Elettromagneti e loro applicazioni

Un elettromagnete crea un campo magnetico utilizzando una bobina percorsa da corrente elettrica. Per amplificare questo campo e dirigere il flusso magnetico lungo un percorso specifico, la maggior parte degli elettromagneti ha un circuito magnetico realizzato in acciaio magnetico dolce.

Applicazione di elettromagneti

Gli elettromagneti sono diventati così diffusi che è difficile nominare un campo della tecnologia in cui vengono utilizzati in una forma o nell'altra. Si trovano in molti elettrodomestici: rasoi elettrici, registratori, televisori, ecc. I dispositivi della tecnologia di comunicazione - telefonia, telegrafia e radio - sono impensabili senza il loro utilizzo.

Gli elettromagneti sono parte integrante delle macchine elettriche, molti dispositivi di automazione industriale, apparecchiature di controllo e protezione per vari impianti elettrici. Un campo di applicazione in via di sviluppo degli elettromagneti è l'attrezzatura medica. Infine, gli elettromagneti giganti vengono utilizzati per accelerare le particelle elementari nei sincrofasotroni.

Il peso degli elettromagneti varia da frazioni di grammo a centinaia di tonnellate e l'energia elettrica consumata durante il loro funzionamento varia da milliwatt a decine di migliaia di kilowatt.

Un campo speciale di applicazione degli elettromagneti sono i meccanismi elettromagnetici. In essi, gli elettromagneti vengono utilizzati come azionamento per eseguire il necessario movimento di traslazione dell'elemento di lavoro, sia per ruotarlo di un angolo limitato sia per creare una forza di tenuta.

Un esempio di tali elettromagneti sono gli elettromagneti di trazione, progettati per eseguire determinati lavori durante lo spostamento di determinati corpi di lavoro; serrature elettromagnetiche; frizioni e freni elettromagnetici e solenoidi per freni; elettromagneti che azionano dispositivi di contatto in relè, contattori, avviatori, interruttori automatici; elettromagneti di sollevamento, elettromagneti vibranti, ecc.

In numerosi dispositivi, insieme agli elettromagneti o al loro posto, vengono utilizzati magneti permanenti (ad esempio piastre magnetiche di macchine per il taglio dei metalli, freni, serrature magnetiche, ecc.).

Classificazione degli elettromagneti

Gli elettromagneti sono molto diversi nel design, che differiscono per caratteristiche e parametri, quindi la classificazione facilita lo studio dei processi che si verificano durante il loro funzionamento.

A seconda del metodo di creazione di un flusso magnetico e della natura della forza magnetizzante agente, gli elettromagneti sono divisi in tre gruppi: elettromagneti neutri con corrente continua, elettromagneti polarizzati con corrente continua ed elettromagneti con corrente alternata.

Elettromagneti neutri

Negli elettromagneti DC neutri, un flusso magnetico funzionante viene creato per mezzo di una bobina permanente.L'azione dell'elettromagnete dipende solo dall'entità di questo flusso e non dipende dalla sua direzione e quindi dalla direzione della corrente nella bobina dell'elettromagnete. In assenza di corrente, il flusso magnetico e la forza di attrazione agenti sull'armatura sono praticamente nulli.

Elettromagneti polarizzati

Gli elettromagneti CC polarizzati sono caratterizzati dalla presenza di due flussi magnetici indipendenti: (polarizzante e funzionante. Il flusso magnetico polarizzante nella maggior parte dei casi viene creato con l'aiuto di magneti permanenti. A volte vengono utilizzati elettromagneti per questo scopo. Il flusso di lavoro si verifica sotto l'azione della forza magnetizzante della bobina di lavoro o di controllo.Se non c'è corrente in esse, la forza attrattiva creata dal flusso magnetico polarizzante agisce sull'armatura.L'azione di un elettromagnete polarizzato dipende sia dalla grandezza che dalla direzione del flusso di lavoro, cioè la direzione della corrente nella bobina di lavoro.

Elettromagneti in corrente alternata

Negli elettromagneti a corrente alternata, la bobina è alimentata da una sorgente di corrente alternata. Il flusso magnetico creato dalla bobina attraverso la quale passa la corrente alternata cambia periodicamente in grandezza e direzione (flusso magnetico alternato), per cui la forza di attrazione elettromagnetica pulsa da zero a un massimo con una frequenza doppia rispetto alla frequenza dell'alimentazione attuale.

Tuttavia, per gli elettromagneti di trazione, la riduzione della forza elettromagnetica al di sotto di un certo livello è inaccettabile, poiché ciò porta a vibrazioni dell'armatura e, in alcuni casi, all'interruzione diretta del normale funzionamento.Pertanto, negli elettromagneti a trazione funzionanti con un flusso magnetico alternato, è necessario ricorrere a misure per ridurre la profondità dell'ondulazione di forza (ad esempio, utilizzare una bobina di schermatura che copra parte del polo dell'elettromagnete).

Oltre alle varietà elencate, sono attualmente diffusi gli elettromagneti a correzione di corrente, che possono essere attribuiti agli elettromagneti a corrente alternata in termini di potenza e vicini agli elettromagneti a corrente continua in termini di caratteristiche. Perché ci sono ancora alcune caratteristiche specifiche del loro lavoro.

