора при неизменном токе в обмотке называется статической тяговой характеристикой электромагнита. Если в электромагните вместо линейного перемещения якоря предусмотрен его поворот, то под статической тяговой характеристикой понимается зависимость момента М на якоре от угла его поворота a, снятая при неизменном токе в обмотке.

Для зазора силу тяги можно найти как

Аналогично для зазора

Сила тяги, развиваемая электромагнитом, может быть рассчитана с помощью формулы Максвелла, полученной из анализа магнитного поля, действующего на поверхности полюсов.

Если поле в рабочем зазоре равномерно и полюсы ненасыщенны, то для электромагнита с одним рабочим зазором (см. рис. 4.9, а) формула Максвелла имеет вид

, (4.18)

где — индукция, Тл; – магнитный поток в рабочем зазоре, Вб; – площадь полюса, м².

Если клапанный электромагнит имеет два рабочих зазора (см. рис. 4.6, а) при том же значении магнитного потока в зазоре, то сила тяги удваивается

Расчет силы тяги для ненасыщенных электромагнитов.

Исходя из закона сохранения энергии энергия, полученная магнитным полем при элементарном перемещении якоря, определяется механической работой, произведенной якорем, и изменением запаса электромагнитной энергии

, (4.19)

где – элементарная энергия, полученная полем при перемещении якоря; – элементарная работа, произведенная якорем,

– приращение магнитной энергии.

Из (4.19) получим выражение для определения силы тяги

Учитывая, что, а при отсутствии насыщения зависимость линейна и , получаем

. (4.20)

Для статической тяговой характеристики ток в цепи при изменении зазора не меняется . Тогда и

. (4.21)

Рассмотрим расчет силы тяги применительно к клапанному электромагниту (см. рис. 4.5) с двумя рабочими зазорами. Полное потокосцепление складывается из потокосцеплениярабочего потока и потокосцепления рассеяния. Поскольку ненасыщенная магнитная цепь линейна, потокосцепление, обусловленное рабочим пото- ком ,

Потокосцепление рассеяния

Подставив и в равенство (4.21), получим

Поскольку проводимость рассеяния от зазора не зависит, то , и сила тяги электромагнита

. (4.22)

Если известна зависимость, то находится аналитически. В уравнение (4.22) подставляется для интересующего нас значения зазора. Если определяется в результате построения картины поля, то производится расчет для ряда положений якоря, после чего строится зависимость и производится графическое дифференцирование.

При достаточно малом зазоре для системы, приведенной на рис. 4.5

и .

Тогда сила тяги в рабочем зазоре

. (4.23)

Сила тяги электромагнита (см. рис.4.9, а) и той же МДС при одном воздушном зазоре

Таким образом, при одной и той же МДС сила тяги электромагнита с одним рабочим зазором в два раза больше, чем при двух зазорах.

Сила тяги электромагнита переменного тока. Рассмотрим клапанный электромагнит с двумя рабочими зазорами (см. рис.4.7), сделав допущения: магнитное сопротивление стали, активное сопротивление обмотки и потери в стали равны нулю; напряжение, ток и магнитный поток меняются синусоидально.

В этом случае магнитный поток и, следовательно, потокосцепление не зависят от зазора (). Тогда мгновенное значение силы по формуле (4.20)

. (4.24)

Учитывая, что

; (4.25)

; (4.26)

, (4.27)

и подставив (4.25) и (4.26) в (4.27), получим

Поскольку и при данном зазоре не зависят от времени, можно записать

, (4. 28)

где .

Производная может быть найдена графическим дифференцированием зависимости, которая получается из расчета магнитной цепи. Амплитуда потокосцепления определяется приложенным напряжением. Значение можно найти с помощью выражения (4.18).

Для системы с двумя зазорами получим амплитудное значение силы тяги

. (4.29)

Мгновенное значение силы тяги

Поскольку при изменении зазора амплитуда магнитного потока не меняется, амплитуда силы тяги от зазора также не зависит. Однако если учесть активное сопротивление обмотки, то с ростом зазора магнитный поток в системе уменьшается, что приводит к уменьшению амплитуды силы тяги.

Рассмотрим теперь изменение силы тяги во времени.

Так как , то формулу (4.22) можно записать

, (4.30)

мгновенную силу тяги можно выразить через среднюю: .

Мгновенное значение силы тяги пульсирует с двойной частотой по отношению к частоте тока и напряжения. Среднее значение силы тяги

Для притяжения якоря необходимо, чтобы это среднее значение было больше противодействующего усилия пружины.

Изменение силы во времени отрицательно сказывается на работе электромагнита. В определенные моменты времени противодействующее усилие пружины становится больше силы тяги, что вызывает отрыв якоря от сердечника. Затем по мере нарастания силы тяги якорь вновь притягивается к сердечнику. В результате якорь непрерывно вибрирует, что нарушает работу контактов. Создается шум, расшатывается магнитная система. Для устранения вибраций в однофазных электромагнитах используются короткозамкнутые витки (рис.4.11, а). Наконечник полюса расщепляется, и на его большую часть насаживается короткозамкнутый виток из меди или алюминия.

Примем, что магнитное сопротивление стали равно нулю и в магнитопроводе только один рабочий зазор. В соответствии с формулой (4.30) наличие короткозамкнутого витка на пути потока создает реактивное магнитное сопротивление , которое включается последовательно с магнитным сопротивлением (рис. 4.11, б). Так как потоки и создаются одной и той же МДС, то поток отстает по фазе от потока на угол (рис. 4.11, в).

В левой части полюса, согласно (4.30), развивается сила тяги

В правой части полюса развивается сила тяги

Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме сил и (рис. 4.11, г).

Если изобразить и соответствующими векторами, то амплитуда переменной составляющей может быть найдена из векторной диаграммы (рис. 4.11, г)

. (4.31)

Электромагниты проектируются так, чтобы минимальная сила была больше противодействующей силы пружины:

Чем меньше ,тем меньше пульсации силы тяги. Из (4.31) следует, что при и .

Угол сдвига фаз y зависит от магнитного сопротивлений зазора под витком и параметров короткозамкнутого витка и может быть определен из выражения

. (4.32)

В соответствии с (4.32) угол только при . Это значит, что и поток , что приводит к увеличению вибрации якоря. Таким образом, условия и выполнить невозможно. Для ненасыщенных систем наименьшее значение переменной составляющей имеет место при и угле сдвига фаз .

При этом.

Поскольку короткозамкнутый виток уменьшает поток под правой частью полюса, то с целью выравнивания значений и эта часть полюса делается больше (обычно 2/3).

Из (4.32) также следует, что чем больше рабочий зазор, а следовательно, и, тем меньше угол . В связи с этим, короткозамкнутый виток оказывает положительный эффект только при малых зазорах.

При больших зазорах >>и угол. Следовательно, сдвига фаз между потоками и не будет. Индуктивное сопротивление короткозамкнутого витка также уменьшает угол , поскольку при этом уменьшается .Обычно с учетом сопротивления .

Грузоподъемные электромагниты

Новые направления разработки и детального изучения электромагнитных феноменов и их практического применения, привели к созданию принципиально новых серий электромагнитов.
Обновлены и усовершенствованы все серии электромагнитов, в том числе спецмагниты: от наименования и марок до конструкций.
В настоящее время Мы готовы предложить на выбор электромагниты 3-х серий:
– ДКМ (круглые), диаметрами от 200 мм до 3000 мм.
– ДПМ (прямоугольные), аналоги ПМ-15, ПМ-26.
– М (восстановленные), аналоги М-22, М-42, М-62.
Все электромагниты предназначены для захвата и переноса холодного (температура окружающей среды), а также горячего груза (t до 700^оС) из ферромагнитных материалов крановыми механизмами в следующих условиях:
– Климатическое исполнение У, категория размещения 1 по ГОСТ 15150 – 69.
– Режим работы повторно-кратковременный с относительной продолжительностью включения (ПВ) до 75%.
– Степень защиты IР44 по ГОСТ 14255-69.

Основные отличия грузоподъемных электромагнитов ДКМ перед существующими аналогами (М-22, М-42, М-62 и им подобными):
– Повышенная грузоподъемность в зависимости от категории исполнения электромагнита (Легкая, Средняя, Тяжелая, Сверхтяжелая). Электромагниты Легкого исполнения по грузоподъемности являются аналогами типовых/стандартных электромагнитов М-22, М-42, М-62. Электромагниты Средней, Тяжелой и Сверхтяжелой категорий грузоподъемности являются электромагнитами с увеличенной грузоподъемностью за счет введения в их конструкцию изменений, специальных технологий, которые усиливают и перераспределяют магнитные потоки. Применение новейших технологий и высококачественных материалов, позволяют уменьшить общую массу электромагнита, при сохранении и даже увеличении его грузоподъемности.
– Выполнение электромагнита в 3-х полюсном исполнении позволило не только увеличить его грузоподъемность, но и его механическую прочность за счет дополнительной опоры броневого листа, а так же увеличить наработку на отказ.
– Равномерность распределения магнитного поля электромагнита, существенно увеличивает его напряженность в воздушном зазоре, а следовательно объем и вес поднимаемого скрапа, по сравнению с типовыми электромагнитами.
– Повышенный цикл ПВ электромагнита 75%, против применяемых 50-60%. Уменьшение энергопотребления за счет потребляемой электрической мощности электромагнита.
– Минимальное снижение грузоподъемности электромагнита при нагреве в процессе работы.
– Брызгозащищенная коробка выводов с откидной крышкой, позволяет снизить возможность выхода из строя электромагнита и увеличить срок его службы. Использование изолировочного материала и компаунда, произведенного по технологиям, используемым в ракето- и самолетостроении. Применяемые материалы обладают повышенными напряжением пробоя, теплопроводностью и влагоизносостойкостью, что говорит о высокой надежности выпускаемой продукции.
– Катушка электромагнита выполняется как из меди, так и из алюминия в зависимости от требований заказчика.
– Все электромагниты могут быть изготовлены как в литых корпусах, так и в сварных, при этом сохраняются все эксплуатационно-технические характеристики. Все электромагниты могут быть выполнены как в термозащитном исполнении, для подъема и транспортировки грузов с температурой до 700^ºС, так и в подводном исполнении, для извлечения ферромагнитных включений из под воды.
– Каждый электромагнит, вне зависимости от категории грузоподъемности и материала катушки, может быть специально оптимизирован для конкретных работ с металлоломом, металлопрокатом, пакетами, слябами, стружкой и др. грузами, при этом стоимость электромагнитов не изменится.

Каждый электромагнит после окончании сборки проходит полный цикл испытаний. Каждый электромагнит проходит проверки на тепловые режимы, на отрывное усилие на испытательном стенде, а также испытания на скрапе и стружке. Это позволяет максимально объективно оценить возможности произведенных изделий и свести на «нет» отказы работы электромагнитов.
Если Вы не сумели выбрать подходящий для Вас грузоподъемный электромагнит, Вы можете заполнить опросные листы и отправить их нам по электронной почте или по факсу. Мы сделаем специальный грузоподъемный электромагнит с учетом всех Ваших требований.

Круглые грузоподъемные электромагниты

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-080	Легкая	алюминий	19	2″> 4,2	440	14000	7000	3800	200	80	М22
		медь			500
	Средняя	алюминий	20	4,3	480	18000	9000	4900	250	110	–
		медь			550
	Тяжелая	алюминий	22	4,8	640	22000	11000	5900	310	140	М23
		медь			740
ДКМ-100	Легкая	алюминий	29	4″> 6,4	750	18000	9000	4900	250	120	–
		медь			860
	Средняя	алюминий	30	6,5	850	22000	11000	5900	320	150	–
		медь			980
	Тяжелая	алюминий	32	7,0	1050	26000	13000	7000	400	170	–
		медь			1200
	Сверхтяжелая	алюминий	36	8,0	1200	33000	16500	8900	500	250	–
		медь			1380
ДКМ-120	Легкая	алюминий	39	6″> 8,6	1250	28000	14000	7500	410	180	М42
		медь			1400
	Средняя	алюминий	41	9,0	1550	31000	15500	8400	530	250	–
		медь			1780
	Тяжелая	алюминий	43	9,5	1900	35000	17500	9400	720	330	М43
		медь			2190
	Сверхтяжелая	алюминий	50	11,0	2400	42000	21000	11300	860	400	–
		медь			2750
ДКМ-130	Средняя	алюминий	49	8″> 10,8	1900	35000	17500	9400	690	320	–
		медь			2200
	Тяжелая	алюминий	52	11,5	2400	40000	20000	10800	900	430	–
		медь			2800
ДКМ-140	Легкая	алюминий	45	10,0	1400	32000	16000	8600	600	240	–
		медь			1650
	Средняя	алюминий	55	12,0	2500	40000	20000	10800	780	360	–
		медь			2800
	Тяжелая	алюминий	55	12,0	3000	43000	22500	11600	950	480	–
		медь			3450
	Сверхтяжелая	алюминий	63	14,0	3100	46000	23000	12400	1100	520	–
		медь			3550
ДКМ-150	Легкая	алюминий	55	12,0	2300	38000	19000	10300	800	300	–
		медь			2650
	Тяжелая	алюминий	68	15,0	3500	48000	24000	13000	1200	600	–
		медь			4050
ДКМ-165	Легкая	алюминий	68	15,0	2500	40000	20500	11100	900	400	М62
		медь			3200
	Средняя	алюминий	72	16,0	3300	45000	22500	12100	1200	600	–
		медь			3800
	Тяжелая	алюминий	82	18,0	4500	52000	26000	14000	1500	720	М63
		медь			4600
	Сверхтяжелая	алюминий	100	22,0	5200	60000	30000	16200	1900	900	–
		медь			5950
ДКМ-180	Легкая	алюминий	81	8″> 17,8	3500	56000	28000	15100	1200	450	–
		медь			4030
	Средняя	алюминий	91	20,0	5000	60000	30000	16200	1650	850	–
		медь			5750
	Тяжелая	алюминий	100	22,0	5200	65000	32500	17500	2000	900	–
		медь			6000
	Сверхтяжелая	алюминий	122	27,0	5600	70000	35000	18900	2500	1100	–
		медь			6450
ДКМ-200	Легкая	алюминий	110	24,0	5100	75000	37500	20800	1800	600	–
		медь			5870
	Средняя	алюминий	118	26,0	5600	90000	45000	24300	2200	850	–
		медь			6450
	Тяжелая	алюминий	123	27,0	6000	110000	55000	29700	2600	1000	–
		медь			6900
	Сверхтяжелая	алюминий	154	34,0	6500	124000	62000	33500	3100	1350	–
		медь			7450
ДКМ-220	Легкая	алюминий	118	26,0	5500	85000	42500	23000	2500	900	–
		медь			6350
	Средняя	алюминий	136	30,0	6500	102000	51000	27500	2850	1200	–
		медь			7500
	Тяжелая	алюминий	154	34,0	6700	124000	62000	33500	3200	1400	–
		медь			7700
	Сверхтяжелая	алюминий	173	38,0	7200	138000	69000	37300	3750	1600	–
		медь			8300
ДКМ-250	Средняя	алюминий	182	40,0	7500	112000	56000	30200	3100	1500	–
		медь			8650
ДКМ-300	Средняя	алюминий	209	46,0	8100	128000	64000	34600	3500	1900	–
		медь			9350

Прямоугольные грузоподъемные электромагниты

Серия	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Аналоги
ДПМ-110-64	алюминий	20	4″> 4,4	1350	15000	ПМ15, ПМ16
ДПМ-110-64	медь	20	4″> 4,4	1450	15000	ПМ15, ПМ16
ДПМ-110-78	медь	20	4,4	1000	29000	–
ДПМ-170-70	алюминий	30	6,6	1850	25000	ПМ25, ПМ26
ДПМ-170-70	медь	30	6,6	1950	25000	ПМ25, ПМ26
ДПМ-170-78	медь	33	7,2	2100	35000	–

Внимание! В сводной таблице характеристики по грузоподъемности оптимизированы по средним параметрам на всех видах грузов. При формировании заявок, просим уточнять назначение электромагнитов и род материалов для перегрузки. При уточнении назначения электромагнитов, грузоподъемность может быть оптимизирована под конкретные работы магнитов с металлоломом, бойным шаром, стружкой, слябами и др.
Если Вы не сумели найти подходящий Вам электромагнит, Вы можете отправить на наш телефон/факс или по электронной почте техническое задание. Все требования к характеристикам оборудования будут учтены.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-010 ДКМ-020 ДКМ-035

*грузоподъемность указана холодного магнита без учета механической прочности его подвески;
*мощность, Вт магнита указана при установившемся режиме при ПВ60%.
*отрывное усилие указано при установившемся режиме при ПВ60%.
*неплоскостность поднимаемого материала не более 3 мм/м, плита толщиной 50 мм.

