Какой признак положен в основу классификации электромагнитов

Обновлено: 02.07.2024

Чтобы понять, как работают электромагниты, надо рассмотреть их конструкцию. Простое устройство объясняет принцип действия электромагнита. При протекании электрического заряда в теле обмотки возникает излучение магнитного поля, пронизывающее магнитопровод.

Формула магнитного потока

Внутри металла или ферромагнита, в соответствии с законами физики, формируются микроскопические магнитные поля, именуемые доменами. Их поля под внешним воздействием обмотки выстраиваются в определённом порядке. В результате магнитные силы доменов суммируются, образуя сильное магнитное поле, сообщая магнитопроводу способность притягивать массивные металлические предметы.

Важно! Чтобы остановить электромагнитную индукцию, достаточно отключить ЭМ от источника тока. При этом сохранится частица магнитного поля. Такой эффект называют гистерезисом.

Классификация

Ротор — что это такое

ЭМ различают по способам создания магнитных полей. Существуют электромагниты трёх разновидностей:

электромагнит переменного тока;
нейтральный прибор постоянного тока;
поляризованный ЭМ постоянного тока.

Магниты, работающие на переменном токе, меняют направление магнитного потока вместе с удвоенной частотой электротока.

Нейтральные ЭМ, подключённые к источнику постоянного тока, создают магнитные потоки, не зависящие от направления электротока.

В поляризованных устройствах ориентировка магнитного потока привязана к направлению электрического тока. Поляризованные ЭМ состоят из двух магнитов. Один из них направляет поляризующий поток магнитного поля на второй электромагнит для его отключения.

Основная классификация

Существует три основных способа классификации электромагнитов. Они обусловлены током в электромагнитах и способом его создания:

Нейтральный э/м постоянного тока – устройство, в котором магнитный поток создают так, что сила притяжения становится зависимой только от размерности и скорости подачи постоянного тока, а его направление в обмотке ни на что не влияет.
Поляризованный э/м постоянного тока – устройство, внутрь которого помещают 2 независимых магнитных потока: поляризующий и рабочий. Второй создают при помощи рабочей обмотки. Поляризующиеся потоки своим образованием обязаны постоянными магнитными полями, реже дополнительным электромагнитам. Данные потоки необходимы для создания притягивающих сил в магните. Деятельность такого устройства обуславливается направлением и/или величиной электрического тока в обмотке, выполняющего работу.
Э/м переменного тока – устройств, обмотку которого питает источник переменного тока. Течение потока магнитной природы может периодически изменяться по своему направлению и размерности (величине). Потенциал однонаправленной силы, отвечающей за притяжение, меняться может только по своей величине, что приводит к пульсации этой силы в размере от нуля до максимально предельных значений с частотой вдвое большей, чем частота подпитывающего тока. Чаще всего используются в бытовой технике.

Преимущества использования электромагнитов

Главным преимуществом электрического магнита перед постоянным источником магнитного поля заключается в том, что он приводится в рабочее состояние под воздействием электрического тока. То есть, когда нужно оказать магнитное влияние на определённую часть пространства, ток включают. Это позволяет обеспечивать ритмичную работу ЭМ, что с успехом применяется в разных видах электро оборудования, приборов и устройств.

Электромагнит можно обнаружить в электрических счётчиках, сепараторных установках, трансформаторах, теле,- и аудиотехнике и других устройствах.

Мощные магниты установлены на мостовых кранах в цехах металлургических заводов и лебёдках предприятий по сбору металлолома.

Грузоподъёмные электромагниты

Одно из первых применений ЭМ – это динамики. Звуковое устройство в своей основе имеет электромагнит, который заставляет колебаться мембрану в звуковом диапазоне.

ЭМ используются в металлоискателях для обнаружения металлосодержащих предметов под землёй, в воде и различных массивах.

Промышленность

Сила электромагнита, кстати, рассчитывается по следующей формуле: F=40550∙B^2∙S. Рассмотрим ее более подробно. В данном случае F – это сила в килограммах (также может измеряться в ньютонах), B – значение индукции, а S – площадь рабочей поверхности устройства.

Сверхпроводящий электромагнит

Сверхпроводимостью считают свойство материалов с сопротивлением, близким к нулю. Электромагниты с практически нулевым показателем сопротивления обладают сверхмощным магнитным полем. Сила магнитного воздействия может заставить парить в пространстве такие диамагнетики, как кусочки свинца и органические объекты.

