Nam châm điện và ứng dụng của chúng

Một nam châm điện tạo ra từ trường bằng cách sử dụng một cuộn dây được truyền dòng điện. Để khuếch đại trường này và định hướng từ thông dọc theo một đường cụ thể, hầu hết các nam châm điện đều có một mạch từ làm bằng thép từ tính nhẹ.

Ứng dụng của nam châm điện

Nam châm điện đã trở nên phổ biến đến mức khó có thể gọi tên lĩnh vực công nghệ mà chúng được sử dụng ở dạng này hay dạng khác. Chúng được tìm thấy trong nhiều thiết bị gia dụng - máy cạo râu điện, máy ghi âm, tivi, v.v. Các thiết bị công nghệ truyền thông — điện thoại, điện báo và radio — không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng chúng.

Nam châm điện là một phần không thể thiếu của máy điện, nhiều thiết bị tự động hóa công nghiệp, thiết bị điều khiển và bảo vệ cho các hệ thống điện khác nhau. Một lĩnh vực ứng dụng nam châm điện đang phát triển là thiết bị y tế. Cuối cùng, các nam châm điện khổng lồ được sử dụng để tăng tốc các hạt cơ bản trong synchrophasotron.

Trọng lượng của nam châm điện thay đổi từ một phần gam đến hàng trăm tấn và năng lượng điện tiêu thụ trong quá trình hoạt động của chúng thay đổi từ miliwatt đến hàng chục nghìn kilowatt.

Một lĩnh vực ứng dụng đặc biệt của nam châm điện là cơ chế điện từ. Trong đó, nam châm điện được sử dụng như một ổ đĩa để thực hiện chuyển động tịnh tiến cần thiết của phần tử làm việc, để xoay nó qua một góc giới hạn hoặc để tạo lực giữ.

Một ví dụ về các nam châm điện như vậy là nam châm điện kéo, được thiết kế để thực hiện một số công việc khi di chuyển các cơ quan làm việc nhất định; khóa điện từ; bộ ly hợp và phanh điện từ và cuộn dây điện từ phanh; nam châm điện dẫn động các thiết bị tiếp điểm trong rơle, công tắc tơ, khởi động, cầu dao; nam châm điện nâng, nam châm điện rung, v.v.

Trong một số thiết bị, nam châm vĩnh cửu được sử dụng cùng với nam châm điện hoặc thay vì chúng (ví dụ: tấm từ tính của máy cắt kim loại, phanh, khóa từ, v.v.).

Phân loại nam châm điện

Nam châm điện rất đa dạng về thiết kế, khác nhau về đặc điểm và thông số, do đó việc phân loại tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong quá trình hoạt động của chúng.

Tùy theo phương pháp tạo ra từ thông và bản chất của lực từ tác dụng, nam châm điện được chia thành ba nhóm: nam châm điện trung hòa có dòng điện một chiều, nam châm điện phân cực có dòng điện một chiều và nam châm điện có dòng điện xoay chiều.

nam châm điện trung tính

Trong các nam châm điện DC trung tính, một từ thông làm việc được tạo ra nhờ một cuộn dây vĩnh cửu.Hoạt động của nam châm điện chỉ phụ thuộc vào độ lớn của từ thông này và không phụ thuộc vào hướng của nó và do đó phụ thuộc vào hướng của dòng điện trong cuộn dây của nam châm điện. Khi không có dòng điện, từ thông và lực hút tác dụng lên phần ứng thực tế bằng không.

nam châm điện phân cực

Nam châm điện DC phân cực được đặc trưng bởi sự hiện diện của hai từ thông độc lập: (phân cực và hoạt động. Từ thông phân cực trong hầu hết các trường hợp được tạo ra với sự trợ giúp của nam châm vĩnh cửu. Đôi khi nam châm điện được sử dụng cho mục đích này. Từ thông hoạt động xảy ra dưới tác động của lực từ hóa của cuộn dây làm việc hoặc cuộn dây điều khiển. Nếu không có dòng điện trong chúng, lực hút do từ thông phân cực tạo ra tác dụng lên phần ứng. Hoạt động của nam châm điện phân cực phụ thuộc vào cả độ lớn và hướng của từ thông làm việc, nghĩa là hướng của dòng điện trong cuộn dây làm việc.

nam châm điện xoay chiều

Trong nam châm điện xoay chiều, cuộn dây được cung cấp năng lượng bởi một nguồn điện xoay chiều. Từ thông được tạo bởi cuộn dây mà dòng điện xoay chiều chạy qua thay đổi định kỳ về độ lớn và hướng (từ thông xoay chiều), do đó lực điện từ của lực hút xung từ 0 đến cực đại với tần số gấp đôi tần số của nguồn cung cấp hiện hành.

Tuy nhiên, đối với nam châm điện lực kéo, việc giảm lực điện từ xuống dưới một mức nhất định là không thể chấp nhận được, vì điều này dẫn đến rung động phần ứng và trong một số trường hợp có thể trực tiếp làm gián đoạn hoạt động bình thường.Do đó, trong nam châm điện kéo hoạt động với từ thông xoay chiều, cần phải dùng đến các biện pháp để giảm độ sâu của gợn lực (ví dụ, sử dụng cuộn dây che chắn bao phủ một phần của cực nam châm điện).

Ngoài các loại được liệt kê, nam châm điện điều chỉnh dòng điện hiện đang phổ biến, có thể quy cho nam châm điện xoay chiều về công suất và gần giống với nam châm điện một chiều về đặc điểm của chúng. Bởi vì vẫn còn một số tính năng cụ thể của công việc của họ.