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-010
Благодаря своей компактности и одновременно высокой грузоподъемности, данные электромагниты идеальны для подъема и переноса листового металлопроката. Возможна установка данных электромагнитов на траверсы.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-080

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-080	Легкая	алюминий	19	2″> 4,2	440	14000	7000	3800	200	80	М-22
		медь			500
	Средняя	алюминий	20	4,3	480	18000	9000	4900	250	110	–
		медь			550
	Тяжелая	алюминий	22	4,8	640	22000	11000	5900	310	140	М-23
		медь			740

*грузоподъемность указана холодного магнита без учета механической прочности его подвески;
*ток, А указан холодного магнита;
*мощность, кВт магнита указана при установившемся режиме при ПВ75%.
*неплоскостность поднимаемого материала не более 3 мм/м, плита толщиной 200 мм.

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-080
Данные электромагниты по своим габаритным размерам являются ближайшими аналогами электромагнитов М22, однако грузоподъемность данных электромагнитов на некоторых видах грузов аналогична стандартным М42. Благодаря своей компактности и одновременно высокой грузоподъемности, данные электромагниты идеальны для подъема и переноса листового металлопроката. Возможна установка данных электромагнитов на траверсы, а также изготовление их в модульных спецмодификациях:
– 2-х магнитная модификация. Предназначена для перемещения листового металла.
– 3-х магнитная модификация. Предназначена для подборки металлолома (стружка, 2А).
– 4-х магнитная модификация. Предназначена для погрузки некрупного скрапа.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-100

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-100	Легкая	алюминий	29	4″> 6,4	750	18000	9000	4900	250	120	–
		медь			860
	Средняя	алюминий	30	6,5	850	22000	11000	5900	320	150	–
		медь			980
	Тяжелая	алюминий	32	7,0	1050	26000	13000	7000	400	170	–
		медь			1200
	Сверхтяжелая	алюминий	36	8,0	1200	33000	16500	8900	500	250	–
		медь			1380

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-100
Электромагниты Легкой категории грузоподъемности по своим грузоподъемным характеристикам являются аналогами электромагнитов М42. Электромагниты Средней, Тяжелой и Сверхтяжелой категорий грузоподъемности обеспечивают высокую грузоподъемность при сравнительно небольших собственных габаритах – оптимальны для погрузки скрапа в вагоны и установки на краны с небольшой грузоподъемностью.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-120

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-120	Легкая	алюминий	39	6″> 8,6	1250	28000	14000	7500	410	180	М-42
		медь			1400
	Средняя	алюминий	41	9,0	1550	31000	15500	8400	530	250	–
		медь			1780
	Тяжелая	алюминий	43	9,5	1900	35000	17500	9400	720	330	М-43
		медь			2190
	Сверхтяжелая	алюминий	50	11,0	2400	42000	21000	11300	860	400	–
		медь			2750

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-120
Электромагниты Легкой категории грузоподъемности являются усиленными аналогами электромагнитов М-42. Электромагниты Средней, Тяжелой и Сверхтяжелой категорий грузоподъемности обеспечивают высочайшую грузоподъемность при небольших собственных габаритах – оптимальны для погрузки скрапа, установки на краны с небольшой грузоподъемностью. По сравнению с электромагнитами М42, электромагнитами М-41, электромагнитами М-43, электромагниты ДКМ-120 могут работать при ПВ75%.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-130

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-130	Средняя	алюминий	49	10,8	1900	35000	17500	9400	690	320	–
		медь			2200
	Тяжелая	алюминий	52	11,5	2400	40000	20000	10800	900	430	–
		медь			2800

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-130
Данные электромагниты являются новой разработкой. Электромагниты Средней категории грузоподъемности оптимальны для установки на краны с небольшой грузоподъемностью.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-140

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-140	Легкая	алюминий	45	10,0	1400	32000	16000	8600	600	240	–
		медь			1650
	Средняя	алюминий	55	12,0	2500	40000	20000	10800	780	360	–
		медь			2800
	Тяжелая	алюминий	55	12,0	3000	43000	22500	11600	950	480	–
		медь			3450
	Сверхтяжелая	алюминий	63	14,0	3100	46000	23000	12400	1100	520	–
		медь			3550

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-140
Электромагниты Легкой и Средней категорий грузоподъемности являются мощными и одновременно легкими электромагнитами, благодаря чему их можно установить на кран, грузоподъемностью до 5 т.

Технические данные круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-150

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-150	Легкая	алюминий	55	12,0	2300	38000	19000	10300	800	300	–
		медь			2650
	Тяжелая	алюминий	68	15,0	3500	48000	24000	13000	1200	600	–
		медь			4050

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-150
Электромагниты Легкой категории грузоподъемности являются мощными и одновременно сверхлегкими электромагнитами, благодаря чему их можно установить на кран, грузоподъемностью до 5 т. Электромагниты Тяжелой категории грузоподъемности обеспечивают высокую грузоподъемность..

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-165

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-165	Легкая	алюминий	68	15,0	2500	40 000	20 500	11 100	900	400	М-62
		медь			3200
	Средняя	алюминий	72	16,0	3300	45 000	22 500	12 100	1200	600	–
		медь			3800
	Тяжелая	алюминий	82	18,0	4500	52 000	26 000	14 000	1500	720	М-63
		медь			4600
	Сверхтяжелая	алюминий	100	22,0	5200	60 000	30 000	16 200	1900	900	–
		медь			5950

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-165
Электромагниты Легкой и Средней категорий грузоподъемности являются мощными и одновременно легкими, благодаря чему их можно установить на краны, грузоподъемностью до 5 т. Электромагниты Тяжелой и Сверхтяжелой категорий грузоподъемности по своим грузоподъемным характеристикам на отдельных видах грузов обеспечивают большую грузоподъемность, применимы на кранах грузоподъемностью более 5 т.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-180

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-180	Легкая	алюминий	81	17,8	3500	56 000	28 000	15 100	1200	450	–
		медь			4030
	Средняя	алюминий	91	20,0	5000	60 000	30 000	16 200	1650	850	–
		медь			5750
	Тяжелая	алюминий	100	22,0	5200	65 000	32 500	17 500	2000	900	–
		медь			6000
	Сверхтяжелая	алюминий	122	27,0	5600	70 000	35 000	18 900	2500	1100	–
		медь			6450

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-180
Данные электромагниты являются промежуточным звеном между электромагнитами серий ДКМ-165 и ДКМ-200. Самая мощная модификация – Сверхтяжелой категории грузоподъемности по своим грузоподъемным характеристикам обеспечивает высокие показатели в работе и рекомендована для кранов с высокой грузоподъемностью.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-200

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-200	Легкая	алюминий	110	24,0	5100	75 000	37 500	20 800	1800	600	–
		медь			5870
	Средняя	алюминий	118	26,0	5600	90 000	45 000	24 300	2200	850	–
		медь			6450
	Тяжелая	алюминий	123	27,0	6000	110 000	55 000	29 700	2600	1000	–
		медь			6900
	Сверхтяжелая	алюминий	154	34,0	6500	124 000	62 000	33 500	3100	1350	–
		медь			7450

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-200
За счет большой поверхности захвата, данные электромагниты идеальны для подъема и переноса скрапа любого класса, а также чушек, пакетов. Электромагниты Тяжелой и Сверхтяжелой категорий грузоподъемности оптимальны для установки на краны большой грузоподъемности для погрузки металлолома.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-250

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-250	Средняя	алюминий	182	40,0	7500	112000	56000	30200	3100	1500	–
		медь			8650

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-250
Серия ДКМ-250 была специально разработана как легкий и производительный вариант по заказу морских портов для эффективной перегрузки металлолома.

Технические характеристики круглых грузоподъемных электромагнитов ДКМ-300

Серия	Категория грузоподъемности	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность, кг				Аналоги
							слябы	бойный шар	лом 3А	лом 40
ДКМ-300	Средняя	алюминий	209	46,0	8100	128000	64000	34600	3500	1900	–
		медь			9350

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДКМ-300
Серия ДКМ-300 была специально разработана как легкий и производительный вариант по заказу морских портов для эффективной перегрузки металлолома.

Технические данные прямоугольных грузоподъемных электромагнитов ДПМ-110-64

Серия	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Аналоги
ДПМ-110-64	алюминий	20	4,4	1350	15 000	ПМ-15, ПМ-16
	медь			1450

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДПМ-110-64
Электромагниты предназначены для подъема и переноса листов металлопроката. Для транспортировки крупногабаритных грузов, возможна установка данных электромагнитов на траверсы.

Технические данные прямоугольных грузоподъемных электромагнитов ДПМ-110-78

Серия	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Аналоги
ДПМ-110-78	медь	20	4,4	1000	29000	–

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДПМ-110-78
Электромагниты предназначены для подъема и переноса листов металлопроката. Для транспортировки крупногабаритных грузов, возможна установка данных электромагнитов на траверсы.

Технические данные прямоугольных грузоподъемных электромагнитов ДПМ-170-70

Серия	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Аналоги
ДПМ-170-70	алюминий	30	6,6	1850	25000	ПМ-25, ПМ-26
	медь			1950

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДПМ-170-70
Электромагниты предназначены для подъема и переноса листов металлопроката. Для транспортировки крупногабаритных грузов, возможна установка данных электромагнитов на траверсы.

Технические данные прямоугольных грузоподъемных электромагнитов ДПМ-170-78

Серия	Исполнение	Ток, А	Мощность, кВт	Масса, кг	Отрывное усилие, кг	Аналоги
ДПМ-170-78	медь	33	7,2	2100	35000	–

Основное назначение грузоподъемных электромагнитов ДПМ-170-78
Электромагниты предназначены для подъема и переноса листов металлопроката. Для транспортировки крупногабаритных грузов, возможна установка данных электромагнитов на траверсы.

Грузоподъемные спецэлектромагниты предназначены для захвата и переноса холодного (температура окружающей среды), а также горячего груза (t до 700^оС) из ферромагнитных материалов крановыми механизмами в следующих условиях:
– Климатическое исполнение У категория размещения 1 по ГОСТ 15150 – 69.
– Режим работы повторно-кратковременный с относительной продолжительностью включения (ПВ) до 75%.
– Степень защиты IР44 по ГОСТ 14255-69 или увеличенная (по спецзаказу).

Выпускаемые спецмагниты:
– Модульные грузоподъемные электромагниты серии ДКМ предназначены для перегрузки скрапа, листов металла.
– Спецмагниты с 3-х полюсной катушкой являются электромагнитами марки ДКМ с глубокой степенью модернизации – не имеют аналогов в России.
Всегда готовы спроектировать и изготовить любой грузоподъемный электромагнит по заказу клиента, с любыми массо-габаритными и грузоподъемными параметрами.

Спецмагниты с увеличенной грузоподъемностью являются модификациями электромагнитов серии ДКМ с сильно измененной конструкцией как корпуса, так и катушки. Внешне спецмагниты можно отличить от стандартных магнитов только по конструкции брони (см. фотографии). По сравнению со стандартными электромагнитами, спецмагниты нашего производства имеют 3-х полюсную катушку, а также измененный корпус. Благодаря этим и другим технологиям, разработанным нашими специалистами, грузоподъемность спецмагнитов выше по сравнению с аналогичными электромагнитами, которые имеют 2-х полюсную катушку. Благодаря установке третьего полюса, удалось равномерно распределить магнитные поля. Увеличенная грузоподъемность спецмагнитов особенно ощутима, по сравнению со стандартными электромагнитами, при подъеме и транспортировке пакетов и крупногабаритных грузов.
Магнитные поля спецмагнитов распределены более равномерно, благодаря чему грузоподъемность на скрапе увеличилась. Установка третьего полюса и дополнительной опоры броневого листа позволило увеличить не только грузоподъемность, но и механическую прочность спецмагнитов, а также увеличить наработку на отказ. Все электромагниты серии ДКМ, в т. ч. и спецмагниты, могут работать при продолжительности цикла ПВ 75%.
Спецмагниты уже нашли применение и своих покупателей не только в России, но в ближнем зарубежье. В заключение остается лишь дополнить, что данные конструкторские решения по изготовлению и производству электромагнитов и спецмагнитов защищены Патентами РФ.

Технические данные

Ток при 20^о С, А	22
Мощность катушки,кВт	2,6
Диаметр магнита, мм	785
Напряжение питания,в	220
Масса магнита, кг	630

Теория электромагнитов – Статьи – Завод грузоподъемных электромагнитов ДимАл — электрические магниты от производителя

Электромагнит – грузозахватное устройство, используемое в качестве навесного оборудования для различных типов кранов (козловые, мостовые, кран-балки и др.) и погрузчиков, предназначенное для выполнения погрузочно-разгрузочных работ.

Общий признак электромагнитов – перенос ферромагнитного груза при помощи мощного электромагнитного поля.

Количество переносимого груза (грузоподъемность) зависит от вида переносимого груза (сляб, скрап, листовой прокат, сортовой прокат), толщины листа или пачки листов (для листового проката), полезной площади электромагнита (для листового материала, сляба и скрапа), глубины электромагнитного поля, плотности металла (скрап, сортовой прокат), качества обвязки (листовой и сортовой прокат), магнитных свойств переносимого груза, температуры груза.

Грузоподъемными электромагнитами транспортируют не только холодный, но и горячий металл, однако если его температура не превышает некоторой определенной величины — так называемой точки Кюри, при которой металл теряет свои магнитные свойства. Для стали эта температура близка к 750 °С.