Как было замечено физиками, металлы приобретают свойство сверхпроводимости при сверхнизкой температуре. Чтобы получить эффект сверхпроводимости, обмотки ЭМ помещают в сосуд Дьюара с жидким гелием, который снабжён клапаном для сброса паров вещества. Сверхпроводящие магниты применяют в медицинском оборудовании – аппаратах МРТ (магнитный резонансный томограф). В экспериментальных поездах на воздушной подушке применяются сверхпроводящие магниты.

Сверхпроводящий магнит

История

Создателем электромагнита считается Уильям Стерджен. Именно он в 1825 году сделал первый подобный магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрический кусок железа, вокруг которого был намотан толстый заизолированный медный провод. В момент, когда по нему пускали электрический ток, стержень из металла приобретал свойства магнита. А когда течение тока прерывалось, весь магнетизм устройство сразу же теряло. Именно такое качество — включение и отключение при необходимости — и позволяет применять электромагниты в ряде технологических и промышленных сфер.

Мы рассмотрели вопрос о том, что такое электромагнит. Теперь же разберем основные его виды. Разделяются они в зависимости от способа создания магнитного поля. Но функция их остается одной и той же.

Как сделать электромагнит 12в

Самый просто способ, как сделать электромагнит, – это взять обычный гвоздь, провод и батарейку. По всей длине стержня наматывают изолированный провод. Концы проводника прижимают к полюсам батарейки. Для того чтобы заряд не расходовался зря, один конец провода припаивают к положительному контакту. Другое окончание нужно делать в виде подпружиненной дуги, которую прижимают к клемме батарейки со знаком минус. На нижнем фото видно, как можно сделать электромагнит в домашних условиях.

Электромагнит своими руками

Обратите внимание! При изготовлении электромагнита с батарейкой можно использовать контактную колодку со старого устройства. Для отключения магнита будет достаточно вынуть батарейку из контактной коробки.

Устройство электромагнита постоянного тока

На практике, существуют электромагниты постоянного тока с магнитопроводящим корпусом, имеющем фланцы. В корпусе устанавливается катушка, внутри которой размещаются два якоря. Якорные полюса имеют форму усеченного конуса, позволяющую им взаимодействовать между собой. От катушки и фланцев якоря отделяются. Они оборудованы тягами, имеющими на концах шаровые соединения, обеспечивающие связь с внешними нагрузками.

В дополнение ко всему, электромагнит имеет два ограничителя, расположенные на якорях. Эти ограничители обеспечивают соприкосновение якорей между собой в определенной точке, при их движении навстречу друг другу. Дополнительное отделение якорей от катушки и фланцев производится при помощи специальных гильз, изготовленных из немагнитных материалов.

Расчёты

Перед тем, как начать собирать электромагнит своими руками, делают предварительный расчёт его параметров. Элементы конструкции рассчитывают отдельно для ЭМ постоянного и переменного тока.

Для постоянного тока

Перед тем, как производить расчёты, определяются с требуемой величиной магнитодвижущей силы (МДС) катушки. Параметры обмотки должны обеспечивать нужную МДС, в то же время катушка не должна перегреваться, иначе будет потерян изоляционный слой провода намотки. Исходными данными для расчёта являются напряжение в проводе электромагнитной катушки и требуемая величина магнитодвижущей силы.

Методики расчёта электромагнитов постоянного тока постоянно публикуются в сети интернета. Там же можно подобрать формулы для определения МДС, поперечного сечения сердечника и провода обмотки, его длины.

Для переменного тока

Электромагниты бывают следующих видов:

С тем, какие их виды бывают, уже мы ознакомились. Теперь же рассмотрим примеры использования электромагнитов.

Примеры использования ЭМ

В качестве примеров применения электромагнитов можно привести следующие приборы:

телевизоры;
трансформаторы;
пусковые устройства автомобилей.

Телевизоры

Современные жилища, как правило, заполнены различными электроприборами. Находясь вблизи телеприёмника, они могут воздействовать магнитной индукцией на экран телевизора (ТВ). В ТВ уже существует встроенная защита от намагничивания экрана. Если на поле дисплея появились разноцветные пятна, то надо выключить прибор на 10-20 минут. Встроенная защита уберёт намагниченность экрана.

В некоторых случаях этот способ не оказывает нужную помощь. Тогда применяют специальный электромагнит, который называют дросселем. Это своеобразная катушка индукции. Прибор подключают к розетке бытовой электросети и проводят им вдоль и поперёк экрана. В результате наведённые магнитные поля поглощаются дросселем.

