Электромагниты

Катушка со стальным разомкнутым магнитопроводом (сердечником) образует электромагнит (рис. 5.3.).

1 – катушка; 2 – магнитопровод; 3 – якорь

Рисунок 5.3. – Схема простейшего электромагнита

Ток I в катушке создает магнитный поток магнитопровода. Этот поток замыкается через подвижную часть магнитопровода, которую называют якорем. Якорь намагничивается и притягивается к неподвижной части магнитопровода.

Если ток в катушке прерывается, якорь отпадает от магнитопровода под действием собственной тяжести или специальной возвратной пружины.

Якорь электромагнита, изображенного на рисунке 5.3, поворачивается на оси. В этом случае электромагнит называется электромагнитом клапанного типа. Существуют электромагниты прямоходовые (в которых якорь движется поступательно), со сложным движением якоря и др.

Школьный звонок и звонок телефона — это электромагнитные механизмы. Существуют электромагнитные тормоза, муфты и т.д. Точные электромагниты используют в измерительной технике. Очень сильные электромагниты применяют в физических экспериментах. Если в электромагните убрать якорь, то его можно применять для подъема ферромагнитных предметов. Такие электромагниты (их называют подъемными) работают на металлургических заводах, поднимают металлолом и др.

Важнейшей характеристикой электромагнита является сила тяги. Если зазор между сердечником и якорем невелик, то силу тяги F можно определить по формуле Максвелла:

, (5.2)

где S – площадь поперечного сечения сердечника, точнее площадь полюса, т.е. окончания сердечника, взаимодействующего с якорем;

– магнитная постоянная, равная

Если площади сечения сердечника и полюса одинаковы, то можно!

принять, что и тогда:

(5.3)

где В – индукция магнитного поля в сердечнике.

Если зазор между полюсами сердечника и якоря соизмерим с линейными размерами полюсов, то сила тяги электромагнита определяется по формуле

, (5.4)

где I – сила тока в обмотке электромагнита, А;

N – число витков обмотки.

Из (5.4) следует, что при малых зазорах сила тяги очень велика, но при увеличении зазора сила тяги F электромагнита резко уменьшается.

Для производственных механизмов такая зависимость силы тяги электромагнита и зазора нежелательна и конструкторы электромагнитов применяют специальные меры для того, чтобы обеспечить постоянство силы тяги при изменении зазора.

Если обмотку электромагнита включить на переменный ток, то сила тяги так же станет переменной и, будет изменяться в больших пределах, а в момент, когда ток проходит через нуль и сила тяги равна нулю. Якорь будет то притягиваться, то отпадать. Этот эффект используется в вибраторах.

Так как сила тяги пропорциональна квадрату тока, то частота вибрации якоря вдвое превышает частоту сети.