Напряжение питания электромагнитов 220В при режиме работы с относительной продолжительностью включения ПВ=50%. При большей продолжительности включения следует снизить подводимое напряжение.

Максимальная температура поднимаемого груза 500 °С; при использованииэлектромагнита на грузах с температурой 500-600 °С напряжение и ПВ должны снижаться.

Применяемые в электромагните электроизоляционные материалы должны быть класса нагревостойкости не ниже F.

Грузоподъемность электромагнита – максимальная масса груза, которую разрешается поднимать и перемещать электромагнитом. В основном равна 0.5 отрывного усилия (коэффициент запаса для обеспечения безопасной работы).

Отрывное усилие – усилие, которое необходимо приложить для отрыва электромагнита от ферромагнитного материала (стальной плиты) толщиной 200 мм. Качественная характеристика, предназначенная только для сравнения электромагнитов.

Ток магнита – ток, проходящий по катушке электромагнита при номинальном напряжении и температуре катушки 20 С, (ток холодного электромагнита).

Мощность электромагнита – потребляемая электромагнитом мощность в установившемся тепловом режиме. Мощность = ток в установившемся тепловом режиме * номинальное напряжение электромагнита.

Номинальное напряжение электромагнита – напряжение постоянного тока, в основном равное 220 В, обеспечивающее ток холодного электромагнита.

Установившийся тепловой режим – режим, при котором количество тепла, отдаваемого электромагнитом в окружающую среду, равно количеству тепла, создаваемого проходящим по катушке током. Т.е. температура электромагнита достигла определенного значения и перестала увеличиваться.

Категория грузоподъемности – условная шкала, позволяющая в пределах одного типоразмера (диаметра), сгруппировать электромагниты с различными техническими характеристиками.

ПВ% – относительная продолжительность включения в рабочем цикле.

Рабочий цикл – суммарное время (включено, выключено), от момента, когда электромагнит готов к подъему груза, до момента готовности к подъему следующего груза.

Класс изоляции (нагревостойкости) – параметр, характеризующий допустимое превышение температуры катушки над температурой окружающей среды. Температура окружающей среды при определении класса изоляции принимается равной 25 С. На электромагнитах производства ООО “КЗЭ “ДимАл” применяется изоляция класса 220.

Степень защиты IP – защита, обеспечиваемая оболочкой, от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов, воды, а также для предоставления дополнительной информации, связанной с такой защитой.

Электромагниты производства ООО “КЗЭ “ДимАл” обладают степенью защиты IP 44.

Первая характеристическая цифра указывает, что оболочка обеспечивает:

защиту людей от доступа к опасным частям, предотвращая либо ограничивая проникновение какой-либо части человеческого тела или предмета, находящегося в руках у человека;
и в то же время защиту оборудования, находящегося внутри оболочки, от проникновения внешних твердых предметов. Вторая характеристическая цифра обозначает степень защиты, обеспечиваемую оболочками в отношении вредного воздействия на оборудование в результате проникновения воды.

Итак, IP 44 – щуп доступности диаметром 1.0 мм не должен проникать внутрь оболочки ни полностью, ни частично, допускается попадание ограниченного количества пыли, вода, падающая в виде брызг на оболочку с любого направления, не должна оказывать вредного воздействия.

Электромагниты подводного исполнения изготавливаются со степенью защиты IP 68 – щуп доступности диаметром 1.0 мм не должен проникать внутрь оболочки, не допускается проникновения какой-либо пыли, должно быть исключено проникновение воды в оболочку в количествах, вызывающих вредное воздействие, при ее длительном погружении в воду при условиях, согласованных между изготовителем и потребителем.

Калькулятор магнитодвижущей силы • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Определения и формулы

Магнитодвижущая сила (МДС) представляет собой физическую величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Для соленоида с током магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где F_m — магнитодвижущая сила, измеряемая в амперах, ампер-витках и иногда в гильбертах, I — ток в амперах и ω — число витков.

Если известны создаваемая соленоидом напряженность магнитного поля (поля H) и его длина, магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где H — напряженность магнитного поля (поля H), измеряемая в амперах на метр (А/м) в СИ или в эрстедах (Э) в СГС и L — длина соленоида или длина окружности тороидальной катушки.

Общие сведения

Парадоксальным образом магнитные взаимодействия, считающиеся в физике более слабыми, чем электрические взаимодействия, помогли человеку обуздать электричество. К моменту открытия явлений электромагнетизма доступные технологии, помимо тягловой силы рабочего скота, использовали механическую энергию ветра, воды и тепловую энергию пара, которую относительно простыми способами и механизмами преобразовывали в механическую же энергию.

Слева направо: Майкл Фарадей, Джозеф Генри, Андре-Мари Ампер и Ханс Кристиан Эрстед. Источник: Википедия

Электромеханические устройства и электрические машины, основанные на открытии М. Фарадеем и Дж. Генри явлений электромагнитной индукции и самоиндукции, позволяли простыми техническими приёмами решить задачу превращения механической энергии в электрическую энергию и обратно. При этом преобразование одного вида энергии в другой происходило с высоким коэффициентом полезного действия. Применение явлений электромагнетизма послужило толчком для очередного технологического скачка, и человечество шагнуло из века пара, как условно называют 19-ое столетие, в 20-ый век электричества.

Высоковольтные электродвигатели на насосной станции

Техническими средствами новых технологий стали электрические машины в виде генераторов постоянного и переменного тока, генерирующие электричество за счёт механической энергии вращения, и электродвигатели, выполняющие обратную задачу.

Для преобразования электричества в поступательное движение служат электромеханические устройства разнообразного вида: электромагниты, соленоиды и реле. Именно последние стали предвестниками информационной революции, являясь первыми коммутационными устройствами с бинарным состоянием. Применение реле в качестве приёмника сигналов тока (в телеграфе) и его усиления для передачи на большие расстояния, позволили отделить информацию от физического носителя (бумаги или пергамента) и обеспечить её почти мгновенную передачу без помощи курьера или почтового голубя.

Историческая справка

Широкое применение магнитодвижущей силы немыслимо без надёжных генераторов электричества и устройств, преобразующих последнее в механическое движение.

Слева направо: Франсуа Жан Доминик Араго, Уильям Стёрджен, Эдвард Дэви и Сэмьюэл Морзе. Источник: Википедия

Первый соленоид, представлявший собой проволочную катушку с постоянным током, был изобретён французским учёным Андре-Мари Ампером в 1820 году для усиления открытого Х.Эрстедом магнитного действия тока, и применён соотечественником Ампера Франсуа Араго в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магнитные свойства соленоида были экспериментально изучены Ампером в 1822 году, при этом была установлена эквивалентность соленоида постоянным природным магнитам.

Старинный трансформатор из экспозиции Канадского музея науки и техники в Оттаве.

Первый электромагнит был создан английским учёным Уильямом Стёрджоном в 1824 году. Он представлял собой катушку из неизолированного медного провода, который наматывался в один ряд на согнутый в виде подковы стержень из мягкого железа. По причине небольшого числа витков катушки, электромагнит Стёрджона был относительно слаб — он мог поднять вес около 4-х килограмм при протекании тока от отдельной батареи. При выключении тока намагниченный железный стержень не мог удержать и 200 грамм (за счёт остаточной намагниченности), что прекрасно демонстрировало принцип работы электромагнита.

В начале 30-годов 19-го столетия американский учёный и изобретатель Джозеф Генри популяризовал и последовательно улучшал конструкцию электромагнита. Применив изолирование медных проводов шёлковой нитью, Дж. Генри удалось получить многослойную обмотку и довести число витков в ней до нескольких тысяч. В результате его электромагнит мог поднять ферромагнитные материалы весом до 936 кг.

Честь изобретения электромеханического реле приписывают как Джозефу Генри, так и английскому учёному, врачу и изобретателю Эдварду Дэви. Любопытная деталь: оба изобрели его независимо друг от друга примерно в одно и то же время (1835—1837 гг.), работая над своими версиями телеграфного аппарата!

Реле Морзе в экспозиции Канадского военного музея связи и электроники, Кингстон, Онтарио

Реле, аналогичные показанному на этой иллюстрации, использовались в логических блоках космических ракет и кораблей почти до конца XX века

А идея применения именно электромагнитного реле в качестве цифрового (в современном понятии) усилителя постоянного тока зафиксирована в американском патенте от 1840 года на имя Сэмьюэла Морзе. Это изобретение произвело революцию в телеграфии — теперь с помощью реле можно было передавать сигналы телеграфа на сколь угодно большие расстояния, вплоть до межконтинентальных. В системах управления космических ракет, кораблей, станций и спутников двоичная логика, построенная с помощью релейных схем, применялась вплоть до конца ХХ века, несмотря на наличие бортовых вычислительных машин, которые стали использоваться в космической технике с начала семидесятых.

Магнитодвижущая сила. Определение

Магнитодвижущая сила (МДС) — физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки.

Уравнение для магнитодвижущей силы, иначе называемое законом Хопкинсона:

F = Ф• R_m

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, Ф — магнитный поток в цепи; Rm — магнитное сопротивление

Из уравнения видно, что оно эквивалентно уравнению для напряжения U (или, по-другому ЭДС) по закону Ома:

U = I • R

Магнитодвижущая сила для магнитных цепей является аналогом электродвижущей силы для электрических цепей, она — причина возникновения магнитного потока Ф.

В Международной системе единиц СИ магнитодвижущая сила измеряется в амперах (А), в системе СГС — в гилбертах (Гб)

1 А = 1,257 Гб

В электротехнике применяется другая единица измерения магнитодвижущей силы — ампер-виток, численно равный единице в СИ (амперу).

При этом магнитодвижущая сила F для соленоида, индуктора или электромагнита вычисляется по формуле:

F = ϖ• I

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, ω — число витков в катушке устройства; I — электрический ток в проводнике.

С другими величинами измерения магнитодвижущей силы, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Магнитодвижущая сила в электротехнике

Студийный магнитофон, конец 80-х гг. прошлого века

В современном мире существует множество примеров использования магнитодвижущей силы, в первую очередь в силовой электротехнике. Электромагниты весьма широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая: электродвигатели и генераторы, трансформаторы, разнообразные реле, электрические звонки и зуммеры, громкоговорители и наушники, магнитные замки, индукционные нагреватели и магнитные грузозахваты. Этот перечень можно дополнить устройствами магнитной записи и хранения данных, включая магнитофоны, видеомагнитофоны и жесткие диски.

Блок головок и головка чтения-записи жесткого диска

Электромагниты применяются в научном и медицинском оборудовании, являясь неотъемлемой частью масс-спектрометров, ускорителей частиц, устройств магниторезонансной томографии и устройств извлечения инородных магнитных предметов из тела человека. Электромагниты используют для сепарации магнитных материалов и предметов от немагнитных, а также в средствах электрической защиты и аварийного отключения.

Электромагниты

Конструкция и принцип работы

Электромагнитом называют устройство, которое способно создавать магнитное поле при протекании электрического тока. Типичный электромагнит состоит, по крайней мере, из одной обмотки, выполненной из проводящих материалов, и ферромагнитного магнитопровода — сердечника, который приобретает свойства магнита при протекании тока через обмотку.

Обмотки электромагнитов обычно изготавливаются из изолированного алюминиевого или медного провода. Хотя существуют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов. Магнитопроводы электромагнитов выполняются из магнитомягких материалов — электротехнической или конструкционной стали и чугуна, а также из железоникелевых или железокобальтовых сплавов.

По современным физическим представлениям, такие материалы состоят из крошечных намагниченных областей, называемыми магнитными доменами. Домены в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы хаотически и их суммарное магнитное поле равно нулю. При подаче тока в обмотку возникает магнитное поле, заставляющее домены перестраиваться в направлении этого поля, тем самым усиливая его. Когда внешнее поле для данного материала достигает некоторой максимальной величины, все домены ориентированы в направлении поля. Дальнейшее увеличение протекающего тока не приводит к увеличению поля за счёт доменов, это явление называется магнитным насыщением.

Магнитопроводы электромагнитов, в зависимости от назначения, могут иметь различную форму, в простейшем случае представляют собой набор П-образных пластин.

Работающий соленоид

Основное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами заключается в возможности быстрого регулирования силы притяжения (магнитодвижущей силы) изменением протекающего через обмотку тока. С другой стороны, именно это обстоятельство является недостатком электромагнитов по сравнению с постоянными магнитами, поскольку для поддержания магнитного поля требуется непрерывный расход электроэнергии.

Из-за этого электромагнитам присущи омические потери на нагрев проводов обмотки; помимо этого, для электромагнитов переменного тока характерны потери на вихревые токи Фуко и на переориентацию магнитных доменов материала сердечника. Последние потери называются потерями гистерезиса; для их снижения сердечники электромагнитов изготавливаются из специальных материалов с низкой коэрцитивной силой (малой остаточной намагниченностью или, что то же самое, с малой площадью петли гистерезиса). С этой же целью магнитопроводы электромагнитов переменного тока выполняются в виде набора тонких листов с изоляционным слоем на поверхности.

Из-за действия вышеизложенных факторов, напряженность магнитных полей обычных электромагнитов с сердечниками из ферромагнитных материалов ограничена значением в 1,6 Тл. Для получения более высоких значений напряжённости магнитного поля применяют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов без ферромагнитных сердечников.

Электромагнитная муфта

Широкое применение в современной технике нашли электромагнитные муфты, применяемые как для контактной, так и для бесконтактной передачи крутящего момента. При подаче электрического тока на обмотку электромагнитной муфты, последняя за счёт создаваемого магнитного поля притягивает арматуру ведомого вала с нагрузкой и из-за сил трения вал набирает обороты до скорости вращения ротора. При отключении тока, пружина отводит арматуру вала от ротора, и вал начинает вращаться свободно. Такой тип сцепления применяется во многих машинах и механизмах в различных областях техники, кроме того, он широко применяется для автоматизации производства. Магнитная муфта имеется практически в каждом современном автомобиле, где она используется для соединения вала компрессора кондиционера с коленчатым валом двигателя автомобиля.

Электромагнитная муфта компрессора автомобильного кондиционера

Уникальными возможностями по передаче крутящего момента в широком диапазоне усилий обладают электромагнитные муфты сцепления на ферромагнитных порошках. Они могут передавать крутящий момент почти линейно, что позволяет очень точно регулировать крутящий момент. Они находят применение в системах контроля натяжения проводов, фольги и лент при их производстве.

Кроме того, электромагнитные муфты нашли широкое применение в случаях, когда требуется передача крутящего момента через физический немагнитный барьер, разделяющий среды с различным состоянием вещества или различными агрессивными свойствами. Например: для бесконтактного перемешивания активных растворов в стеклянных емкостях химических лабораторий или для циркуляции воды в аквариумах.