Трансформаторы

Конструкция трансформаторов очень схожа со строением электромагнитов. И там, и там есть обмотки и сердечники. Отличие трансформатора от ЭМ состоит в том, что у первого магнитопровод имеет замкнутую форму. Поэтому суммированная магнитная сила обнуляется встречными магнитными потоками.

Пусковое устройство автомобиля

Стартер автомобиля работает как пусковое устройство двигателя. Он включается на время заводки мотора. Временная передача стартового усилия на коленвал двигателя обеспечивается втягивающим электромагнитом.

При повороте ключа в замке зажигания ЭМ втягивает шестерню в зубцы коленвала. Во время контакта электродвигатель стартера проворачивает мотор до возникновения цикла сгорания топлива в цилиндрах мотора. Затем тяговое реле отключает электромагнит, и шестерня стартера возвращается в исходное положение. После чего автомобиль может двигаться.

Стартер с тяговым реле

Электромагниты настолько плотно вошли в сферу деятельности человека, что существование без них немыслимо. Нехитрые устройства можно встретить повсеместно. Знание принципа их действия позволит домашнему мастеру справляться с мелким ремонтом бытовых электротехнических устройств.

Электромагнит

Магнитные поля катушки похожи с током и постоянного магнита. Катушку с током, которую используют в качестве магнита, назвали электромагнитом

Рис. 15. Магнитное поле катушки с током и постоянного магнита

А для усиления магнитного поля в нее еще вставляют железный сердечник. Как это помогает усилить поле, мы выяснили в одном из ответвлений. Магнитное поле электромагнита и постоянного магнита имеет одну и ту же природу: в обоих случаях это такая же магнитная составляющая электромагнитного поля такого же по природе электрического заряда. Поэтому если спрятать постоянный магнит и катушку с током в коробку, то мы не отличим их магнитные поля друг от друга.

Но движение заряда в постоянном магните мы не можем изменять, его поэтому и назвали постоянным. А электрический ток в катушке мы можем включить, выключить, увеличить или уменьшить, что очень удобно в применении. Где в технике применяют электромагниты, вы можете узнать в ответвлении.

Применение электромагнитов

Электромагниты удобно применять везде, где нужна фиксация тел, состоящих из железа. Например, электромагнитом можно заменить крючки подъемного крана. Теперь, чтобы подобрать груз, достаточно включить электромагнит, а чтобы высвободить – отключить. Этот способ не работает для веществ, которые не взаимодействуют с магнитным полем, но их можно поместить в железные контейнеры и поднимать эти контейнеры.

Электромагниты используют в качестве замка двери в подъезде. Схема домофона включает ток через электромагнит, и при этом фиксируется железная дверь.

Бывает нужно не зафиксировать какой-то объект, а привести его в движение. Таких примеров в технике множество: электромагнит приводит в движение клеммы ключей в электрической цепи (такой управляемый ключ называется реле), электромагнит приводит в движение мембрану динамика для воспроизведения звука.

Многие слышали о большом адронном коллайдере. О нем можно рассказывать много интересного, но нас сейчас интересует вот что. Там в исследовательских целях разгоняют разные элементарные частицы и возникает необходимость ими управлять. А на движущуюся заряженную частицу можно воздействовать магнитным полем, мы это уже выяснили. Это поле также формируют с помощью электромагнитов.

В статье рассказывается о том, что такое электромагнит, по какому принципу он устроен, и в каких сферах применяется такой тип магнитов.

Магнетизм

В наше же время магнитами никого не удивишь, даже самыми мощными - на основе неодима. Они часто продаются в качестве безделушек или же встретить их можно внутри различных приборов и механизмов. Однако мало кто знает, насколько важен магнетизм для научно-технического прогресса.

Но в начале XIX века было создано такое устройство, как электромагнит. Так что такое электромагнит, как он устроен и где применяется? Об этом мы и поговорим в данной статье.

Определение

Электромагнит – это специальное устройство, работа которого создает магнитное поле при подаче на него электрического тока. Чаще всего электромагниты состоят из первичной обмотки и сердечника, который обладает ферромагнитными свойствами.

Обмотка изготавливается обычно из медного или алюминиевого провода различной толщины, обязательно покрытого изоляцией. Но существуют и электромагниты из сверхпроводящих материалов. Сами же магнитопроводы делают из стали, железоникелевых сплавов или чугуна. А для того чтобы минимизировать потери на вихревые токи, магнитопроводы конструктивно выполняются из целого набора тонких листов. Теперь мы знаем, что такое электромагнит. Рассмотрим более подробно историю создания этого полезного устройства.