Tùy thuộc vào cách bật cuộn dây, có sự phân biệt giữa nam châm điện với cuộn dây nối tiếp và song song.

Các cuộn dây nối tiếp hoạt động ở một dòng điện nhất định được thực hiện với một số vòng nhỏ trên một tiết diện lớn. Dòng điện đi qua một cuộn dây như vậy thực tế không phụ thuộc vào các tham số của nó, mà được xác định bởi các đặc tính của người tiêu dùng mắc nối tiếp với cuộn dây.

Theo quy luật, các cuộn dây song song hoạt động ở một điện áp nhất định có số vòng rất lớn và được làm bằng dây có tiết diện nhỏ.

Theo bản chất của cuộn dây, nam châm điện được chia thành các loại hoạt động ở chế độ dài hạn, định kỳ và ngắn hạn.

Về tốc độ tác dụng, nam châm điện có thể có tốc độ tác dụng bình thường, tác dụng nhanh và tác dụng chậm. Sự phân chia này hơi tùy tiện và chủ yếu cho biết liệu các biện pháp đặc biệt đã được thực hiện để đạt được tốc độ hành động cần thiết hay chưa.

Tất cả các đặc điểm trên để lại dấu ấn của chúng đối với các đặc điểm thiết kế của nam châm điện.

Nam châm điện nâng hạ

thiết bị điện từ

Đồng thời, với tất cả các loại nam châm điện gặp phải trong thực tế, chúng bao gồm các bộ phận chính có cùng mục đích. Chúng bao gồm một cuộn dây với một cuộn dây từ hóa nằm trên nó (có thể có nhiều cuộn dây và nhiều cuộn dây), một phần cố định của mạch từ làm bằng vật liệu sắt từ (ách và lõi) và một phần di động của mạch từ (phần ứng). Trong một số trường hợp, phần cố định của mạch từ bao gồm một số bộ phận (đế, vỏ, mặt bích, v.v.). Một)

Phần ứng được ngăn cách với phần còn lại của mạch từ bằng các khe hở không khí và là một phần của nam châm điện, khi nhận được lực điện từ, sẽ truyền nó đến các bộ phận tương ứng của cơ cấu được kích hoạt.

Số lượng và hình dạng của các khe hở không khí ngăn cách phần chuyển động của mạch từ tính với phần cố định phụ thuộc vào thiết kế của nam châm điện. các khe hở không khí nơi không có lực theo hướng chuyển động có thể có của neo là ký sinh.

Các bề mặt của phần chuyển động hoặc tĩnh của mạch từ hạn chế khe hở không khí làm việc được gọi là các cực.

Tùy thuộc vào vị trí của phần ứng so với phần còn lại của nam châm điện, người ta phân biệt giữa nam châm điện phần ứng hút ngoài, nam châm điện phần ứng thu vào và nam châm điện phần ứng chuyển động ngang bên ngoài.

Một tính năng đặc trưng của nam châm điện có phần ứng hấp dẫn bên ngoài là vị trí bên ngoài của phần ứng so với cuộn dây. Điều này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi dòng công việc đi từ phần ứng đến đầu cuối của lõi.Chuyển động của phần ứng có thể là quay (ví dụ: van điện từ) hoặc tịnh tiến. Dòng điện rò rỉ (đóng ngoài khoảng cách làm việc) trong các nam châm điện như vậy thực tế không tạo ra lực kéo, và do đó chúng có xu hướng giảm. Nam châm điện của nhóm này có thể phát triển một lực khá lớn, nhưng thường được sử dụng với hành trình phần ứng tương đối nhỏ.

Một tính năng đặc biệt của nam châm điện phần ứng có thể thu vào là vị trí một phần của phần ứng ở vị trí ban đầu bên trong cuộn dây và chuyển động tiếp theo của nó trong cuộn dây trong quá trình hoạt động. Thông lượng rò rỉ từ các nam châm điện như vậy, đặc biệt là với các khe hở không khí lớn, tạo ra một lực kéo nhất định, do đó chúng rất hữu ích, đặc biệt đối với các hành trình phần ứng tương đối lớn. Những nam châm điện như vậy có thể được chế tạo có hoặc không có điểm dừng, và hình dạng của các bề mặt tạo thành khe làm việc có thể khác nhau tùy thuộc vào đặc tính lực kéo cần đạt được.

Phổ biến nhất là nam châm điện có cực hình nón phẳng và cắt ngắn, cũng như nam châm điện không có bộ giới hạn. Là một hướng dẫn cho phần ứng, một ống vật liệu không từ tính thường được sử dụng nhất, tạo ra một khoảng cách ký sinh giữa phần ứng và phần trên, tĩnh của mạch từ.

Cuộn dây điện từ phần ứng có thể thu vào có thể phát triển lực và có hành trình phần ứng thay đổi trong một phạm vi rất rộng, khiến chúng được sử dụng rộng rãi.

V nam châm điện có phần ứng điện từ chuyển động tịnh tiến bên ngoài chuyển động qua các đường sức từ, quay qua một góc giới hạn nhất định.Các nam châm điện như vậy thường phát triển các lực tương đối nhỏ, nhưng cho phép, bằng cách kết hợp thích hợp hình dạng cực và phần ứng, để có được những thay đổi về đặc tính lực kéo và hệ số hoàn trả cao.

Lần lượt, trong mỗi nhóm trong số ba nhóm nam châm điện được liệt kê, có một số loại thiết kế liên quan đến bản chất của dòng điện chạy qua cuộn dây và nhu cầu đảm bảo các đặc tính và thông số quy định của nam châm điện.

Đọc thêm: Giới thiệu về từ trường, solenoids và nam châm điện