Электромагниты на сверхпроводниках

Хотя идея построения таких электромагнитов была предложена ещё 1911 году голландским физиком Хейке Камерлинг-Онессом после открытия последним явления сверхпроводимости, первый практический электромагнит из сверхпроводящей ниобиевой проволоки, охлаждаемой жидким гелием до температуры 4,2°К, был построен только в 1955 году. Магнитное поле этого электромагнита составляло 0,7 Тл.

Слева направо: Хейке Камерлинг-Оннес, Карл Александр Мюллер и Йоханнес Георг Беднорц. Источник: Википедия

Открытие материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью швейцарским физиком Карлом Мюллером и его немецким коллегой Георгом Бернодцем в 1986 году на основе купратов, и последующие исследования в этой области, позволило создать электромагниты на высокотемпературных сверхпроводниках с температурой кипящего жидкого азота (–77°К или –196°С). Это обстоятельство значительно удешевило электромагнитные установки такого типа для получения магнитных полей высокой напряжённости.

В 2007 году электромагнит с обмотками из сверхпроводящего материала YBCO (иттрий-барий-медь-кислород) создал рекордное магнитное поле в 26,8 Тл.

К сожалению, сверхпроводимость современных сверхпроводящих материалов ограничена — под действием очень сильного поля или высокой плотности тока они перестают быть сверхпроводниками. Тем не менее, электромагниты на сверхпроводниках нашли применение не только в исследовательской технике, но и в практической медицине — их используют в установках для проведения магниторезонансной томографии.

Электромагнит Биттера

Френсис Биттер

Электромагнит (или соленоид) Биттера представляет собой электромагнит для создания сверхсильных стационарных магнитных полей. Этот тип электромагнита был изобретён американским физиком Френсисом Биттером в 1933 году и построен в 1936 году. Проработал до 1962 года и вплоть до 1958 года оставался самым мощным электромагнитом в мире, создававшим магнитное поле с магнитной индукцией в 10 Тесла. Кратковременно мог создавать поле в 15,2 Тл. Проблемы создания мощных электромагнитов связаны, в основном, с решением задач повышения тепловой устойчивости обмоток к нагреванию электрическим током, а также повышения механической прочности конструкции. Конструктивно представляет собой соленоид из набора медных дисков, разрезанных по радиусу и изолированных друг от друга дисками из слюды той же геометрии. Диски из меди и слюды, чередуясь между собой, образуют двойную спираль. С целью охлаждения, после формирования спиралей, в них высверливали несколько сотен отверстий, сквозь которые прокачивалась охлаждающая вода. Такая пакетная конструкция позволяла выдерживать огромные механические нагрузки, возникающие из-за действия силы Лоренца. Электрическая мощность установки достигала 2 МВт.

У современных магнитов такого типа изменены геометрия разреза дисков и форма отверстий (щелевые отверстия вместо круглых), а также изменены форма и размер пластин. Кроме того, современные конструкции выполняются в виде оппозитно расположенных отдельных секций, каждая из которых представляет собой несколько цилиндрически вложенных друг в друга соленоидов Биттера.

Учёным из университета Радбоуд в г. Неймеген, Нидерланды, удалось 31 марта 2014 года достичь рекордного значения стационарного магнитного поля для данного типа электромагнитов в 37,5 Тл при комнатной температуре.

Исполнительные электромеханизмы

Электромагнитный клапан

Электромагнитные приводы, непосредственно преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа, называются исполнительным механизмом. Конструктивно представляют собой прямоходовой электромагнит с втягивающим подпружиненным якорем. Применяются в системах позиционного регулирования и управления, поскольку регулирующий орган такого привода имеет два конечных положения, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита.

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан — это электромеханическое устройство, предназначенное для регулирования потоков жидкостей и газов. Конструктивно состоит из корпуса, соленоида с подвижным сердечником, на котором установлен диск или поршень, регулирующий поток.

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем

Клапан с одним выходом и одним входом, производит открывание и запирание потока. Аналогичный клапан с одним входом и двумя выходами выполняет переключение входного потока на соответствующий выход. Открывание (закрывание) или переключение клапана происходит путём подачи напряжения на катушку соленоида, при этом магнитный сердечник втягивается в соленоид, что и приводит к открытию, закрытию или переключению клапана. Для герметичности клапана его сердечник помещается внутри закрытой трубки, размещённой в соленоиде.

Электромагнитные клапаны применяются как в производственных технологических процессах, так и в быту. С их помощью можно дистанционно управлять подачей требуемого объёма жидкости, пара или газа в нужный момент времени, что находит, например, применение в системах полива, отопительных системах и других областях техники.

Примерами применения электромагнитных клапанов могут служить привычные для нас вещи: автоматическая стиральная машина (набор и слив воды), клапаны карбюратора, управления подачи воздуха на холостом ходу, переключения трансмиссии и другие электромагнитные клапаны автомобиля.

Расцепитель автоматического выключателя

Автоматический выключатель предназначен для подачи тока в электрическую цепь в нормальном режиме работы, и для разрыва цепи, отключая ток при аномальном его значении, например, при коротком замыкании.

Разрыв цепи осуществляется двумя типами расцепителей: тепловым и токовым мгновенного действия. Последний представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого может приводить в действие механизм расцепления при превышении значения тока, называемого током отсечки. Ток отсечки обычно выбирается в пределах 2–10 раз больше номинального.

Реле

Электромагнитное реле — устройство, предназначенное для замыкания или размыкания механических электрических контактов при подаче в обмотку реле электрического тока. Конструктивно электромагнитное реле состоит из электромагнита, подвижного якоря и механически связанного с якорем переключателя. Электромагнит реле представляет собой катушку с электрическим проводом, намотанным на сердечник (якорь). Для усиления магнитного потока электромагнит реле снабжается дополнительным магнитопроводом — ярмом.

Реле

В небольших реле якорь удерживается в исходном положении благодаря упругим свойствам механических контактов, в других случаях в конструкцию реле добавляется механическая пружина, которая возвращает якорь в исходное положение. При протекании электрического тока по обмотке реле электромагнит притягивает якорь, преодолевая усилие пружины, а якорь, толкая контакты, замыкает или размыкает их. Чувствительность реле к управляющему току зависит от числа витков в обмотке: чем выше число витков, тем чувствительнее реле.

В некоторых исполнениях реле может быть целая группа контактов, как нормально замкнутых, так и нормально разомкнутых при отсутствии управляющего тока. Различные варианты электромагнитных реле нашли широкое применение в телефонии и в устройствах автоматики и применялись до тех пор, пока не были вытеснены полупроводниковыми устройствами, выполняющими те же функции.

Отдельным классом реле являются шаговые искатели — электромеханические коммутационные устройства, которые применялись в системах телефонии, автоматизации и управления технологическими процессами. Шаговые искатели управляются сериями токовых импульсов и до появления полупроводниковых реле находили широкое применение в различных областях техники. Особенно широкое распространение получили декадно-шаговые искатели, применяемые в ранних конструкциях автоматических телефонных станций.

Шаговые искатели телефонной станции

Также отдельным классом слаботочных реле являются герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и электромагнитной катушки. Геркон представляет собой пару (или больше) ферромагнитных упругих контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбочку с откачанным воздухом или заполненную инертным газом. Контакты геркона замыкаются при поднесении магнита или включении электромагнита. До недавнего времени находили широкое применение в качестве датчиков положения в устройствах автоматики, охранной сигнализации, компьютерной техники (клавиатуры, датчики бесщёточных двигателей постоянного тока приводов накопителей) и так далее. В последнее время герконовые датчики вытесняются датчиками Холла.

Геркон

Контакторы

Контакторы широко используются в электрооборудовании тепловозов и пассажирских вагонов

Разновидностью электромагнитного реле является контактор — двухпозиционное электромагнитное устройство, предназначенное для дистанционного включения и отключения силовых электрических цепей.

Конструктивно состоит из электромагнита, системы контактов (как подвижных, так и не подвижных) и дугогасительной системы. Кроме того, в конструкцию контактора входят и вспомогательные контакты для переключения цепей сигнализации и управления.

Контакторы применяются для коммутации электрических цепей промышленного тока при напряжении от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт и токах до нескольких тысяч ампер. Основная область их применения — управление мощными электродвигателями на производстве и тяговыми двигателями на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы, лифты и т.д.).

Примеры опытов по применению МДС

Для проведения опытов потребуется регулируемый источник питания постоянного тока, мультиметр (если источник питания не измеряет потребляемый ток) некоторое количество медного изолированного провода, стальной стержень, толстый гвоздь или болт и набор мелких металлических предметов — шайбы отлично подойдут.

Намотаем две катушки с одинаковым числом витков (около 100 витков) на каркас из любого изоляционного материала. В качестве такового прекрасно подойдёт каркас от старой шариковой ручки — лишь бы в её отверстие свободно входил гвоздь или стержень.

Опыт 1. Подключим одну из обмоток через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения установим значение тока через обмотку равным 1 амперу. Визуально определим количество шайб, которое может поднять наш доморощенный электромагнит.

Вывод: протекание постоянного тока через катушку превращает её в постоянный магнит.

Опыт 2. Не меняя установки регулятора источника питания, введём в обмотки гвоздь или стержень. При прежнем значении тока в 1 ампер сила притяжения магнита снова возросла.

Вывод: сила электромагнита увеличивается при использовании ферромагнитного сердечника.

Опыт 3. Увеличим ток через обмотку приблизительно до 2 А. Мы видим, что количество удерживаемых шайб увеличилось примерно вдвое.

Вывод: Увеличение тока, протекающего через обмотку, приводит к увеличению силы электромагнита.

Опыт 4. Подключим две обмотки, включённые последовательно, через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения снова установим значение тока через обмотки равным 2 амперам. Визуально определим количество шайб, которое теперь может поднять наш сдвоенный магнит. Его сила явно увеличилась вдвое.

Вывод: удвоение числа витков увеличивает силу электромагнита вдвое.

Общий вывод: электромагнит может использоваться для превращения электрической энергии в поступательное механическое движение.

Опыт 5. Для любителей экспериментальной физики предлагается вниманию занятная конструкция, использующая магнитодвижущую силу для приведения в действие модели поезда:

Для изготовления простого поезда из батарейки и двух магнитов нам потребуются примерно 50 метров медного неизолированного провода для намотки спирали, пара сильных неодимовых магнитов, батарейка (можно использовать AA) и пластмассовая или латунная шайба. Шайбу мы поставим на плюсовой вывод батарейки, чтобы выровнять поверхность и чтобы магнит не соскальзывал. Диаметр спирали должен быть таким, чтобы батарейка с магнитами свободно скользили внутри спирали. Немного графитового порошка будет действовать в качестве смазки. Один магнит установим на минусовой вывод батарейки, второй — на плюсовой. Не забудьте вставить изолирующую или латунную шайбу на плюсовой вывод батарейки. Теперь осталось вставить поезд в спираль и он начнет движение, потому что вся система представляет собой электромагнит.

Наша конструкция работает так. Поезд представляет собой вариант униполярного двигателя. Неодимовые магниты играют роль контактов батарейки, подключая её к оголённым виткам катушки из медного провода без изоляции, намотанного на стержень. Протекающий в катушке ток создаёт в ней магнитное поле, которое производит магнитодвижущую силу, которая толкает один магнит и притягивает другой.

Замечание: при повторении конструкции необходимо обращать внимание на направление намотки (левая или правая) катушки и «полярность» установки магнитов — «южный» S- полюс переднего магнита присоединяется к «+» батарейки, а к «—» подключается «северный» N-полюс второго магнита. Если ваша намотка не будет соответствовать рекомендуемой, просто переверните магниты. Если это кажется сложным, можно сделать так. Взять магниты так, чтобы они взаимно отталкивались, и прикрепить их к батарейке. Затем вставить батарейку в спираль. Если она стала двигаться, значит все сделано правильно. Если нет — попробуйте вставить ее другой стороной.

Опыт 6. В заключение попробуем заставить звучать старый жесткий диск. Почему его можно заставить звучать? Потому что громкоговорители электродинамического типа и жесткие диски имеют много общего. Давайте посмотрим внимательно. И там, и там есть катушки. И магниты. И там, и там катушки называются звуковыми. Если через катушку течет ток, он создает вокруг нее магнитное поле. В результате катушка притягивается к магниту или втягивается в зазор между магнитами. Все, что механически соединено с катушкой, также движется. Это может быть блок головок жесткого диска, представляющий собой пакет кронштейнов или рычагов с катушкой двигателя и головками чтения/записи. С таким же успехом это может быть диффузор громкоговорителя. Если изменить направление электрического тока в катушке, то направление магнитного поля вокруг нее тоже изменится, и катушка будет двигаться в противоположном направлении.

В громкоговорителе динамического типа усиленный звуковой сигнал, подаваемый на катушку, приводит к возникновению в ней электрического тока, в результате чего катушка перемещает диффузор, который создает звуковые волны. Как видно, в жестком диске происходит то же самое. Сигнал звуковой частоты приводит в движение катушку соленоидного двигателя, который поворачивает блок головок. Один из кронштейнов механически связан с пленкой, создающей звуковые волны на более низких частотах. На высоких частотах звуковые волны генерируют сами кронштейны с головками.

Возьмем старый неисправный жесткий диск и откроем крышку. Хорошо видно, как он устроен: несколько пластин и шпиндель, на котором они вращаются, а также блок головок с кронштейнами, головками чтения/записи и катушкой соленоидного двигателя между двумя сильными магнитами. Головки связаны с платой управления с помощью гибкого кабеля. В этом кабеле есть два проводника, которые соединяют катушку привода головок со схемой управления их движением.

Снимем соединитель блока головок и найдем контакты проводников от катушки привода. Эти проводники можно проследить визуально или воспользоваться мультиметром, замерив сопротивление между контактами разъема. Сопротивление этой катушки может составлять от 5 до 40 Ом. Теперь присоединим или припаяем к найденным контактам разъема пару проводов. Проверив еще раз сопротивление, чтобы убедиться, что мы определили проводники верно, подключим выход усилителя к нужным контактам. Подав напряжение звуковой частоты с усилителя, слушаем, что же получилось.

С огорчением услышим, что низкие частоты практически не воспроизводятся. Попробуем улучшить конструкцию. Для этого добавим простейший диффузор, который соединим с кронштейном блока головок и убедимся, что звук стал намного лучше!

Соленоидный линейный двигатель с блоком головок 200-мегабайтного накопителя на жестких магнитных дисках (80-е годы XX в.)

Кстати, а вы знаете, почему диски называют жесткими? Потому что когда-то были еще и гибкие диски, (дискеты), в которых информация хранилась на дисках из гибкой пластмассы, покрытых ферромагнитным слоем. Исторически первыми появились именно жесткие диски, на которых информация хранилась на жестких, в основном алюминиевых, покрытых ферромагнитным слоем пластинах.

А почему эту катушку привода головок иногда называют звуковой по-русски и всегда по-английски? Это название связано с тем, что в первых огромных, размером с большую стиральную машину, накопителях на съемных жестких дисках катушки линейных двигателей были цилиндрическими и были очень похожи на катушки громкоговорителей.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

Выбор электромагнита для использования на кранах и перегружателях

При работе с партнерами нашим техническим специалистам часто приходится сталкиваться ситуацией, когда выясняется, что заказанные электромагниты явно не соответствуют характеристикам кранов, на которых их планируется использовать. Это происходит потому, что выбор делается в пользу менее производительных и более дешевых вариантов. Впрочем, такая «экономия» часто оказывается призрачной.