История

Создателем электромагнита считается Уильям Стерджен. Именно он в 1825 году сделал первый подобный магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрический кусок железа, вокруг которого был намотан толстый заизолированный медный провод. В момент, когда по нему пускали электрический ток, стержень из металла приобретал свойства магнита. А когда течение тока прерывалось, весь магнетизм устройство сразу же теряло. Именно такое качество - включение и отключение при необходимости - и позволяет применять электромагниты в ряде технологических и промышленных сфер.

Электромагниты бывают следующих видов:

Промышленность

Медицина

Еще в конце XIX века электромагнитам нашли применение в медицине. Один из таких примеров - это специальный аппарат, который мог извлекать из глаза инородные тела (металлическую стружку, ржавчину, окалину и прочие).

И в наше время электромагниты также широко используются в медицине, и, наверное, один из таких аппаратов, про который слышали все, - это МРТ. Работает он на основе магнитно-ядерного резонанса, и, по сути, является огромным и мощнейшим электромагнитом.

Техника

Также подобные магниты применяются в различной технике и электронике, и в бытовой сфере, к примеру, в качестве замков. Такие замки удобны тем, что очень быстры и просты в работе, но при этом достаточно в экстренной ситуации обесточить здание - и все они откроются, что очень удобно при пожаре.

Ну и, само собой, работа всех реле устроена на принципах электромагнетизма.

Как видим, это очень важное устройство, которое нашло применение в разных сферах науки и техники.

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Классификация элементов автоматики. Основные понятия

Любое автоматическое устройство представляет собой комплекс отдельных конструктивных или схемных элементов, каждый из которых выполняет задачу по преобразованию энергии, полученной от предыдущего элемента, и передаче ее последующему элементу.Элементами автоматики называются конструктивно законченные устройства, выполняющие определенные самостоятельные функции преобразования сигнала (информации) в системах автоматического управления и контроля.

На рис. 1.1, а схематически изображен элемент Э. На его вход подается энергия х, после преобразования ее по значению на выходе возникает энергия у. Иногда необходимо, чтобы энергия у на выходе была больше, чем энергия х на входе; в этом случае в элемент вводится дополнительная энергия вида z (рис. 1.1, б). Очевидно, при наличии дополнительной энергии возможно усиление небольшой входной энергии х до большой выходной энергии у.

Величины х и у могут быть электрическими (например, напряжение, ток, сопротивление) и неэлектрическими (например, давление, перемещение, температура, скорость). Чаще всего применяют электрические элементы, т. е. те, у которых величины х или у являются электрическими. Находят также применение и неэлектрические элементы: гидравлические, пневматические, механические и др.

Характеристики элементов оказывают влияние на свойства систем автоматики, которые из них состоят. Изучение свойств этих элементов необходимо для анализа работы устройств и схем, основными показателями которых (характеризующими работу) являются точность, чувствительность, инерционность и др.

Рассмотрим схемы автоматики и телемеханики, а также основные правила их выполнения.

Комплексы различных технических устройств и элементов, входящих в состав системы управления и соединенных электрическими, механическими и другими связями, на чертежах изображают в виде различных схем: электрических, гидравлических, пневматических и кинематических.

Схема служит для получения концентрированного и достаточно полного представления о составе и связях любого устройства или системы.

Согласно Единой системе конструкторской документации (ЕСКД) и ГОСТ 2.701 электрические схемы подразделяют на структурные, функциональные, принципиальные (полные), схемы соединений (монтажные), подключения, общие, расположения и объединенные.

Структурная схема служит для определения функциональных частей, их назначения и взаимосвязей.

Функциональная схема предназначена для определения характера процессов, протекающих в отдельных функциональных цепях или установке в целом.

Принципиальная схема, показывающая полный состав элементов установки в целом и все связи между ними, дает основное представление о принципах работы соответствующей установки.

Монтажная схема иллюстрирует соединение составных частей установки с помощью проводив, кабелей, трубопроводов.

Схема подключения показывает внешние подключения установки или изделия.

Общая схема служит для определения составных частей комплекса и способов их соединения на месте эксплуатации.

Объединенная схема включает в себя несколько схем разных видов в целях более ясного раскрытия содержания и связей элементов установки.

Чертежи и схемы выполняют по определенным правилам, которые изложены в действующих стандартах ЕСКД.