A seconda del modo in cui l'avvolgimento viene acceso, si distingue tra elettromagneti con avvolgimento in serie e parallelo.

Gli avvolgimenti in serie funzionanti a una data corrente sono realizzati con un piccolo numero di spire su una grande sezione. La corrente che passa attraverso una tale bobina praticamente non dipende dai suoi parametri, ma è determinata dalle caratteristiche dei consumatori collegati in serie con la bobina.

Gli avvolgimenti paralleli che funzionano a una data tensione hanno, di norma, un numero molto elevato di spire e sono realizzati con filo di piccola sezione.

Per natura della bobina, gli elettromagneti sono divisi in quelli che operano in modalità lunga, periodica ea breve termine.

In termini di velocità di azione, gli elettromagneti possono essere di normale velocità di azione, ad azione rapida e ad azione lenta. Questa divisione è alquanto arbitraria e indica principalmente se sono state prese misure speciali per raggiungere la velocità d'azione richiesta.

Tutte le caratteristiche di cui sopra lasciano il segno sulle caratteristiche di progettazione degli elettromagneti.

Elettromagneti di sollevamento

Dispositivo elettromagnetico

Allo stesso tempo, con tutta la varietà di elettromagneti incontrati nella pratica, sono costituiti dalle parti principali con lo stesso scopo. Comprendono una bobina con una bobina magnetizzante posizionata su di essa (possono esserci più bobine e più bobine), una parte fissa di un circuito magnetico in materiale ferromagnetico (giogo e nucleo) e una parte mobile di un circuito magnetico (armatura). In alcuni casi, la parte fissa del circuito magnetico è costituita da più parti (base, alloggiamento, flange, ecc.). UN)

L'armatura è separata dal resto del circuito magnetico da traferri e fa parte dell'elettromagnete che, percependo la forza elettromagnetica, la trasferisce alle corrispondenti parti del meccanismo azionato.

Il numero e la forma dei traferri che separano la parte mobile del circuito magnetico da quella stazionaria dipendono dal progetto dell'elettromagnete.I traferri dove si manifesta una forza utile sono detti lavoratori; i vuoti d'aria dove non c'è forza nella direzione del possibile movimento dell'ancora sono parassiti.

Le superfici della parte mobile o fissa del circuito magnetico che limitano il traferro di lavoro sono chiamate poli.

A seconda della posizione dell'armatura rispetto al resto dell'elettromagnete, viene fatta una distinzione tra elettromagneti di armatura attrattiva esterna, elettromagneti di armatura retrattile ed elettromagneti di armatura mobili trasversalmente esterni.

Una caratteristica degli elettromagneti con un'armatura attrattiva esterna è la posizione esterna dell'armatura rispetto alla bobina. Ciò è influenzato principalmente dal flusso di lavoro che passa dall'armatura al lato terminale del nucleo.Il movimento dell'armatura può essere rotatorio (ad esempio, un solenoide di una valvola) o traslatorio. Le correnti di dispersione (che si chiudono oltre allo spazio di lavoro) in tali elettromagneti praticamente non creano forze di trazione e quindi tendono a ridursi. Gli elettromagneti di questo gruppo possono sviluppare una forza piuttosto elevata, ma di solito vengono utilizzati con corse dell'armatura relativamente piccole.

Una caratteristica distintiva degli elettromagneti ad armatura retrattile è il posizionamento parziale dell'armatura nella sua posizione iniziale all'interno della bobina e il suo ulteriore movimento nella bobina durante il funzionamento. I flussi di dispersione di tali elettromagneti, specialmente con grandi traferri, creano una certa forza di trazione, per cui sono utili, specialmente per corse dell'armatura relativamente grandi. Tali elettromagneti possono essere realizzati con o senza battuta e la forma delle superfici formanti la luce di lavoro può essere diversa a seconda della caratteristica di trazione che si vuole ottenere.

I più comuni sono gli elettromagneti con poli piatti e troncoconici, così come gli elettromagneti senza limitatore. Come guida per l'armatura, viene spesso utilizzato un tubo di materiale non magnetico, che crea uno spazio parassitario tra l'armatura e la parte fissa superiore del circuito magnetico.

I solenoidi dell'armatura retrattile possono sviluppare forze e avere corse dell'armatura che variano in un intervallo molto ampio, rendendoli ampiamente utilizzati.

Gli elettromagneti V con un'armatura mobile trasversale esterna si muovono attraverso le linee di forza magnetiche, ruotando di un certo angolo limitato.Tali elettromagneti sviluppano solitamente forze relativamente piccole, ma consentono, mediante un opportuno accoppiamento delle forme dei poli e dell'armatura, di ottenere variazioni della caratteristica di trazione ed un elevato coefficiente di ritorno.

In ciascuno dei tre gruppi di elettromagneti elencati, a sua volta, esistono numerose varietà di design legate sia alla natura della corrente che scorre attraverso la bobina sia alla necessità di garantire le caratteristiche e i parametri specificati degli elettromagneti.

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