Приведем в качестве примера конкретную ситуацию. У нашего партнера на участке по приему металлолома, поступающего по железной дороге и в крупногабаритных фурах, установлены мостовые краны грузоподъемностью 16 тонн, которые эксплуатируются в жестком круглосуточном режиме (паспортный режим работы крана А6 по ИСО 4301-1-86). На них изначально были задействованы грузоподъемные электромагниты диаметром 165 см.

Правда, технические специалисты, как впрочем, и рабочие на этом участке были не совсем довольны результатами их работы. Во-первых, потому что для разгрузки приходилось затрачивать большое количество рабочих циклов крана. Во-вторых, вопросы вызывала способность установленных, не самых слабых, кстати, электромагнитов работать с тяжелыми кусками лома у которых невелико пятно контакта.

В ходе совместного аудита технические специалисты DIMET сразу обратили внимание на то, что используемый на этом участке электромагнит имел массу 3,2 т и грузоподъемность на тяжелом скрапе до 1,7 т. Сумма масс электромагнита и груза составляла до 4,9 тонн или 30,6% от грузоподъемности крана, то есть можно сказать что на ⅔ кран работал в холостую. В качестве альтернативы для испытаний из наличия был предложен и предоставлен для длительных испытаний электромагнит DIMET EMG 200-46. При массе 5,2 т он имеет грузоподъемность на аналогичном скрапе до 3 тонн. Его масса с грузом составляет до 8,2 т или 51,3% от грузоподъемности крана.

Преимущества тяжелых магнитов

В нашем примере выросла не только реальная грузоподъемность, но и масса самого магнита. Стоит ли расходовать ресурс крана на увеличение массы грузозахватного оборудования, когда можно просто повысить силу тока в обмотке электромагнита, что должно привести к росту магнитной индукции?

Это оправдано только при соответствующем снижении продолжительности включения (ПВ%) электромагнита, либо для специальных условий работы, например, для подводных электромагнитов. В целом же, рост тока при неизменных параметрах катушки электромагнита приводит к нарушению его теплового баланса, что может привести к перегреву катушки и выходу электромагнита из строя.

Реально рабочая стратегия повышения грузоподъемности электромагнита предполагает увеличение его массы за счет дополнительных витков катушки, с соответствующим увеличением металлоемкости магнитопровода. Оптимальное соотношение между грузоподъемностью электромагнита и массой катушки и магнитопровода достигается моделированием электромагнитных взаимодействий между грузом и электромагнитом в специализированных расчетных программах.

Благодаря им инженеры DIMET так спроектировали электромагниты большой массы, что у линеек EMG HC и Скрап-Т рост грузоподъемности превышает рост собственной массы. Плюс снижается энергопотребление на единицу поднимаемого груза. В нашем примере собственная масса магнита выросла на 62,5%, что позволило увеличить грузоподъемность на тяжелом скрапе на 76,5% при росте номинальной мощности (фактически энергозатрат) всего на 34,4%.

Оптимальный коэффициент использования грузоподъемности

В связи с этим возникает вопрос: до какого процента от грузоподъемности крана нужно увеличивать суммарную массу системы груз плюс грузозахватный механизм? Однозначно ответить на этот вопрос в короткой статье вряд ли возможно. Когда мы рассчитываем грузоподъемность магнитного крана, то должны учитывать и интенсивность его работы, и средневзвешенную нагрузку в одном цикле. Другими словами, если предложенная модель электромагнита подходит для очень интенсивной круглосуточной эксплуатации, то при менее интенсивном использовании рациональным будет выбор более мощной модели электромагнита.

Для точного определения параметров системы кран-электромагнит-груз требуется проведение специальных расчетов. Правда, решить эту задачу в первом приближении всё-таки можно. Опыт показывает, что наиболее оптимальная нагрузка на механизм находится в пределах 50-70% от максимальной. При меньших значениях он оказывается недозагружен. При больших значениях этого коэффициента ускоряется износ оборудования.

Интенсивность имеет значение

В нашем примере, если бы кран грузоподъемностью 16 тонн работал менее интенсивно, то можно было бы рассмотреть и другие варианты серийных скраповых магнитов DIMET в частности EMG 185 HC или EMG 260-180-55 с грузоподъемностью на тяжелом ломе 4,48 и 4,4 тонны соответственно. Коэффициент использования грузоподъемности в первом случае составил бы 76,1%, во втором — 77,5%. Но в условиях круглосуточной эксплуатации именно DIMET EMG 200-46 (масса груза 3 тонны) максимально точно соответствовал заданному диапазону оптимальных нагрузок мостового крана.

Правильность выбора подтвердили результаты испытаний. За счёт роста грузоподъемности наши партнеры смогли существенно повысить скорость разгрузки и, как следствие, пропускную способность этого логистического участка. Кроме того, благодаря более интенсивному магнитному потоку существенно выросла эффективность работы с проблемными для магнитов видами грузов, в частности с тяжелым ломом с небольшим пятном контакта.

В статье мы привели пример подбора электромагнитов DIMET из числа серийно выпускаемых моделей. Это не исключает другой подход. Компания может разработать и произвести оборудование специально оптимизированное под паспортный режим работы крана.

Основные параметры упомянутых в статье магнитов DIMET:

Наименование	Отрывное усилие, кг	Грузоподъемность на скрапе ЗА плотностью 2,4 т/м³, кг	Масса магнита, кг	Коэффициент использования грузоподъемности крана 16т, %	Номинальный ток, А	Номинальная мощность, кВт	Коэффициент энергопотребления (отношение номинальной мощность к массе груза), кВт/т
EMG 200-46/А-У1	90000	3000	5200	51,3	110±8%	24,2	8,07
EMG 165-42/А-У1	50000	1700	3200	30,6	82±8%	18,0	10,59
EMG 260-180-55	130000	4400	8000	77,5	140	30,8	7,00
EMG 185 HC	110000	4480	7700	76,1	100	22,0	4,91

Как увеличить силу электромагнита

Электромагниты работают так же хорошо, как и постоянные магниты. На самом деле они даже более полезны, потому что вы можете включать и выключать их. Вы найдете электромагниты в жестких дисках, динамиках и даже в сложном оборудовании, таком как аппараты МРТ и Большой адронный коллайдер ЦЕРН в Женеве, Швейцария. Очевидно, что вам нужен более сильный электромагнит для коллайдера частиц, чем для динамика, так как же ученым сделать магниты, достаточно мощные, чтобы фокусировать пучок электронов? Ответ немного сложнее, чем просто увеличить их, хотя это часть его.Материалы, которые вы используете, напряжение, которое вы применяете, и температура окружающей среды – все это очень важно.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Чтобы увеличить силу электромагнита, вы можете увеличить силу тока, и есть несколько способов сделать это. Вы также можете увеличить количество обмоток, снизить температуру окружающей среды или заменить немагнитный сердечник на ферромагнитный материал.

Все дело в электромагнитной индукции

Датский ученый Ганс Кристиан Орстед был первым, кто заметил, что ток, проходящий через провод, может повлиять на находящийся рядом компас.Другими словами, он создает магнитное поле. Если вы намотаете провод на сердечник, образуя так называемый соленоид, концы сердечника примут противоположные полярности, как у постоянного магнита. Напряженность поля зависит от величины тока, количества обмоток и материала сердечника. Это все, что вам нужно запомнить, если вы хотите сделать магнит сильнее.

Увеличьте величину тока

Согласно закону Ампера, магнитное поле вокруг токоведущего провода прямо пропорционально силе тока.Другими словами, увеличивая силу тока, вы увеличиваете магнитное поле, и есть несколько способов сделать это:

Увеличить напряжение: Закон Ома говорит вам, что ток пропорционален напряжению, поэтому, если вы Переключив электромагнит на 6-вольтовой батарее, переключитесь на 12-вольтовую. Однако вы не можете продолжать увеличивать напряжение бесконечно, потому что сопротивление провода увеличивается с температурой до тех пор, пока не будет достигнут ограничивающий ток. Это подводит вас к следующему варианту.

Уменьшите калибр провода: Сопротивление провода уменьшается с увеличением площади поперечного сечения, поэтому уменьшите калибр провода. Имейте в виду, что уменьшение калибра синонимично увеличению толщины проволоки. Если вы обернули соленоид проводом 16-го калибра, замените его на 14-калибр, и магнит станет сильнее.

Понизьте температуру: Сопротивление увеличивается с температурой, поэтому, если вы можете поддерживать свой магнит при температуре ниже точки замерзания, он будет сильнее, чем магнит при комнатной температуре, хотя разница, вероятно, не будет большой.Однако при очень низких температурах сопротивление почти исчезает, и провода становятся сверхпроводящими. Этот факт позволяет ученым создавать сверхмощные магниты, такие как те, что в ЦЕРНе.

Используйте провод с высокой проводимостью: Вы также можете увеличить ток, перейдя на провод с более высокой проводимостью. Медная проволока, вероятно, является наиболее токопроводящей проволокой, которую вы можете использовать, но серебряная проволока еще более токопроводящая. Переключитесь на серебряную проволоку, если можете себе это позволить, и у вас будет более сильный магнит.

Увеличьте количество обмоток

Сила электромагнита, также известная как его магнитодвижущая сила (ммс), прямо пропорциональна не только току (I), но и количеству обмоток (n) вокруг соленоид. Увеличение количества обмоток, вероятно, самый простой способ увеличить силу электромагнита. Поскольку mmf = nI, удвоение количества обмоток удваивает силу магнита. Можно намотать провода слоями вокруг сердечника соленоида.Магнитное поле не изменяется, когда провода контактируют друг с другом.

Используйте ферромагнитный сердечник

Если хотите, вы можете сделать электромагнит, намотав провода на использованный рулон бумажных полотенец, но если вам нужен сильный магнит, вместо этого оберните их вокруг железного сердечника. Железо – это магнитный материал, и при включении тока оно намагничивается. Фактически это дает вам два магнита по цене одного. Сталь содержит железо, поэтому она будет вести себя точно так же, хотя и не так сильно.Два других ферромагнитных металла, с которыми вы можете столкнуться, – это никель и кобальт.

Как построить генератор электромагнитного поля

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор С. Хуссейн Атер

Электромагнитные явления присутствуют повсюду, от батареи вашего мобильного телефона до спутников, отправляющих данные на Землю. Вы можете описать поведение электричества через электромагнитные поля, области вокруг объектов, которые проявляют электрические и магнитные силы, которые являются частью одной и той же электромагнитной силы.

Поскольку электромагнитная сила присутствует во многих приложениях в повседневной жизни, вы даже можете построить ее, используя батарею и другие предметы, такие как медная проволока или металлические гвозди, лежащие вокруг вашего дома, чтобы продемонстрировать эти явления в физике для себя.

••• Сайед Хуссейн Атер

Создание генератора ЭДС

Для создания генератора электромагнитного поля требуется соленоидная катушка из медной проволоки (спиральной или спиральной формы), металлический предмет, например железный гвоздь (для генератора гвоздей), изолирующий провод и источник напряжения (например, батарея или электроды) для излучения электрического тока.

При желании вы можете использовать металлические скрепки или циркуль для наблюдения за эффектом ЭДС. Если металлический объект является ферромагнитным (например, железом), материалом, который можно легко намагнитить, он будет намного, намного более эффективным.

Положите материалы на непроводящую поверхность, например на дерево или бетон.
Оберните медный провод как можно плотнее вокруг металлического объекта, пока он полностью не закроется. Чем больше катушек, тем сильнее будет генератор поля.
Обрежьте медную проволоку так, чтобы от головки и концов металлического предмета остались небольшие ее части.
Подсоедините один конец отрезка изолированного провода к медному проводу, выступающему из головки металлического объекта. Подключите другой конец изолированного провода к одному концу источника напряжения на регулируемом источнике питания.
Затем подключите один конец изолированного провода к источнику переменного тока.
Поместите несколько скрепок рядом с металлическим предметом, когда он лежит на поверхности.
Установите ручку регулируемого источника питания на 0 вольт.
Подключите блок питания и включите его.
Медленно поверните шкалу напряжения вверх и посмотрите на скрепки. Вы увидите, как они реагируют на магнитное поле от металлического объекта, как только оно станет достаточно сильным от генератора гвоздей.
С помощью компаса посередине отметьте направление электромагнитного поля. Стрелка компаса должна совпадать с осью катушки при протекании тока.

Физика генераторов ЭМП

Электромагнетизм, одна из четырех фундаментальных сил природы, описывает, как возникает электромагнитное поле, создаваемое потоком электрического тока.

Когда электрический ток течет по проводу, магнитное поле увеличивается вместе с витками провода. Это позволяет большему току проходить через меньшее расстояние или по меньшим путям, которые ближе к металлическому гвоздю. Когда ток течет по проводу, электромагнитное поле циркулирует вокруг провода.

••• Syed Hussain Ather

Когда ток течет по проводу, вы можете продемонстрировать направление магнитного поля, используя правило правой руки. Это правило означает, что если вы поместите большой палец правой руки в направлении тока провода, ваши пальцы будут изгибаться в направлении магнитного поля. Эти практические правила помогут вам запомнить направление, в котором находятся эти явления.

••• Syed Hussain Ather

Правило правой руки также применяется к форме соленоида, протекающего вокруг металлического объекта.Когда ток циркулирует по проволоке, он создает магнитное поле в металлическом гвозде или другом предмете. Это создает электромагнит , который мешает направлению компаса и может притягивать к нему металлические скрепки. Этот тип излучателя электромагнитного поля работает не так, как постоянные магниты.

В отличие от постоянных магнитов, электромагниты нуждаются в пропускании электрического тока через них, чтобы создавать магнитное поле для их использования. Это позволяет ученым, инженерам и другим профессионалам использовать их в широком спектре приложений и жестко контролировать их.

Магнитное поле генераторов ЭДС

Магнитное поле для индуцированного тока в форме соленоида электромагнитного поля можно рассчитать как

B = \ mu_0 nL

, в котором B – магнитное поле в Teslas, μ ₀ (произносится как «mu naught») – проницаемость свободного пространства (постоянное значение 1,257 x 10 ^-6), L – длина металла объект параллелен полю и n – количество витков вокруг электромагнита.Используя закон Ампера,

B = \ frac {\ mu_0 I} {L}

, вы можете рассчитать ток t I (в амперах).

Эти уравнения во многом зависят от геометрии соленоида, когда провода наматываются как можно ближе к металлическому гвоздю. Имейте в виду, что направление тока противоположно потоку электронов. Используйте это, чтобы выяснить, как должно измениться магнитное поле, и посмотрите, меняется ли стрелка компаса так, как вы рассчитываете или определяете с помощью правила правой руки.

