Elektromagnety a jejich aplikace

elektrické zařízení, které se obvykle skládá z vodivého vinutí a feromagnetického jádra, které se zmagnetizuje (získá magnetické vlastnosti), když vinutím prochází elektrický proud. E. se používá především k vytvoření magnetického toku (Viz Magnetický tok) (u elektrických strojů) a síly (v hnacích mechanismech). Přes konstrukční rozmanitost se E. obvykle skládá z následujících částí, které mají stejný účel: cívka s vodivým vinutím, magnetizovatelné jádro (pevná část magnetického obvodu) a kotva (pohyblivá část magnetického obvodu), která přenáší sílu na části poháněného mechanismu. Vinutí supravodiče jsou vyrobena z izolovaného hliníkového nebo měděného drátu (existují i ​​supravodiče s vinutím ze supravodivých materiálů; viz Supravodivý magnet). Magnetická jádra jsou vyráběna z magneticky měkkých materiálů – obvykle z elektrotechnické nebo vysoce kvalitní konstrukční oceli, ocelolitiny a litiny, slitin železa-nikl a železo-kobalt. Pro snížení ztrát vířivými proudy jsou magnetická jádra vyrobena ze sady plechů.

Podle způsobu vytváření magnetického toku a charakteru působící magnetizační síly se elektromagnetická pole dělí do 3 skupin: neutrální stejnosměrná elektromagnetická pole, polarizovaná stejnosměrná elektromagnetická pole a střídavá elektromagnetická pole. V neutrálu E. závisí přitažlivá síla pouze na velikosti magnetického toku a nezávisí na směru proudu ve vinutí; při nepřítomnosti proudu ve vinutí je magnetický tok, a tedy i přitažlivá síla, prakticky nulový. Polarizovaný E. vytváří dva nezávislé magnetické toky: polarizační tok, který je obvykle tvořen polem permanentního magnetu (někdy další E.), a pracovní magnetický tok, který vzniká působením magnetizační síly pracovního nebo řídicího vinutí. Pokud v nich není proud, na kotvu působí přitažlivá síla vytvářená polarizačním magnetickým tokem. Působení takové E. závisí jak na velikosti magnetického toku, tak na směru elektrického proudu v pracovním vinutí. Při střídavém proudu je vinutí napájeno ze zdroje střídavého proudu a magnetický tok se periodicky mění ve velikosti a směru, v důsledku čehož přitažlivá síla pulsuje od nuly do maximální hodnoty s frekvencí dvojnásobnou oproti napájecímu proudu. E. se také vyznačují řadou dalších znaků: způsobem připojení vinutí – s paralelními a sériovými vinutími; podle povahy práce – ti, kteří pracují v dlouhodobém, přerušovaném a krátkodobém režimu; podle rychlosti akce – rychle působící a pomalu působící atp.

Nejširší a nejdůležitější oblastí použití E. jsou elektrické stroje a přístroje zahrnuté v systémech průmyslové automatizace, v řídicích zařízeních a v ochraně elektrických instalací. V různých mechanismech se E. používají jako pohon k realizaci potřebného translačního pohybu (rotace) pracovních částí strojů nebo k vytvoření přídržné síly. Příkladem takových E. mohou být E. zdvihacích strojů, E. spojek a brzd, E. používané v různých startérech, stykačích, spínačích, elektrických měřicích přístrojích atd. Perspektivní je využití E. v trakčních pohonech vysokorychlostních vozidel k vytvoření tzv. magnetického polštáře. Rozvíjející se oblastí použití E. je lékařské vybavení. Pro vědecké účely se E. používá v experimentech, chemii, biologii a fyzice. Vzhledem k široké škále aplikací jsou konstrukce, rozměry a spotřeba energie E. v širokých mezích. Podle účelu může E. vážit z akcií г až stovky T, spotřebovávají elektrickou energii – z akcií út až desítky MW.

lit.: Gordon A. V., Slivinskaya A. G., Direct Current Electromagnets, M. – L., 1960; Karasik V.R., Fyzika a technologie silných magnetických polí, M., 1964; Ter-Akopov A.K., Dynamika vysokorychlostních elektromagnetů, M. – L., 1965; Slivinskaya AG, Elektromagnety a permanentní magnety, M., 1972.