Каждый функциональный элемент выполняет элементарную функцию, которая заключается в получении, преобразовании и передаче информации в виде сигналов определенной физической природы. Эти элементы в системах автоматики и телемеханики служат звеньями однонаправленного действия, т. е. звеньями, передающими сигнал в одном направлении - с входа на выход.

Назначения основных функциональных элементов автоматики можно рассмотреть на примере построения одномерной системы комбинированного управления температурой воздуха в помещении (рис. 1.2).

На схеме этой системы объект управления (ОУ) - помещение, оборудованное калорифером. Для управления объектом предусмотрен исполнительный элемент (ИЭ), содержащий исполнительный механизм (сервопривод) и регулирующий орган (клапан). От положения и золотника клапана, перемещаемого сервоприводом, зависит расход теплоносителя через калорифер и, как следствие, температура воздуха в помещении у. Сигнал управления сервоприводом исп формируется управляющим элементом (УЭ) согласно заложенному в нем алгоритму по выходному сигналу элемента сравнения (ЭС): ε = ε1 + ε2, причем

где μ3 - формируемый задающим элементом (ЗЭ) электрический сигнал, соответствующий требуемому значению температуры воздуха в помещении; уэл - формируемый первым воспринимающим элементом (ВЭ-1) электрический сигнал, соответствующий реальной температуре у воздуха в помещении; μк - выходной сигнал корректирующего элемента (КЭ); θД - положительная величина, представляющая собой постоянную времени дифференциатора, т.е. корректирующего элемента; λэл - формируемый вторым воспринимающим элементом (ВЭ-2) электрический сигнал, соответствующий температуре λ. наружного воздуха.

В рассматриваемой системе КЭ - реальное дифференцирующее звено (приближенно выполняющее операцию дифференцирования электрического сигнала λэл по времени t), т.е. выходные сигналы μк корректирующего элемента пропадают с исчезновением изменений температуры наружного воздуха X. В противном случае сигналы КЭ могут содержать постоянные составляющие, определяемые установившимися значениями температуры X и воспринимаемые ЭС как сигналы ЗЭ. Другими словами, недопустимо наличие постоянных составляющих в выходных сигналах КЭ, так как эти составляющие формируют алгебраическое слагаемое сигнала задания системе управления. Однако сигнал задания ц3 системе управления должен формироваться оператором только с помощью ЗЭ.

Наличие постоянных составляющих в выходных сигналах КЭ допустимо, если эти сигналы поступают непосредственно на вход ИЭ. В этом случае КЭ должен содержать необходимый усилитель мощности, приводящий ИЭ в действие, т. е. являться управляющим элементом.

Аналогично строятся схемы для других систем управления. Как видно из рассмотренного примера, каждый элемент в системе управления выполняет вполне определенную функцию.

По выполняемым функциям основные элементы автоматики делятся на датчики, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и другие узлы (генераторы импульсов, логические элементы, выпрямители и т.д.).

По роду физических процессов, используемых в основе устройств, элементы автоматики делятся на электрические, ферромагнитные, электротепловые, электромашинные, радиоактивные, электронные, ионные и др.

Рассмотрим некоторые основные элементы, наиболее часто применяемые в автоматике, разделяя их по выполняемым функциям.

Датчик (измерительный преобразователь, чувствительный элемент) - устройство, предназначенное для того, чтобы информацию, поступающую на его вход в виде некоторой физической величины, функционально преобразовать в другую физическую величину на выходе, более удобную для воздействия на последующие элементы (блоки). Большинство датчиков преобразуют неэлектрическую контролируемую величину х в электрическую (например, температура преобразуется при помощи термопары в электродвижущую силу (ЭДС); механическое перемещение, связанное с изменением положения якоря электромагнита, изменяет индуктивность его обмотки и т.д.).

Основной характеристикой датчика является зависимость его выходной величины у от входной х, т.е. у =f(x). На рис. 1.3 изображены некоторые распространенные виды зависимости выход-вход датчиков. Как видно из рисунка, функциональная связь может подчиняться любой закономерности, но желательно, чтобы характеристика датчика была линейной.

Различают два вида датчиков в зависимости от принципа производимого ими преобразования:

параметрические (или пассивные), в которых изменение контролируемой величины х сопровождается соответствующими изменениями активного, индуктивного и емкостного сопротивлений датчика. Наличие постороннего источника энергии вида z (см. рис. 1.1, б) является обязательным условием работы параметрического датчика;

генераторные (или активные), в которых изменение контролируемой величины х сопровождается соответствующими изменениями ЭДС на выходе датчика (например, возникновение ЭДС может происходить вследствие термо-, пьезо-, фотоэффекта и других явлений, вызывающих появление электрических зарядов). Эти датчики выполняются по схеме, приведенной на рис. 1.1, а, т.е. они не требуют дополнительного источника энергии вида г, так как энергия на выходе элемента полностью берется с его входа (вследствие чего мощность выходного сигнала всегда меньше мощности входного сигнала).