Другие генераторы ЭДС

••• Сайед Хуссейн Атер

Изменение закона Ампера зависит от геометрии генератора ЭДС. В случае тороидального электромагнита в форме пончика поле

B = \ frac {\ mu_0 nI} {2 \ pi r}

для числа витков n и радиуса r от центр к центру металлических предметов. Окружность круга ( 2 π r) в знаменателе отражает новую длину магнитного поля, которое принимает круглую форму по всему тороиду.Формы генераторов ЭДС позволяют ученым и инженерам использовать их возможности.

Тороидальные формы, используемые в трансформаторах, используют катушки, намотанные вокруг них в разных слоях, так что, когда через них индуцируется ток, результирующая ЭДС и ток, которые он создает в ответ, передают мощность между разными катушками. Форма позволяет использовать более короткие катушки, которые уменьшают потери на сопротивление или потери из-за способа намотки токов. Это делает тороидальные трансформаторы эффективными в использовании энергии.

Использование электромагнита

Электромагниты могут применяться в большом количестве приложений от промышленного оборудования, компьютерных компонентов, сверхпроводимости и самих научных исследований. Сверхпроводящие материалы практически не имеют электрического сопротивления при очень низких температурах (около 0 Кельвина), которые могут использоваться в научном и медицинском оборудовании.

Сюда входят магнитно-резонансная томография (МРТ) и ускорители частиц. Соленоиды используются для генерации магнитных полей в матричных принтерах, топливных инжекторах и промышленном оборудовании.В частности, тороидальные трансформаторы также используются в медицинской промышленности из-за их эффективности при создании биомедицинских устройств.

Электромагниты также используются в музыкальном оборудовании, таком как динамики и наушники, силовые трансформаторы, которые увеличивают или уменьшают текущее напряжение на линиях электропередач, индукционный нагрев для приготовления пищи и производства и даже магнитные сепараторы для сортировки магнитных материалов из металлолома. Индукция для нагрева и приготовления пищи, в частности, зависит от того, как электродвижущая сила производит ток в ответ на изменение магнитного поля.

Наконец, поезда на магнитной подвеске используют сильную электромагнитную силу, чтобы левитировать поезд над рельсами, и сверхпроводящие электромагниты, чтобы разгоняться до высоких скоростей с быстрыми и эффективными темпами. Помимо этих применений, вы также можете найти электромагниты, используемые в таких устройствах, как двигатели, трансформаторы, наушники, громкоговорители, магнитофоны и ускорители частиц.

Создание электромагнита – упражнение

(Оценок: 1) Спасибо за оценку!

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Расходные материалы на группу: 2 доллара США.00

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Associated Sprinkle: Создание электромагнита! (для неформального обучения)

Тематические области: Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:

Резюме

Студенческие отряды исследуют свойства электромагнитов.Они создают свои собственные небольшие электромагниты и экспериментируют, пытаясь изменить свою силу, чтобы взять больше скрепок. Студенты узнают о том, как инженеры используют электромагниты в повседневной жизни. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры проектируют электромагниты, которые являются основной частью двигателей. Электромагнитные двигатели – большая часть повседневной жизни, а также промышленности и фабрик.Мы можем даже не осознавать, что ежедневно взаимодействуем с электромагнитами, поскольку используем самые разные двигатели, чтобы облегчить себе жизнь. Обычные устройства, в которых используются электромагнитные двигатели: холодильники, сушилки для одежды, стиральные машины, посудомоечные машины, пылесосы, швейные машины, вывоз мусора, дверные звонки, компьютеры, компьютерные принтеры, часы, вентиляторы, автомобильные стартеры, двигатели стеклоочистителей, электрические зубные щетки, электрические бритвы. , консервные ножи, колонки, музыкальные или магнитофонные проигрыватели и т. д.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