Velká sovětská encyklopedie. — M.: Sovětská encyklopedie. 1969-1978.

Většina použití elektromagnetů je založena na jejich schopnosti přitahovat a držet předměty, které obsahují železo a některé jeho slitiny. Podívejme se na pár příkladů.

Elektromagnetický jeřáb obsahuje velmi výkonný elektromagnet a používá se v hutních provozech k přesunu hotových výrobků nebo kovového „šrotu“ shromážděného k recyklaci (viz foto).
Elektromagnetické stoly často používané ve strojích v kovoobráběcích podnicích. Vrtání, frézování a lisování bude vysoce kvalitní pouze tehdy, když je obrobek bezpečně upevněn. Na elektromagnetickém stole je budoucí produkt pevně držen přitažlivostí silných elektromagnetů. Pro zajištění obrobku v požadované poloze na stole stačí zapnout proud a pro uvolnění proudu proud vypnout.

Magnetické separátory slouží k oddělení magnetických materiálů od nemagnetických. To je například nutné pro „zužitkování rudy“ oddělováním kusů železné rudy od nerudné horniny (viz obrázek). Jedná se například o čištění semen zemědělských rostlin od semen plevelů. To se děje následovně. Semena plevelů jsou zpravidla pokryta četnými vlákny, do kterých se zamotávají speciálně přidané malé železné piliny. Proto se v silném magnetickém poli semena plevelů odklánějí na stranu a oddělují se od užitečných semen.
Elektromagnety ve vojenských záležitostech používá se například v magnetických minách, které explodují, když nad nimi proplouvají lodě nebo ponorky. Během druhé světové války a po ní hrály hlavní roli speciální lodě – elektromagnetické minolovky. Vyčistili vody od magnetických min, což způsobilo jejich explozi pomocí speciálně vytvořeného magnetického pole kolem lodi plující v bezpečné vzdálenosti.

Elektromagnetická relé používané v automatizačních systémech. Když proud protéká vinutím elektromagnetu, kotva je přitahována k jádru a uzavírá nebo otevírá kontakty. V důsledku toho se zapínají nebo vypínají zařízení ovládaná relé. V jakých případech je to nutné? Například, když je potřeba vytvořit „galvanickou mezeru“, tedy zabránit proudu z řízeného obvodu do řídícího obvodu. Nebo například, když je nutné řídit vysoký proud v tlustých, objemných a drahých vodičích s nízkým proudem (a v souladu s tím tenkých, a proto levných a neskladných vodičů) (za účelem snížení nákladů na kabeláž a aby to bylo bezpečnější). Schopnost spínat elektrické obvody pomocí slabého signálu je důležitá pro bezpečný provoz průmyslových zařízení s vysokým výkonem. V tomto případě elektromagnetická relé fungují jako zesilovač signálu.
Elektromagnetické zámky spolehlivě zamykají ocelová vrata v továrnách a dveře ve vchodech domů. Chcete-li je otevřít, musíte vytočit speciální kód. Řetízek se otevře, přitažlivost zmizí a zámek lze snadno otevřít.

Elektromagnetické silnice u vysokorychlostních vozidel vytvářejí nad jejich povrchem tzv. „magnetický polštář“. Interagující magnetická pole silničních magnetů a spodku vlaku jej drží ve výšce několika centimetrů a současně jej posouvají dopředu, přičemž se rozsvítí, když se vlak přiblíží, a po jeho průjezdu se vypne.
Elektromagnety v urychlovačích (speciální vědecké přístroje, ve kterých se studují nabité částice) svým magnetickým polem podporují kruhovou trajektorii částic o konstantním poloměru. Svazky takových částic letící obrovskou rychlostí jsou hlavním prostředkem studia podstaty a vlastností elementárních částic. Největší elektromagnet na světě je součástí detektoru L3 používaného při experimentech na Velkém urychlovači Evropské rady pro jaderný výzkum ve Švýcarsku. Rozměry elektromagnetu přesahující výšku 4patrové budovy jsou 12x12x12 m a celková hmotnost je 7810 tun.

Efremova Marina Petrovna (region Samara, Samara)