В зависимости от вида контролируемой неэлектрической величины различают датчики механические, тепловые, оптические и др. Часто применяются электрические датчики с промежуточным преобразованием, т.е. механический датчик объединяют с электрическим. Преобразование контролируемой величины в таких датчиках происходит по схеме: измеряемая величина - механическое перемещение - электрическая величина. Элемент, преобразующий измеряемую величину в перемещение, называется первичным преобразователем или первичным измерителем (ПИ). Например, давление преобразуется в перемещение стрелки манометра ПИ, которое затем преобразуется в изменение активного сопротивления (проволочный, резистивный (или реостатный) датчики и др.).

Усилитель - элемент автоматики, осуществляющий количественное преобразование (чаще всего усиление) поступающей на его вход физической величины (тока, мощности, напряжения, давления и т.п.). Усилитель обязательно должен иметь дополнительный источник энергии z (см. рис. 1.1, б). Основной характеристикой усилителя является зависимость y = f(x); при этом обычно стремятся к получению линейной или близкой к ней характеристики на рабочем участке. Величины на входе и выходе усилителя имеют одинаковую физическую природу. На рис. 1.4 изображены различные виды характеристики усилителей.

По принципу действия усилители разделяются на электронные, полупроводниковые, магнитные, электромашинные, пневматические, гидравлические.

Стабилизатор - элемент автоматики, обеспечивающий постоянство выходной величины у при колебаниях входной величины х в определенных пределах. Эффект стабилизации достигается за счет изменения параметров элементов, входящих в схему стабилизатора; при этом вид энергии на его входе и выходе должен быть один и тот же. Характеристики стабилизаторов показаны на рис. 1.5. Здесь характеристика 1 обеспечивает меньшую стабилизацию выходной величины у, чем характеристика 2. В случае, если кривая не имеет в заданном диапазоне горизонтального участка, а имеет максимум (кривая 3) или минимум, то точность стабилизации будет больше, чем в случае, характеризуемом кривой 7.

В зависимости от вида стабилизируемой величины различают стабилизаторы напряжения и тока, обеспечивающие постоянство напряжения или тока в нагрузке при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Реле - элемент автоматики, в котором при достижении входной величины х определенного значения выходная величина у изменяется скачком. Зависимость у = f(x) реле неоднозначна и имеет форму петли (рис. 1.6). При изменении входной величины от 0 до х2 выходная величина у изменяется незначительно (или остается постоянной и равной у1). При достижении входной величины х значения х2, т.е. х = х2, выходная величина изменяется скачком от значения у1 до у2. Впоследствии при увеличении х выходная величина изменяется незначительно или остается постоянной (имеет установившееся значение). Когда входная величина уменьшается до значения х1 выходная величина сначала остается также неизменной и почти равной у2. В тот момент, когда х = х1 выходная величина скачком уменьшается до значения ух и сохраняется приблизительно неизменной при уменьшении х до нуля.

Скачкообразное изменение выходной величины у в момент, когда х = х2, называется величиной срабатывания (например, ток срабатывания, напряжение срабатывания для электрических реле). Скачкообразное изменение выходной величины у в момент, когда х = х1 называется величиной отпускания (ток отпускания, напряжение отпускания). Отношение величины хх к величине срабатывания х2 называется коэффициентом возврата, т.е. Kв = х1/х2. Так как обычно х1

Существуют различные типы реле, но основными являются электромеханические реле (электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и др.), в которых изменение входной электрической величины вызывает замыкание или размыкание контактов. Бывают бесконтактные магнитные реле и бесконтактные реле электронного типа.

Распределители используются при необходимости управления несколькими объектами от одного и того же управляющего органа и по способу передачи импульсов в управляемые цепи делятся на электромеханические (контактные), электронные и ионные (бесконтактные).

Исполнительные устройства - электромагниты с втяжным и поворотным якорями, электромагнитные муфты, а также электродвигатели, относящиеся к электромеханическим исполнительным элементам автоматических устройств.

Электромагниты преобразуют электрический сигнал в механическое движение; их применяют для перемещения рабочих органов, например клапанов, вентилей, золотников и т. п.