Сообщите, что электрический ток создает магнитное поле.
Опишите, как сделан электромагнит.
Исследуйте способы изменения силы электромагнита.
Перечислите несколько элементов, разработанных инженерами с использованием электромагнитов.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).
Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект Д2Л (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .
NGSS: научные стандарты нового поколения – наука
Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-3.Задайте вопросы, чтобы определить причинно-следственные связи электрических или магнитных взаимодействий между двумя объектами, не контактирующими друг с другом. (Класс 3)
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Пересекающиеся концепции
Задавайте вопросы, которые можно исследовать на основе таких закономерностей, как причинно-следственные связи.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами – от их ориентации относительно друг друга.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Причинно-следственные связи обычно выявляются, тестируются и используются для объяснения изменений.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-4. Определите простую конструктивную задачу, которую можно решить, применив научные идеи о магнитах. (Класс 3)
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Пересекающиеся концепции
Определите простую проблему, которую можно решить путем разработки нового или улучшенного объекта или инструмента.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами – от их ориентации относительно друг друга.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Научные открытия о мире природы часто могут привести к новым и усовершенствованным технологиям, которые разрабатываются в процессе инженерного проектирования.
Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!
Государственные стандарты Common Core – математика
Представляйте и интерпретируйте данные. (Оценка 4) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Представляйте реальный мир и математические проблемы, отображая точки в первом квадранте координатной плоскости, и интерпретируйте значения координат точек в контексте ситуации.(Оценка 5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач.(Оценка 5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К – 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Материалы обладают множеством разных свойств.(Оценки 3 – 5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Энергия бывает разных форм.(Оценки 3 – 5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Список материалов
Каждой группе необходимо:
гвоздь, 3 дюйма (7.6 см) или длиннее (из цинка, железа или стали, но не из алюминия)
Изолированный медный провод 2 фута (0,6 м) (не менее AWG 22 или выше)
D-элементный аккумулятор
несколько металлических скрепок, кнопок или булавок
широкая резинка
Рабочий лист электромагнита
Для каждой станции электромагнитного поля:
Картонная трубка для туалетной бумаги
Изолированный медный провод (не менее AWG 22 или выше), несколько футов (1 м)
картон (~ 5 x 5 дюймов или 13 x 13 см)
прищепки или зажимы (по желанию)
малярная лента
резинка
2-3 батареи типа D
Аккумулятор 9 В (вольт)
несколько металлических скрепок, кнопок и / или булавок
дополнительные батареи, при наличии: 6 В, 12 В, фонарь
(опция) изолента
2 малых компаса для спортивного ориентирования
На долю всего класса:
кусачки
устройства для зачистки проводов
Рабочие листы и приложения
Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_mag_lesson2_activity1] для печати или загрузки.
Больше подобной программы
Две стороны одной силы
Студенты узнают больше о магнетизме и о том, как магнетизм и электричество связаны в электромагнитах. Они изучают основы работы простых электродвигателей и электромагнитов. Студенты также узнают о гибридных бензиново-электрических автомобилях и их преимуществах перед обычным бензиновым двигателем…
Электрические и магнитные личности мистера Максвелла
Студенты кратко знакомятся с уравнениями Максвелла и их значением для явлений, связанных с электричеством и магнетизмом. Рассмотрены и усилены основные понятия, такие как ток, электричество и силовые линии.Благодаря множеству тем и заданий студенты видят, как электричество и магн …
Смена полей
Студенты индуцируют ЭДС в катушке с проволокой с помощью магнитных полей. Студенты рассматривают кросс-произведение относительно магнитной силы и вводят магнитный поток, закон индукции Фарадея, закон Ленца, вихревые токи, ЭДС движения и индуцированную ЭДС.
Магнитная личность
Студенты изучают свойства магнитов и то, как инженеры используют магниты в технике. В частности, студенты узнают о хранении на магнитной памяти, которое представляет собой чтение и запись информации данных с помощью магнитов, таких как жесткие диски компьютеров, zip-диски и флэш-накопители.
Предварительные знания
Некоторое знание магнитных сил (полюсов, сил притяжения). Для получения информации об электромагнитах см. Модуль «Магнетизм», Урок 2: Две стороны одной силы .
Введение / Мотивация
Сегодня мы поговорим об электромагнитах и создадим собственные электромагниты! Во-первых, может ли кто-нибудь сказать мне, что такое электромагнит? (Слушайте идеи студентов.Название электромагнита помогает нам понять, что это такое. (Напишите слово «электромагнит» на классной доске, чтобы учащиеся увидели его.) Давайте разберемся с ним. Первая часть слова, electro , звучит как электричество. Вторая часть слова, магнит , звучит так – магнит! Итак, электромагнит – это магнит, который создается электричеством.
Сегодня действительно важно помнить, что электричество может создавать магнитное поле . Это может показаться странным, потому что мы привыкли к магнитным полям, исходящим только от магнитов, но это действительно правда! Провод, по которому проходит электрический ток , создает магнитное поле. Фактически, простейший электромагнит представляет собой одиночный свернутый в спираль провод, по которому проходит электрический ток. Магнитное поле, создаваемое катушкой с проволокой, похоже на обычный стержневой магнит. Если мы поместим железный (или никелевый, кобальтовый и т. Д.) Стержень (возможно, гвоздь) через центр катушки (см. Рис. 1), стержень станет магнитом, создавая магнитное поле.Где взять электричество для электромагнита? Что ж, мы можем получить это электричество несколькими способами, например, от батареи или от розетки.
Мы можем усилить это магнитное поле, увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или мы можем увеличить количество витков проводов в катушке электромагнита. Как вы думаете, что произойдет, если мы сделаем и то, и другое? Верно! Наш магнит будет еще сильнее!
Инженеры используют электромагниты при проектировании и производстве двигателей .Двигатели используются вокруг нас каждый день, поэтому мы постоянно взаимодействуем с электромагнитами, даже не осознавая этого! Вы можете вспомнить какие-нибудь двигатели, которые вы использовали? (Возможные ответы: стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, вывоз мусора, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], проигрыватель цифровых видеодисков [DVD], видеомагнитофон, компьютер, электрическая бритва. , электрическая игрушка [радиоуправляемые машины, движущиеся куклы] и т. д.)
Процедура
Перед мероприятием
Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа по сборке электромагнита.
Установите достаточное количество станций электромагнитного поля для размещения команд по два студента в каждой.
В качестве альтернативы, проведите обе части задания в виде демонстрации класса под руководством учителя.
Рис. 2. Установка для станции электромагнитного поля. Авторское право
Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Подготовка к работе со станциями электромагнитного поля: Оберните проволоку вокруг картонной трубки от туалетной бумаги 12-15 раз, чтобы получилась проволочная петля.Оставьте два длинных конца проволоки свисающими с катушки. Проделайте четыре дырочки в картоне. Проденьте концы проводов через картонные отверстия так, чтобы трубка и катушка картона были прикреплены к картону (см. Рисунок 2). Используйте прищепки, зажимы или скотч, чтобы прикрепить картон к столу или письменному столу. Используя малярную ленту или резинку, подсоедините один конец провода катушки к любой батарее, оставив другой конец провода неподключенным к батарее. Прикрепите к станции булавки, скрепки или кнопки. Также установите любые другие доступные запасные батареи (6 В, 12 В и т. Д.).) и два маленьких компаса для ориентирования на этой станции.
Подготовьтесь к созданию электромагнита: для этой части задания либо установите материалы на станции, либо раздайте их парам учеников, чтобы они поработали за их партами.
Отложите несколько дополнительных батарей, чтобы студенты могли проверить свои собственные электромагниты. Сюда могут входить 9-вольтовые батареи. Вы можете установить батарею 3 В, подключив 2 D-элемента последовательно, или батарею 4,5 В, подключив 3 D-элемента последовательно.
Отрежьте по одному куску проволоки длиной 2 фута (0,6 м) для каждой команды. С помощью приспособлений для зачистки проводов удалите примерно ½ дюйма (1,3 см) изоляции с обоих концов каждого куска провода.
Со студентами: Станции электромагнитного поля
Разделите класс на пары учеников. Раздайте по одному рабочему листу каждой команде.
При работе с настройкой перед занятием (см. Рисунок 2), в которой один конец спирального провода прикреплен к одному концу батареи, попросите учащихся подсоединить другой конец провода к другому концу батареи с помощью ленты или резинка.
Чтобы определить местонахождение магнитного поля электромагнита, попросите учащихся переместить компас по кругу вокруг электромагнита, обращая внимание на направление, которое указывает компас (см. Рисунок 3). Предложите учащимся нарисовать батарею, катушку и магнитное поле на своих рабочих листах. Используйте стрелки, чтобы показать магнитное поле. Пометьте положительный и отрицательный полюса батареи и полюса магнитного поля. Что произойдет, если вы повесите скрепку на другую скрепку рядом с катушкой (см. Рисунок 3)? (Ответ: свисающая скрепка движется, меняет направление и / или качается.)
Рис. 3. Эксперименты с магнитным полем электромагнита. Авторское право
Авторское право © 2006 Минди Зарске, программа ITL, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере
Затем поменяйте местами подключение электромагнита, поменяв оба конца провода на противоположные концы аккумулятора. (Когда направление тока в катушке или в электромагните меняется на противоположное, магнитные полюса меняются местами – северный полюс становится южным полюсом, а южный полюс становится северным полюсом.) Используйте компас, чтобы проверить направление магнитного поля. Сделайте второй рисунок. Снова повесьте скрепку возле катушки. Что происходит? (Ответ: опять же, свисающая скрепка движется, меняет направление и / или качается.)
Отсоедините хотя бы один конец провода от аккумулятора для экономии заряда аккумулятора.
Если позволяет время, используйте другие батарейки и наблюдайте за изменениями. Более высокое напряжение означает больший ток, а чем больше ток, тем сильнее электромагнит.
Со студентами: создание электромагнита
Убедитесь, что у каждой пары учащихся есть следующие материалы: 1 гвоздь, 2 фута (0,6 м) изолированного провода, 1 батарейка типа D, несколько скрепок (или кнопок или булавок) и резинка.
Оберните проволоку вокруг гвоздя не менее 20 раз (см. Рисунок 4). Убедитесь, что ученики плотно накручивают ногти, не оставляя зазоров между проволоками и не перекрывая накладки.
Дайте ученикам несколько минут, чтобы посмотреть, смогут ли они самостоятельно создать электромагнит, прежде чем давать им остальные инструкции.
Чтобы продолжить изготовление электромагнита, подсоедините концы спирального провода к каждому концу батареи, используя резиновую ленту, чтобы удерживать провода на месте (см. Рисунок 4).
Рис. 4. Установка для изготовления электромагнита с использованием батареи, провода и гвоздя. Авторское право
Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Проверьте силу электромагнита, посмотрев, сколько скрепок он может поднять.
Запишите количество скрепок на листе.
Отсоединить провод от АКБ после проверки электромагнита. Может ли электромагнит подхватить скрепки при отключенном токе? (Ответ: нет)
Проверить, как изменение конструкции электромагнита влияет на его прочность. Две переменные, которые необходимо изменить, – это количество витков вокруг гвоздя и ток в витой проволоке, используя другой размер или количество батарей. Для экономии заряда аккумулятора не забывайте отключать провод от аккумулятора после каждого теста.
Заполните рабочий лист; составить список способов использования электромагнитов инженерами.
В заключение проведите обсуждение в классе. Сравните результаты команд. Задайте студентам вопросы для обсуждения инженерной мысли после оценивания, представленные в разделе «Оценка».
Словарь / Определения
Батарея: элемент, несущий заряд, способный питать электрический ток.
ток: поток электронов.
Электромагнит: магнит, сделанный из изолированного провода, намотанного на железный сердечник (или любой магнитный материал, такой как железо, сталь, никель, кобальт), через который проходит электрический ток для создания магнетизма. Электрический ток намагничивает материал сердечника.
электромагнетизм: магнетизм, созданный электрическим током.
инженер: человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашей планеты.Это включает в себя проектирование, производство и эксплуатацию эффективных и экономичных конструкций, машин, продуктов, процессов и систем.
магнит: объект, создающий магнитное поле.
магнитное поле: пространство вокруг магнита, в котором присутствует магнитная сила магнита.
двигатель: электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.
постоянный магнит: объект, который сам генерирует магнитное поле (без помощи тока).
соленоид: катушка с проводом.
Оценка
Оценка перед началом деятельности
Предсказание : попросите учащихся предсказать, что произойдет, когда проволока намотана на гвоздь и добавлено электричество. Запишите их прогнозы на классной доске.
Мозговой штурм : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что никакая идея или предложение не “глупо”.«Все идеи следует с уважением выслушать. Спросите студентов: что такое электромагнит?
Оценка деятельности
Рабочий лист : В начале упражнения раздайте Рабочий лист «Создание электромагнита». Попросите учащихся сделать рисунки, записать измерения и следить за действиями на своих рабочих листах. После того, как учащиеся завершат работу с рабочим листом, предложите им сравнить ответы со сверстниками или другой парой, давая всем учащимся время на то, чтобы закончить. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.
Гипотеза : Пока ученики делают свой электромагнит, спросите каждую группу, что произойдет, если они изменят размер своей батареи. Как насчет большего количества витков проволоки вокруг гвоздя? (Ответ: Электромагнит можно сделать сильнее двумя способами: увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или увеличив количество витков проволоки в катушке электромагнита.)
Оценка после деятельности
Технические вопросы для обсуждения : запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.
Как инженер может модифицировать электромагнит, чтобы изменить силу его магнитного поля? Какие модификации могут быть самыми простыми или дешевыми? (Возможные ответы: увеличение количества катушек, используемых в соленоиде [электромагните], вероятно, является наименее дорогим и простым способом увеличить силу электромагнита. Или инженер может увеличить ток в электромагните. Или инженер может использовать металлический сердечник, который легче намагничивается.)
Как инженеры могут использовать электромагниты для разделения перерабатываемых материалов? (Ответ: Некоторые металлы в куче утилизации или вторичной переработки притягиваются к магниту и могут быть легко отделены.Цветные металлы должны пройти двухэтапный процесс, в котором к металлу прикладывают напряжение, чтобы временно вызвать в нем ток, который временно намагничивает металл, так что он притягивается к электромагниту для отделения от неметаллов.)
Каким образом инженеры могут использовать электромагниты? (Возможные ответы: инженеры используют электромагниты в конструкции двигателей. Примеры см. В возможных ответах на следующий вопрос.)
Как электромагниты используются в повседневной жизни? (Возможные ответы: двигатели используются вокруг нас каждый день, например, холодильник, стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, мусоропровод, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], цифровой видеодиск. [DVD]-плеер, кассетный видеомагнитофон, компьютер, электробритва, электрическая игрушка [радиоуправляемые автомобили, движущиеся куклы] и т. Д.)
Практика построения графиков : Представьте классу следующие задачи и попросите студентов построить график своих результатов (или результатов всего класса). Обсудите, какие переменные привели к большему изменению силы электромагнита.
Составьте график, показывающий, как изменилась сила электромагнита, когда вы изменили количество витков проволоки в вашем электромагните.
Составьте график, показывающий, как сила вашего электромагнита изменялась при изменении тока (при изменении размера батареи).
Вопросы безопасности
Электромагнит может сильно нагреваться, особенно на клеммах, поэтому попросите учащихся отключать батареи через частые промежутки времени.
Советы по поиску и устранению неисправностей
Высокая плотность покрытия ногтей важна для создания магнитного поля. Если обернутые гвозди не действуют как магниты, проверьте обмотки катушек учащихся, чтобы убедиться, что они не перекрещиваются, и что обертки плотно затянуты.Кроме того, используйте тонкую проволоку, чтобы обеспечить большее количество витков по длине гвоздя.
Железные гвозди работают лучше, чем болты, поскольку резьба болта не позволяет гладко наматывать медную проволоку, что может нарушить магнитное поле.
Избегайте использования неполностью заряженных аккумуляторов. Частично разряженные батареи не вызывают сильной и заметной магнитной реакции.
Если электромагниты становятся слишком горячими, попросите учащихся обращаться с ними в резиновых кухонных перчатках.
Расширения деятельности
Другой способ изменить ток в электромагните – использовать провода разного калибра (толщины) или из разных материалов (например: медь vs.алюминий). Попросите учащихся протестировать разные типы проводов, чтобы увидеть, как это влияет на силу электромагнита. В качестве контроля сохраняйте постоянным количество катушек и величину тока (батареи) для всех испытаний проводов. Затем, основываясь на результатах их отдыха, попросите учащихся предположить сопротивление различных проводов.
Масштабирование активности
Для младших классов попросите учащихся следовать инструкциям учителя по созданию простого электромагнита.Обсудите основное определение электромагнита и то, как электромагниты используются в повседневных приложениях.
Для старших классов попросите учащихся изучить способы изменения силы их электромагнитов, не давая им никаких подсказок или подсказок. Попросите учащихся изобразить данные своего рабочего листа в зависимости от количества катушек и / или размера батареи в их электромагните.
Авторские права
© 2004 Регенты Университета Колорадо
Авторы
Ксочитл Замора Томпсон; Джо Фридрихсен; Эбигейл Уотрус; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон
Программа поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
Благодарности
Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326).Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 15 мая 2021 г.
вопросов и ответов – Как сделать электромагнит?
Как сделать электромагнит?
Электромагнит сделать довольно просто. Все, что вам нужно сделать, это намотать изолированный медный провод на железный сердечник.Если вы прикрепите батарею к проводу, электрический ток начнет течь, и железный сердечник намагнитится. Когда аккумулятор отключен, железный сердечник теряет свой магнетизм. Если вы хотите построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте с магнитами и электромагнитами, выполните следующие действия:
Шаг 1 – Соберите материалы
Чтобы построить электромагнит, описанный в нашем эксперименте с магнитами и электромагнитами, вам потребуется:
Один железный гвоздь длина пятнадцать сантиметров (6 дюймов)
Три метра (10 футов) изолированного многожильного медного провода 22 калибра
Одна или несколько батарей типа D
Пара инструментов для зачистки проводов
Шаг 2 – Удаление части изоляции
Немного медного провода необходимо обнажить, чтобы аккумулятор мог обеспечить хорошее электрическое соединение.Используйте пару инструментов для зачистки проводов, чтобы удалить несколько сантиметров изоляции с каждого конца провода.
Шаг 3 – Оберните проволоку вокруг гвоздя
Аккуратно оберните проволоку вокруг гвоздя. Чем больше проволоки вы намотаете вокруг гвоздя, тем сильнее будет ваш электромагнит. Убедитесь, что вы оставили достаточно размотанного провода, чтобы можно было прикрепить аккумулятор.
Когда вы наматываете проволоку на гвоздь, убедитесь, что вы намотали проволоку в одном направлении. Вам нужно сделать это, потому что направление магнитного поля зависит от направления электрического тока, создающего его.Движение электрических зарядов создает магнитное поле. Если бы вы могли видеть магнитное поле вокруг провода, по которому течет электричество, это выглядело бы как серия кругов вокруг провода. Если электрический ток течет прямо к вам, создаваемое им магнитное поле вращается вокруг провода против часовой стрелки. Если направление электрического тока меняется на противоположное, магнитное поле также меняет направление и вращает провод по часовой стрелке. Если вы обернете часть проволоки вокруг гвоздя в одном направлении, а часть проволоки в другом направлении, магнитные поля из разных секций будут бороться друг с другом и нейтрализоваться, уменьшая силу вашего магнита.
Шаг 4 – Подключение батареи
Присоедините один конец провода к положительной клемме батареи, а другой конец провода – к отрицательной клемме батареи. Если все прошло хорошо, ваш электромагнит теперь работает!
Не беспокойтесь о том, какой конец провода вы присоединяете к положительной клемме аккумулятора, а какой – к отрицательной. Ваш магнит будет работать в любом случае. Что изменится, так это полярность вашего магнита.Один конец вашего магнита будет его северным полюсом, а другой конец – его южным полюсом. При изменении способа подключения батареи полюса вашего электромагнита меняются местами.
Советы по усилению вашего электромагнита
Чем больше витков проволоки у вашего магнита, тем лучше. Учтите, что чем дальше от жилы будет провод, тем менее эффективен он будет.
Чем больше тока проходит по проводу, тем лучше. Внимание! Слишком большой ток может быть опасен! Когда электричество проходит по проводу, часть электроэнергии преобразуется в тепло.Чем больше тока проходит через провод, тем больше выделяется тепла. Если удвоить ток, проходящий через провод, выделяемое тепло увеличится на в 4 раза на ! Если утроить ток, проходящий через провод, выделяемое тепло увеличится в 9 раз ! Вещи могут быстро стать слишком горячими.
Попробуйте поэкспериментировать с разными ядрами. Более толстый сердечник может сделать магнит более мощным. Просто убедитесь, что выбранный вами материал может быть намагничен. Вы можете проверить свой сердечник с помощью постоянного магнита.Если постоянный магнит не притягивается к вашему сердечнику, из него не будет хорошего электромагнита. Например, алюминиевый стержень – не лучший выбор для сердечника вашего магнита.
Связанные страницы:
BEAMS Activity – Магниты и электромагниты
Наука в домашних условиях – Электромагниты (видеоэксперимент)
Что такое электромагнит?
Вы знаете, что такое электромагнит?
На каких работах используются электромагниты?
Workbench Projects – экспериментальный стенд Electromanget
Электромагнит | инструмент | Британника
Электромагнит , устройство, состоящее из сердечника из магнитного материала, окруженного катушкой, через которую пропускается электрический ток для намагничивания сердечника.Электромагнит используется везде, где требуются управляемые магниты, например, в устройствах, в которых магнитный поток должен изменяться, реверсироваться или включаться и выключаться.
Инженерное проектирование электромагнитов систематизировано с помощью концепции магнитопровода. В магнитной цепи магнитодвижущая сила F, или F м определяется как ампер-витки катушки, которая генерирует магнитное поле для создания магнитного потока в цепи. Таким образом, если катушка из n витков на метр проводит ток i ампер, поле внутри катушки составляет ni ампер на метр, а магнитодвижущая сила, которую она генерирует, составляет nil ампер-витков, где l – длина катушки.Более удобно, магнитодвижущая сила равна Ni, , где N, – общее количество витков в катушке. Плотность магнитного потока B в магнитной цепи эквивалентна плотности тока в электрической цепи. В магнитной цепи магнитным эквивалентом тока является полный поток, обозначенный греческой буквой фи, ϕ , задаваемый как BA, , где A, – площадь поперечного сечения магнитной цепи. В электрической цепи электродвижущая сила ( E ) связана с током, i, в цепи, как E = Ri, , где R – сопротивление цепи.В магнитной цепи F = rϕ, , где r – сопротивление магнитной цепи, эквивалентное сопротивлению в электрической цепи. Магнитное сопротивление получается делением длины магнитного пути -1 на проницаемость, умноженную на площадь поперечного сечения A ; таким образом, r = л / мкА, греческая буква мю, мк, символизирует проницаемость среды, образующей магнитную цепь. Единицы измерения сопротивления – ампер-витки на вебер.Эти концепции могут быть использованы для расчета сопротивления магнитной цепи и, следовательно, тока, необходимого через катушку, чтобы протолкнуть желаемый магнитный поток через эту цепь.
Однако несколько допущений, используемых в этом типе расчетов, делают его в лучшем случае лишь приблизительным руководством к проектированию. Влияние проницаемой среды на магнитное поле можно представить себе как вытеснение магнитных силовых линий в себя. И наоборот, силовые линии, проходящие от области с высокой проницаемостью к области с низкой проницаемостью, имеют тенденцию расширяться, и это происходит в воздушном зазоре.Таким образом, плотность магнитного потока, которая пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, будет уменьшаться в воздушном зазоре за счет выступающих или окаймляющих линий по сторонам зазора. Этот эффект будет усиливаться при увеличении промежутков; могут быть сделаны грубые поправки для учета эффекта окантовки.
Также предполагалось, что магнитное поле полностью ограничено внутри катушки. Фактически, всегда существует определенное количество потока рассеяния, представленного магнитными силовыми линиями вокруг внешней стороны катушки, который не способствует намагничиванию сердечника.Поток рассеяния обычно невелик, если магнитная проницаемость относительно высока.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
На практике проницаемость магнитного материала зависит от плотности потока в нем. Таким образом, расчет может быть выполнен для реального материала, только если доступна фактическая кривая намагничивания или, что более полезно, график мкм против B, .
Наконец, конструкция предполагает, что магнитопровод не намагничен до насыщения.Если бы это было так, то плотность потока в воздушном зазоре в этой конструкции не могла бы быть увеличена, независимо от того, сколько тока пропускалось через катушку. Эти концепции более подробно рассматриваются в следующих разделах, посвященных конкретным устройствам.
Соленоид обычно представляет собой длинную катушку, по которой протекает ток, создавая магнитное поле. В более узком смысле это название относится к электромеханическому устройству, которое производит механическое движение при подаче электрического тока. В своей простейшей форме он состоит из железного каркаса, охватывающего катушку, и цилиндрического плунжера, движущегося внутри катушки, как показано на рисунке 1.Для источника переменного тока потери в стали в сплошном каркасе ограничивают эффективность, и используется многослойный каркас, который состоит из стопки тонких листов железа, нарезанных соответствующей формы и уложенных слоем изоляционного лака между ними. простынь. Когда катушка находится под напряжением, плунжер перемещается в катушку за счет магнитного притяжения между ним и рамой, пока не войдет в контакт с рамой.
Рисунок 1: Элементы соленоида
Encyclopædia Britannica, Inc.
Соленоиды переменного тока имеют тенденцию быть более мощными в полностью открытом положении, чем устройства постоянного тока. Это происходит потому, что начальный ток, высокий из-за индуктивности катушки, уменьшается за счет воздушного зазора между плунжером и рамой. Когда соленоид закрывается, этот воздушный зазор уменьшается, индуктивность катушки увеличивается, а переменный ток через нее падает. Если соленоид переменного тока заедает в открытом положении, катушка может перегореть.
Когда соленоид полностью открыт, он имеет большой воздушный зазор, а высокое сопротивление этого зазора поддерживает низкий поток в магнитной цепи для данной магнитодвижущей силы, и сила, действующая на плунжер, соответственно низкая.Когда плунжер закрывается, сопротивление падает, а магнитный поток увеличивается, так что сила увеличивается постепенно. Производители соленоидов предоставляют кривые “сила-ход”, чтобы пользователи могли выбрать правильные единицы для своих целей. Кривую можно изменить, нагружая плунжер пружиной, так что сила, прилагаемая на протяжении всего хода, может быть согласована с конкретной механической нагрузкой.
Корпорация Magnetech
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Есть два типа электромагнитов переменного тока.Один из них – округ Колумбия электромагниты со встроенными преобразователями (выпрямителями) переменного тока в постоянный. Другой – настоящие электромагниты переменного тока из ламинированной электрической стальной сердечник (ламинация). При подаче переменного напряжения истинный переменный ток электромагниты создают переменное магнитное поле. Ламинированный сердечник устраняет вихревые токи из-за переменного источника питания. Это точно Электромагниты переменного тока могут работать как с источниками питания переменного, так и постоянного тока.
Воздушный зазор или воздушные зазоры – немагнитное расстояние в путь магнитного поля между электромагнитом и плунжером (заготовка).Воздушный зазор (и) может быть физическим воздушным расстоянием или любым немагнитные материалы. Воздушный зазор (и) будет экспоненциально уменьшаться удерживающая стоимость.
Magnetech круглый, прямоугольный, и квадратные электромагниты сконструированы ферромагнитным центральный полюс с электрической катушкой, окруженной внешней оболочкой. При активации от источника постоянного тока магнитное поле в центральный полюс радиально возвращается к внешней оболочке с минимальным текущее поле.Конечный результат – сильный концентрированный холдинг. мощность на центральном полюсе и равномерно распределенная удерживающая сила на внешней оболочке. Этот уникальный и оптимизированный дизайн обеспечивает более высокая удерживающая способность и меньшее энергопотребление, чем стандартная конструкция. высокая удерживающая способность электромагниты имеют плоскую поверхность и доступны в различных вариантах исполнения. формы и размеры. Они идеально подходят для приложений, в которых электромагнит непосредственно контактирует с гладким и плунжер с плоской поверхностью (заготовка).Они лучший выбор для подъем, удержание и позиционирование черных металлов. Они могут быть используется в приложениях с ручным или автоматическим управлением с напряжением 12 В постоянного тока, Рабочее напряжение 24 В постоянного тока или 110 В.
Magnetech параллельный полюс (биполярные) электромагниты сконструированы ферромагнитным параллельные боковые полюса с электрической катушкой между ними. Когда активируется источником питания постоянного тока, магнитное поле на одном боковом полюсе возвращается на другой боковой полюс.Конечный результат – сильная даже удерживающая сила на параллельных полюсах. И так как расстояние между полюсами обычно больше, магнитное поле способно дотянуться до применений с воздушными зазорами. Этот уникальный а оптимизированная конструкция обеспечивает более высокую удерживающую способность и меньшую потребляемая мощность больше, чем у традиционной конструкции. Эти электромагниты имеют плоскую поверхность и доступны в различных формах. и размеры. Хотя они идеально подходят для приложений, в которых электромагнит непосредственно контактирует с гладким и плоская поверхность плунжера (заготовка), они могут работать на неровной поверхностный плунжер (заготовка) с воздушными зазорами.Их можно адаптировать с индивидуальными полюсными башмаками на любую изогнутую поверхность. Они лучше выбор для подъема, удержания и позиционирования черных металлов. Их можно использовать в приложениях с ручным или автоматическим управлением. с рабочим напряжением 12 В или 24 В постоянного тока.
Рабочий цикл – это процент от общего времени работы в течение один полный цикл включения и выключения. Максимальное время включения в цикл составляет определяется физическим размером электромагнита.Меньший электромагнит, короткое максимальное время включения. Например, 25% рабочий цикл с макс. 2 минутами. вовремя означает, что каждые 2 минут рабочего времени требует 6 минут отдыха.
Номинальный продолжительный рабочий цикл электромагнита (100% цикла) может работать непрерывно при нормальной комнатной температуре с конвекционный отвод тепла.
Электромагнит, рассчитанный на прерывистый рабочий цикл (не 100% рабочий цикл) должен работать в пределах указанного рабочего цикла, чтобы избегать перегрева электромагнита.Перегрев приведет к преждевременный выход из строя.
Электромагнит
Магнетизм создается электрическим током. Так магнетизм присутствует при протекании электрического тока. An электромагнит выделяет тепло, но магнетизм не меняется теплом. Чем больше электрический ток и витки обмотки, тем больше магнетизма.
Постоянный магнит
Магнетизм сохраняется после намагничивания электрическим током.Так остаточный магнетизм, но очень сильный остаток. Постоянный магнит не выделяет тепла, но магнетизм уменьшается на окружающее тепло. Постоянный магнит в конечном итоге будет размагничивается в процессе эксплуатации с течением времени.
Какой из них имеет более сильный магнетизм?
Зависит от области применения, физических условий и окружающей среды ограничения. Как правило, при заданном физическом размере электромагнит с непрерывным Duty_Cycle немного слабее сильного постоянного магнита.Но электромагнит может быть сильнее с прерывистым рабочим циклом. В другими словами, электромагнит можно сделать очень сильным, если может отводить тепло от электромагнита за счет снижения нагрузки цикл или принудительное охлаждение.
Как далеко может распространяться магнитное поле?
Ответ недалеко. Поскольку магнитное поле или путь представляет собой петлю без начала и конца. Магнитный путь обычно состоит из магнитного поля внутри сердечника электромагнита и магнитное поле в воздухе.Магнитное поле в воздухе иногда бывает желаемое поле для применения. Поскольку магнитное поле представляет собой петлю что можно рассматривать от северного полюса электромагнита до воздух, с воздуха на южный полюс электромагнита, с юга полюс через внутреннюю часть электромагнита возвращается на север столб. Путь магнитного поля в воздухе следует правилам путь наименьшего сопротивления (кратчайшая сглаженная кривая для упрощения интерпретация). Вот почему это магнитное поле не может проецировать далеко.Никогда не думайте, что магнитное поле может быть невидимая веревка стреляет наружу.
Какова сила магнитного поля?
Спроецированное магнитное поле в воздухе снижает его напряженность (плотность потока) экспоненциально по расстоянию.
Каково практическое соотношение поля в воздухе и физического? размер?
В непрерывном рабочем цикле, расстояние магнитного поля составляет одну единицу требует электромагнита диаметром около 4 единиц, например диаметр 2 дюйма электромагнит обычно создает магнитное поле, которое проецирует примерно на 1/2 дюйма выше электромагнита.Напряженность магнитного поля, рабочий цикл, метод охлаждения и форма электромагнита могут резко изменить соотношение.
Перечисленная стоимость холдинга – это фактические показания отрыва Стальной пластинчатый плунжер 1/2 дюйма (заготовка) без воздушного зазора (а) между их. Величина удержания – это осевое усилие отрыва согласно диаграмме. Сила открывания, например сначала открыв один край, чтобы оторваться, намного меньше холдинговой стоимости. Сила сдвига (скольжение сила) не удерживающая сила, а сила трения и многое другое. меньше, чем удерживаемая стоимость.Стоимость владения будет экспоненциально снижаться с присутствием любого воздушного зазора. В целях безопасности при хранении приложений не используйте электромагниты более 1/2 номинального значения. В подъеме приложения, не используйте более 1/4 номинального значения. Не используйте электромагниты над людьми. Схема испытаний
:
Рабочая температура также называется рабочей температурой или температура окружающей среды в техническом выражении. Стандарт Magnetech электромагниты предназначены для работы при температуре от -10 ° C (14 ° F) до Температура окружающей среды 40 ° C (104 ° F).Слишком низкая температура окружающей среды вызовет трещину в эпоксидной смоле, что приведет к разрыву внутри магнита катушки или сделать изоляцию выводных проводов хрупкой. Тоже высокая температура окружающей среды приведет к срабатыванию внутренней магнитной катушки. перегрев. Если выше температура окружающей среды желательна, электромагнит может быть изготовлен на заказ из высокотемпературного изоляционного материала.
Электромагнит в возбужденном состоянии имеет полярность севера. полюс и южный полюс.Линии магнитного потока идут с севера полюс к южному полюсу, затем через стальной сердечник электромагнит, и вернитесь к северному полюсу. Собственно, магнитный flux – это замкнутый цикл без запуска и завершения. Регулировка полярность источника постоянного тока к электромагниту постоянного тока будет регулировать полярность северного полюса и южного полюса.
Материал сердечника электромагнитов – низкоуглеродистая сталь с очень высокой низкий остаток. Электромагниты постоянного тока Magnetech имеют очень низкую остаточную магнетизм остается на электромагнитах при отключении питания постоянного тока.Но детали, удерживаемые электромагнитом, могли сохранить некоторые остаточный магнетизм в зависимости от материала деталей. Обычно мягкая сталь с низким содержанием углерода имеет меньше остатков и Инструментальная сталь с высоким содержанием углерода заканчивается с высоким содержанием остатков.
Что делать, если детали налипают на электромагнит?
Иногда гравитация детали недостаточна для преодоления остаточный магнетизм, так что деталь прилипает к электромагнит и не может упасть. Обычно это происходит только на небольшие, легкие детали в автоматическом подборе заявление.Решая эту проблему электрически, воспользуйтесь специальным Источник питания постоянного тока с выключенным расцепителем или ОКРУГ КОЛУМБИЯ блок питания с реверсивным током для отмены остатка. Или механически используйте электромагниты с автоспуском. Части все еще могут закончиться с некоторым остаточным магнетизмом.
Как удалить остаточное намагничивание деталей?
Используйте размагничиватель для удаления остатков. Обычный размагничиватель магнитная катушка с питанием от переменного тока. Детали должны проходить через катушку и физически отойти от катушки, пока катушка находится на переменном токе мощность, как будто величина переменного магнитного поля постепенно снижается до нуля, чтобы полностью удалить остатки магнетизм на деталях.Если нет физического движения во время размагничивания, мощность источника переменного тока должна постепенно уменьшить до нуля либо с помощью варика, либо с помощью автоматического демпфирования схема.
СОЗДАЙТЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТ – ScienceBob.com
Вам понадобится
Большой железный гвоздь (около 3 дюймов)
Около 3 футов тонкого медного провода с ПОКРЫТИЕМ
Свежая батарея размера D
Скрепки или другие небольшие магнитные предметы
Что делать
1.Оставьте около 8 дюймов проволоки на одном конце и оберните большую часть проволоки вокруг гвоздя. Старайтесь не перекрывать провода.
2. Обрежьте провод (при необходимости) так, чтобы на другом конце оставалось еще около 8 дюймов.
3. Теперь удалите примерно 2,5 сантиметра пластикового покрытия с обоих концов провода и прикрепите один провод к одному концу батареи, а другой провод к другому концу батареи. См. Картинку ниже. (Лучше всего прикрепить провода к аккумулятору – будьте осторожны, провод может сильно нагреться!)
4.Теперь у вас есть ЭЛЕКТРОМАГНИТ! Поместите кончик гвоздя рядом с несколькими скрепками, и он должен их поднять!
ПРИМЕЧАНИЕ. При изготовлении электромагнита аккумулятор расходуется довольно быстро, поэтому аккумулятор может нагреваться, поэтому отключите провода, когда закончите исследование.
Как это работает?
Большинство магнитов, как и во многих холодильниках, нельзя выключить, их называют постоянными магнитами. Магниты, подобные тем, которые вы сделали, которые можно включать и выключать, называются ЭЛЕКТРОМАГНИТАМИ.Они работают на электричестве и являются магнитными только тогда, когда электричество течет. Электричество, протекающее по проволоке, распределяет молекулы в ногте так, что они притягиваются к определенным металлам. НИКОГДА не приближайте провода электромагнита к бытовой розетке! Будьте осторожны – получайте удовольствие!
СДЕЛАТЬ ЭКСПЕРИМЕНТ
Данный проект является ДЕМОНСТРАЦИЕЙ. Чтобы провести настоящий эксперимент, вы можете попытаться ответить на следующие вопросы:
1. Влияет ли количество раз, когда вы наматываете проволоку на ноготь, на его прочность?
2.Влияет ли толщина или длина гвоздя на силу электромагнитов?
3. Влияет ли толщина провода на мощность электромагнита?
Наука Боб
.

Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-3.Задайте вопросы, чтобы определить причинно-следственные связи электрических или магнитных взаимодействий между двумя объектами, не контактирующими друг с другом. (Класс 3) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.

В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Пересекающиеся концепции
Задавайте вопросы, которые можно исследовать на основе таких закономерностей, как причинно-следственные связи. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами – от их ориентации относительно друг друга. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Причинно-следственные связи обычно выявляются, тестируются и используются для объяснения изменений. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-4. Определите простую конструктивную задачу, которую можно решить, применив научные идеи о магнитах. (Класс 3) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.

В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Пересекающиеся концепции
Определите простую проблему, которую можно решить путем разработки нового или улучшенного объекта или инструмента. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами – от их ориентации относительно друг друга. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Научные открытия о мире природы часто могут привести к новым и усовершенствованным технологиям, которые разрабатываются в процессе инженерного проектирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Мощность электромагнита: Онлайн калькулятор для расчета электромагнитной силы

Магнитек – Пример простейшего расчёта электромагнита

Принцип действия электромагнита – Статьи

Сила тяги электромагнитов | Электротехника

Грузоподъемные электромагниты

Теория электромагнитов – Статьи – Завод грузоподъемных электромагнитов ДимАл — электрические магниты от производителя

Калькулятор магнитодвижущей силы • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Определения и формулы

Общие сведения

Историческая справка

Магнитодвижущая сила. Определение

Магнитодвижущая сила в электротехнике

Электромагниты

Конструкция и принцип работы

Электромагнитная муфта

Электромагниты на сверхпроводниках

Электромагнит Биттера

Исполнительные электромеханизмы

Электромагнитный клапан

Расцепитель автоматического выключателя

Реле

Контакторы

Примеры опытов по применению МДС

Выбор электромагнита для использования на кранах и перегружателях

Преимущества тяжелых магнитов

Оптимальный коэффициент использования грузоподъемности

Интенсивность имеет значение

Как увеличить силу электромагнита

TL; DR (слишком долго; не читал)

Все дело в электромагнитной индукции

Увеличьте величину тока

Увеличьте количество обмоток

Используйте ферромагнитный сердечник

Как построить генератор электромагнитного поля

Создание генератора ЭДС

Физика генераторов ЭМП

Магнитное поле генераторов ЭДС

Другие генераторы ЭДС

Использование электромагнита

Создание электромагнита – упражнение

Быстрый просмотр

Резюме

Инженерное соединение

Цели обучения

Образовательные стандарты

Список материалов

Рабочие листы и приложения

Больше подобной программы

Предварительные знания

Введение / Мотивация

Процедура

Словарь / Определения

Оценка

Вопросы безопасности

Советы по поиску и устранению неисправностей

Расширения деятельности

Масштабирование активности

Авторские права

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

вопросов и ответов – Как сделать электромагнит?

Электромагнит | инструмент | Британника

Корпорация Magnetech

СОЗДАЙТЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТ – ScienceBob.com

Вам понадобится

Что делать

Как это работает?

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