Электромагнитные муфты используются в электроприводах и устройствах управления для быстрого включения и выключения приводимого механизма, а также для его реверса, т.е. изменения направления движения управляемого устройства.

В некоторых случаях электромагнитные муфты применяют для регулирования скорости и ограничения передаваемого момента.

Электродвигатель - это устройство, обеспечивающее преобразование электрической энергии в механическую и преодолевающее при этом значительное механическое сопротивление со стороны перемещаемых устройств. Одним из главных требований, предъявляемых к электродвигателям, является их способность развивать требуемую механическую мощность. Кроме того, электродвигатель должен обеспечивать реверс, а также движение объекта с заданными скоростями и ускорениями.

Наиболее широко в качестве электромеханических исполнительных элементов применяют электродвигатели постоянного и переменного тока.

Классификация элементов автоматики

Любая самая сложная автоматическая система состоит из определенного комплекса элементов. Многообразие автоматических систем порождает и многообразие элементов, что, в свою очередь, приводит к необходимости их классификации. Нередко признаки классификации выбираются произвольно, и она в этом случае не достигает своей цели и даже дезориентирует при выборе требуемого элемента. Поэтому большое значение приобретают выявление и обоснование признаков, которые должны быть положены в основу классификации элементов автоматики. При этом наиболее важны последовательность расположения, выделение главных и вспомогательных признаков, т. е. разработка соответствующей иерархической структуры. Этим вопросам пока еще уделяется недостаточно внимания, вероятно, из-за некоторой неопределенности представления о многих элементах, но именно эти разработки могут помочь провести научную классификацию элементов и способствовать тем самым укреплению основ теории элементов автоматики.

В основу классификационной схемы могут быть положены функциональные признаки. В этом случае элементы подразделяются на следующие классы (рис. 1.7): элементы информации,сравнения, распределения, усиления, вычисления, памяти, логики, исполнения, вспомогательные.

Известная доля неопределенности заключена в классе вспомогательных элементов, из которых в будущем должны быть сформированы классы с более конкретными функциональными признаками.

Более общими являются динамические свойства, которые учитывают конфигурации н. с. электромагнита в процессе его срабатывания за счет деяния ЭДС самоиндукции и движения, также учитывают трение, демпфирование и инерцию подвижных частей.

Для неких типов электромагнитов (быстродействующие электромагниты, электрические вибраторы и т. п.) познание динамических черт является неотклонимым, потому что только они охарактеризовывают рабочий процесс таких электромагнитов. Но получение динамических черт связано с большой вычислительной работой. Потому в почти всех случаях, в особенности когда не требуется четкого определения времени движения, ограничиваются рассмотрением статических черт.

Статические свойства получаются, если не учесть воздействия на электронную цепь противо-ЭДС, возникающей в процессе движения якоря электромагнита, т. е. считать, что ток в обмотке электромагнита неизменен и равен, к примеру току срабатывания.

Важными чертами электромагнита исходя из убеждений его подготовительной оценки являются последующие:

1. Тяговая статическая черта электромагнита . Она представляет собой зависимость электрической силы от положения якоря либо рабочего зазора для разных неизменных значений напряжения, подведенного к обмотке, либо тока в обмотке:

F э = f (δ) при U= const

либо F э = f (δ) при I = const.

Рис. 1. Соответствующие виды нагрузок электромагнита: а- механизма защелки, б — при подъеме груза, в — в виде пружины, г — в виде ряда вступающих деяния пружин, δ н — исходный зазор, δ к — конечный зазор.

2. Черта противодействующих усилий (нагрузка) электромагнита . Она представляет собой зависимость противодействующих сил (в общем случае приведенных к точке приложения электрической силы) от рабочего зазора δ (рис. 1): F п = f (δ)

Сравнение противодействующей и тяговой черт дает возможность сделать заключение (предварительное, без учета динамики) о работоспособности электромагнита.

Для того чтоб электромагнит нормально сработал, нужно, чтоб тяговая черта во всем спектре конфигураций хода якоря проходила выше противодействующей, а для точного отпускания, напротив, тяговая черта должна проходить ниже противодействующей (рис. 2).

Рис. 2. К согласованию черт действующих и противодействующих сил

3. Нагрузочная черта электромагнита . Эта черта связывает значение электрической силы и величину напряжения, подведенного к обмотке, либо тока в ней при фиксированном положении якоря:

F э = f (u ) и F э = f ( i) при δ = const

4. Условная нужная работа электромагнита . Она определяется как произведение электрической силы, соответственной исходному рабочему зазору, на величину хода якоря:

W пу = F н ( δ н — δ к) при I = const.

Значение условной полезной работы для данного электромагнита является функцией исходного положения якоря и величины тока в обмотке электромагнита. На рис. 3 приведены статическая тяговая черта F э = f (δ) и кривая W пу = F н ( δ ) электромагнита. Заштрихованная площадь пропорциональна W пу при данном значении δ н .

Рис. 3 . Условная нужная работа электромагнита.

5. Механическая эффективность электромагнита — относительная величина условной полезной работы W пу по сопоставлению с очень вероятной (соответственной большей заштрихованной площади) Wп.y м:

η мех= W пу / Wп.y м

При расчете электромагнита лучше так выбирать его исходный зазор, чтоб электромагнит отдавал максимум полезной работы, т. е. чтоб δ н соответствовал Wп.y м (рис. 3).

6. Время срабатывания электромагнита — время с момента подачи сигнала на обмотку электромагнита до перехода якоря в его конечное положение. При иных равных критериях оно является функцией исходной противодействующей силы Fп:

t ср = f (F п) при U = const

7. Черта нагрева представляет собой зависимость температуры нагрева обмотки электромагнита от длительности включенного состояния.

8. Показатель добротности электромагнита , определяемый как отношение массы электромагнита к величине условной полезной работы:

Д = масса электромагнита / W пу

9. Показатель экономичности , являющийся отношением потребляемой обмоткой электромагнита мощности к величине условной полезной работы:

Э = потребляемая мощность / W пу

Все эти свойства позволяют установить пригодность данного электромагнита к определенным условиям его работы.

Не считая вышеперечисленных черт, разглядим также некие из главных характеристик электромагнитов. К ним относятся последующие:

а) Мощность, потребляемая электромагнитом . Предельная мощность, потребляемая электромагнитом, может ограничиваться как величиной допустимого нагрева его обмотки, так в неких случаях и критериями питания цепи обмотки электромагнита.

Для силовых электромагнитов обычно, ограничением является его нагрев за период включенного состояния. Потому величина допустимого нагрева и ее верный учет являются при расчете такими же необходимыми факторами, как данная сила и ход якоря.

Выбор рациональной конструкции как в магнитном и механическом отношениях, так и в смысле термических черт позволяет при данных критериях получить конструкцию с наименьшими габаритами и массой, а как следует, и меньшей ценой. Применение более совершенных магнитных материалов и обмоточных проводов также содействует повышению эффективности конструкции.

В неких случаях электромагниты (для реле, регуляторов и пр.) проектируют из расчета получения наибольшего усилия, т. е. малого употребления мощности при данной полезной работе. Такие электромагниты характеризуются сравнимо маленькими электрическими силами и ходами и легкими подвижней частями. Нагрев их обмоток бывает существенно ниже допустимого.

На теоретическом уровне мощность, потребляемая электромагнитом, может быть сколь угодно снижена методом соответственного роста размеров его катушки. Фактически предел этому делают увеличивающаяся длина среднего витка обмотки и длина средней полосы магнитной индукции, вследствие чего повышение размеров электромагнита становится малоэффективным.

б) Коэффициент припаса . Почти всегда н. с. трогания можно считать равной н. с. срабатывания электромагнита.

Отношение н. с. соответственной установившемуся значению тока, к н. с. срабатывания (критичная н. с.) (см. рис. 2) носит заглавие коэффициента припаса:

Коэффициент припаса электромагнита по условиям надежности всегда выбирается больше единицы.

в) Параметр срабатывания представляет собой малое значение н. с. тока либо напряжения, при котором происходит срабатывание электромагнита (перемещение якоря от δ н до δ к).

г) Параметр отпускания — соответственно наибольшее значение н. с, тока либо напряжения, при котором якорь электромагнитьавозвращается в свое начальное положение.

д) Коэффициент возврата . Отношение н. с, при ко торой происходит возврат якоря в первоначальное положение, к н. с. срабатывания именуется коэффициентом возврата электромагнита: k в = I в / I ср

Для нейтральных электромагнитов значения коэффициента возврата всегда меньше единицы и для разных выполнений могут составлять от 0,1 до 0,9. При всем этом достижение величин, близких к обоим этим пределам, идиентично тяжело.

Коэффициент возврата имеет наибольшее значение при наивысшем приближении противодействующей свойства к тяговой характеристике электромагнита. Уменьшение хода электромагнита также увеличивает коэффициент возврата.

Читайте также: