Электромагниты и их применение

Электромагниты и их применение

Урок 38. Технология 8 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Электромагниты и их применение”

Я думаю, что любой из вас не единожды сталкивался с явлением магнетизма. На вопрос, почему кусок железной руды притягивает гвозди, булавки и так далее, ответ даётся в физике. Это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, которое называют магнитным.

Но это поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Например, если по проводнику пропускать электрический ток, то вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.

Но при прохождении тока по проводу возникает очень слабое магнитное поле.

Чтобы его усилить, провод надо намотать на полый каркас в виде катушки из диэлектрика. Таким образом получают электромагнит.

Такие магниты широко используются в электродвигателях, подъёмных кранах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и так далее.

Как же выглядит электромагнит? Он представляет собой катушку медной изолированной проволоки. По ней, сообщая свойства магнита, протекает электрический ток. Чтобы ещё больше усилить магнитные свойства катушки, в неё вставляют стальной сердечник.

На электрических схемах электромагнит обозначают так:

Схема включения электромагнита в электрическую цепь выглядит так:

Для изготовления катушек или обмоток используют специальное приспособление, которое называется намоточный станок.

Он состоит из каркаса, который закрепляют на валу с помощью резиновых колец. Катушку с которой будет сматываться провод устанавливают на вертикальном стержне. Затем конец провода пропускают в отверстие щеки каркаса и закрепляют. Наматывать провод нужно слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.

После того как будет намотано нужное количество витков, провод нужно отрезать. Его конец пропустить через отверстие в щеке каркаса и закрепить. Поверхность обмотки следует изолировать несколькими слоями бумаги. На катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.

В электромагнитах, которые предназначены для использования в лабораторно-практических работах, выводы или концы обмотки делают из гибкого, так называемого монтажного провода. К обмоточному его присоединяют пайкой. Место пайки изолируют и закрепляют.

Существует три способа усиления магнитного поля электромагнита: увеличить число витков при одном и том же сердечнике, усилить ток в катушке, увеличить размер сердечника.

Как и у постоянного магнита, у электромагнита есть два магнитных полюса. Но, если полюсами обычного полюса управлять нельзя, то у электромагнита – можно. Если ток проходит по обмотке, то электромагнит будет притягивать. Если же ток выключен, то все магнитные свойства теряются.

Чаще всего обмотка электромагнита изготавливают из медной проволоки. В зависимости от назначения обмотка может иметь различное количество витков и сечение провода тоже может быть любым.

Каркас может быть из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Роль каркаса – удерживать обмотку и изолировать её от сердечника.

Другое название сердечника – это магнитопровод. Они могут быть притяжными или втяжными.

Как определить, какой сердечник имеет тот или иной электромагнит? Если к полюсам электромагнита притягивается специальная пластина, то это притяжная конструкция. Пластина носит название «якорь». Как правило, электромагниты с притяжным сердечником используют в технике для выполнения какого-либо действия. Например, для замыкания и размыкания электрических контактов.

После выключения тока сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, то есть притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.

Электромагниты с втяжным якорем или тяговые электромагниты часто используют в качестве привода в электротехнике.

С помощью него приводят в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из равновесия, то сила, которая действует на него со стороны магнитного поля катушки, стремиться направить его обратно.

Теперь давайте узнаем о том, как применяются электромагниты на примере электромагнитного реле и электрического звонка.

Начнём с определения.

Электромагнитное реле – это прибор, с помощью которого можно управлять какими-либо электроприборами на расстоянии.

Давайте посмотрим на принцип работы этого реле.

Под действием магнитного поля, которое создаёт обмотка катушки, верхнее плечо якоря притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря отклоняет контактную пластину до тех пор, пока она не соприкоснётся с контактной пластиной. Соприкоснувшись, контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной отходит от сердечника, электрические контакты расходятся и цепь размыкается.

Существует несколько видов контактов, которые могут быть установлены в электромагнитных реле. Замыкающие, размыкающие и переключающие.

Следующий прибор, принцип действия которого мы рассмотрим – это электрический звонок.

Применяют его для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.

Электромагнит является основной частью электрического звонка. При нажатии на кнопку электрическая цепь замыкается. Ток проходит по обмотке электромагнита и намагничивает сердечник, который, в свою очередь, притягивает к себе якорь с молоточком и контактом. При этом молоточек ударяет по чашечке звонка, контакты размыкаются, и электрическая цепь разрывается.

В результате этого сердечник размагничивается и отпускает якорь. Контакты соединяются и все повторяется сначала.

В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать на батарейках или от электрической сети.

Подведём итоги урока.

Сегодня на уроке мы узнали, что электромагнит представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, который и сообщает катушке свойства магнита. Вспомнили, как обозначается электромагнит в электрической цепи. Узнали, что изготавливают или обматывают катушку на намоточном станке. Разобрали, что для того чтобы усилить магнитное поле электромагнита надо: либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника. Узнали, что в отличие от постоянного магнита, электромагнитом можно управлять. Если выключить ток, то он потеряет свои магнитные свойства. Поговорили о видах конструкции сердечника электромагнита: c притяжным или втяжным якорем. Рассмотрели принцип работы электромагнитного реле и электрического звонка.

§ 39. Электромагниты и их применение

Каждый из вас, конечно, встречался с явлением магнетизма. Почему же магнит — кусок железной руды — притягивает гвозди, булавки и другие стальные предметы? Из физики вы знаете, что это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, называемое магнитным.

Магнитное поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Так, если по проводнику пропускать электрический ток, вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.

Магнитное поле, возникающее в проводе при прохождении по нему тока, очень слабое. Чтобы значительно усилить его, провод наматывают на полый каркас в виде катушки из диэлектрика и получают электромагнит. Электромагниты различных размеров и форм применяют в электродвигателях, подъёмных кранах, в телеграфном и телефонном аппаратах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и др.

Электромагнит на практике представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, сообщая катушке свойства магнита. Для ещё большего усиления магнитных свойств в катушку вставляется стальной сердечник (рис. 74).

Рис. 74. Электромагнит: а — катушка с сердечником, б — схематическое изображение

На рисунке 75 показано условное обозначение электромагнита на электрических схемах и схема включения электромагнита в электрическую цепь.

Рис. 75. Условное обозначение (а) и схема включения (б) электромагнита в электрическую цепь

Для изготовления катушек, или обмоток, электромагнитов применяют специальное приспособление — намоточный станок (рис. 76). Каркас 1 закрепляют на валу 3 резиновыми кольцами 2, а катушку 5, с которой сматывают провод, — на металлическом вертикальном стержне 4. Конец провода пропускают в отверстие щеки 6 каркаса и закрепляют. Наматывают провод слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.

Рис. 76. Намотка провода электромагнита: 1 — каркас обмотки, 2 — резиновые кольца, 3 — вал, 4 — стержень, 5 — катушка, 6 — отверстие для закрепления провода

После того как намотано нужное количество витков, провод отрезают, конец пропускают через отверстие в щеке каркаса и закрепляют. Поверхность обмотки изолируют несколькими слоями бумаги, на катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.

В обмотках электромагнитов, которые используются для лабораторно-практических работ, выводы (концы) изготовляют из монтажного (гибкого) провода. Монтажный провод к обмоточному присоединяют пайкой, а место пайки изолируют и закрепляют.

Многочисленные опыты показали, что для усиления магнитного поля электромагнита нужно либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника.

Электромагнит, как и постоянный магнит, имеет два магнитных полюса. Но в отличие от постоянного магнита электромагнитом можно управлять. Электромагнит притягивает к себе материалы только тогда, когда ток проходит по его обмотке. Если же ток выключен, электромагнит теряет магнитные свойства.

В электромагнитах, применяемых в различных приборах, обмотка изготовляется из изолированной медной проволоки. В зависимости от назначения она имеет различное сечение и число витков. Обмотка наматывается на каркас, который может быть изготовлен из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Он удерживает обмотку и изолирует её от сердечника.

Рис. 77. Электромагнит с дугообразным сердечником и притяжным якорем

Сердечники, или магнитопроводы, электромагнита могут быть разной конструкции. Широко применяются электромагниты с протяжным (рис. 77) и втяжным сердечником — якорем (рис. 78).

Рис. 78. Электромагнит с втяжным якорем

Если к полюсам электромагнита притягивается специальная железная пластинка (якорь), — это притяжная конструкция. Она используется в технике для выполнения какого-либо действия, например для замыкания или размыкания электрических контактов. После выключения электрического тока в катушке сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, т. е. притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.

Электромагниты с втяжным якорем, или тяговые электромагниты, используются в электротехнике в качестве привода. С помощью такого электромагнита можно привести в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из этого положения, то сила F, действующая на него со стороны магнитного поля катушки, стремится направить его обратно (см. рис. 78).

Рассмотрим применение электромагнитов на примере электромагнитного реле и электрического звонка.

Электромагнитное реле (рис. 79) — это прибор, с помощью которого управляют какими-либо другими электроприборами на расстоянии.

Рис. 79. Электромагнитное реле: а — устройство: 1,2 — контактные пластины, 3 — верхнее плечо якоря, 4 — обмотка, 5 — нижнее плечо якоря; б — условные обозначения

Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой катушки 4, верхнее плечо якоря 3 притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря 5 отклоняет контактную пластину 2, пока она не соприкоснется с контактной пластиной 1. Соприкоснувшиеся контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной 2 отходит от сердечника, и электрические контакты 1, 2 расходятся, размыкая цепь.

В электромагнитных реле могут быть установлены контакты: замыкающие, размыкающие и переключающие. Условные обозначения обмотки и контактов реле на принципиальных электрических схемах показаны на рисунке 79, б.

Электрический звонок (рис. 80) применяют для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.

Рис. 80. Электрический звонок: 1,2 — контакты, 3 — обмотка электромагнита, 4 — якорь с молоточком, 5 — чашечка звонка

Основной частью электрического звонка является электромагнит. При нажатии на кнопку (в устройствах защиты и контроля это контакты реле или выключателей) электрическая цепь замыкается. Ток, проходя по обмотке электромагнита 3, намагничивает сердечник, который притягивает к себе якорь с молоточком 4 и контактом 2, при этом молоточек ударяет по чашечке звонка 5, контакты 2 и 1 размыкаются, и электрическая цепь разрывается. В результате сердечник размагничивается и отпускает якорь, контакт 2 вследствие упругости снова соединяется с контактом 1, и всё повторяется сначала.

В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать как от батарейки, так и от электрической сети.

Новые слова и понятия

Магнит, магнитное поле, электромагнит, сердечник, реле, обмотка, намоточный станок, якорь.

Проверяем свои знания

1. Что такое электромагнит?
2. Каково назначение сердечника в электромагните?
3. Как усилить магнитное поле электромагнита?
4. Какое применение имеют электромагниты в технике?
5. От чего зависит сила притяжения электромагнита?
6. Как выполняют монтаж обмоток электромагнита?
7. Назовите основные части электромагнитного реле, электрозвонка.
8. Где применяются электромагнитные реле? электрозвонки?

Правила безопасной работы с электроприборами

1. Электрический ток, протекающий через тело человека, опасен для жизни. Нельзя собирать электрические схемы, устранять возникшие неисправности и прикасаться к оголённым проводам и токопроводящим деталям при включённом источнике тока!
2. При сборке электрической цепи следите за тем, чтобы изоляция проводов была исправна, а соединения надёжно изолированы.
3. Собранную схему можно подключать к источнику тока с напряжением не более 4 В.
4. Собранную цепь подключайте к источнику питания только после проверки и с разрешения учителя.
5. По окончании работы отключите источник электропитания и разберите цепь.

Практическая работа № 32

Инструменты и материалы: катушка электромагнита, прямой и дугообразный сердечники, «пробник», выключатель, источник постоянного тока с напряжением 4 В.

Задание 1. Собрать электромагнит из деталей конструктора.

1. Для записи результатов опытов подготовьте таблицу:

1. Изучите электрическую схему подключения катушки электромагнита к источнику питания (рис. 81).

Рис. 81. Подключение электромагнита к источнику питания: 1, 2, 3 — обмотки электромагнита

1. Подключите катушку электромагнита через выключатель к источнику питания в соответствии со схемой на рисунке 81.
2. После проверки правильности сборки электрической схемы учителем замкните электрическую цепь.

Задание 2. Исследовать зависимость силы притяжения электромагнита от величины сердечника.

1. С помощью специального «пробника» измерьте величину притяжения полюса катушки. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
2. Соберите простейший электромагнит, вставив в отверстие катушки прямой сердечник.
3. С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита с прямым сердечником. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
4. С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита с дугообразным сердечником. Измерение проведите три раза и данные занесите в таблицу.
5. По результатам опытов сделайте выводы и запишите их.
6. Отключите источник электропитания.
7. Разберите схему.

Задание 3. Исследовать зависимость величины магнитного поля электромагнита от числа витков обмотки.

1. Для записи результатов опытов подготовьте таблицу:

1. Изучите схему подключения обмоток электромагнита к источнику питания, приведённую на рисунке 81.
2. К источнику питания напряжением 4 В через переключатель подключите обмотку № 1.
3. С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
4. К источнику питания напряжением 4 В через переключатель к секции № 1 обмотки подключите секцию № 2. «Пробником» трижды измерьте силу притяжения полюсов магнита и данные занесите в таблицу.
5. К источнику питания напряжением 4 В через переключатель к секциям № 1 и 2 подключите секцию № 3. Измерьте силу притяжения полюсов (3 раза) и результаты занесите в таблицу.
6. Отключите источник питания.
7. Разберите схему.
8. По результатам опытов сделайте вывод и запишите в отчёт.
9. Приведите в порядок рабочее место.

Практическая работа № 33

Инструменты и материалы: каркас катушки электромагнита; сердечник из отожжённой стали; 1 м обмоточного медного провода в эмалевой изоляции (ПЭЛ); кусок тонкого многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции; электромонтажные инструменты; электрический паяльник; оловянный припой; флюс (канифоль); изоляционная лента; источник переменного тока с напряжением 42 В для питания электропаяльника; монтажный нож.

Задание 1. Познакомиться с разными конструкциями электромагнитов по учебнику и представленным образцам. Выявить их особенности и области применения.

Задание 2. Изготовить электромагнит.

1. Выберите заготовки — каркас катушки и сердечник — так, чтобы сердечник был выше катушки на 2—3 мм (каркасом катушки может служить деревянная катушка из-под ниток). Подготовьте конец обмоточного провода длиной 1 м, два куска тонкого многожильного провода в полихлор-виниловой изоляции длиной 100—120 мм.
2. В одном из бортиков каркаса катушки ручной дрелью просверлите два отверстия диаметром 0,5 мм для выводов обмотки.
3. К концу обмоточного провода припаяйте 80—100 мм тонкого многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции. Это необходимо сделать, чтобы избежать обрывов при последующем использовании катушки электромагнита в изделиях. При этом соблюдайте технологию пайки. Выполняемые операции описаны в инструкционной карте № 2.
4. Намотайте на каркас катушки вручную несколько витков, чтобы 60—80 мм изолированного мягкого провода было выведено наружу.
5. Намотайте на каркас катушки 150—160 витков обмоточного провода диаметром 0,3—0,35 мм — вручную или с использованием моталки (инструкционная карта № 7). При намотке вручную равномерно перемещайте провод вдоль каркаса катушки, стараясь плотно укладывать виток к витку в несколько рядов.

Инструкционная карта № 7.
Намотка катушки

1. Соберите электромагнит, поместив в отверстие катушки железный сердечник.
2. Испытайте электромагнит, подключив его к источнику постоянного тока напряжением 4 В (см. практическую работу № 32) и измерив силу притяжения полюсов «пробником».
3. Оцените качество изготовленного электромагнита. Выводы о проделанной работе запишите.
4. Приведите в порядок рабочее место.

1 При намотке катушки любым способом следите, чтобы не было резких изгибов и скручивания обмоточного провода, так как при этом нарушается его изоляция.

Электромагнит — устройство и принцип работы

Принцип действия

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.

Принцип работы

Принцип действия магнитного пускателя основывается на явлении электромагнитной индукции. Если через катушку ток не проходит, значит, магнитное поле в ней отсутствует. Это приводит к тому, что пружина механически отталкивает подвижные контакты. Как только питание катушки восстановлено, в ней возникают магнитные потоки, сжимающие пружину и притягивающие якорь к неподвижно закрепленной части магнитопровода.

Так как работает пускатель только под воздействием электромагнитной индукции, размыкание контактов происходит при перебоях с электричеством и при снижении напряжения в сети больше чем на 60% от номинального показателя. Когда напряжение вновь восстановлено, контактор не включается самостоятельно. Для его активации потребуется нажатие кнопки «Пуск».

При необходимости изменения направления вращения асинхронного двигателя применяются реверсивные устройства. Реверс происходит благодаря 2 контакторам, активирующимся по очереди. При одномоментном включении контакторов происходит короткое замыкание. Для исключения таких ситуаций в конструкцию входит специальная блокировка.

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.

Применение электромагнитов

Питание обмотки данного типа магнитов производится переменным током. Поскольку он является переменным, то направление и величина магнитного потока, также периодически изменяются. При этом, сила притяжения действует в одном направлении и изменяется только ее величина. Поэтому, происходит пульсация силы притяжения от нулевого до наивысшего значения, частота которой в два раза выше частоты питающего напряжения.

Для того, чтобы лучше понять разницу между двумя видами электромагнитов, следует рассматривать их в сравнении. Таким образом, можно наиболее точно определить целесообразность их применения в той или иной сфере.

При одинаковых сечениях полюсов, среднее значение силы при постоянном токе, в два раза больше, чем сила при переменном. Это касается всех конструкций, с различным количеством фаз. Иначе говоря, сталь, используемая в магните постоянного, дает эффект, в два раза больший, чем при питании от переменного.

Поэтому, при одинаковых параметрах хода якоря и силы тяги, электромагнит переменного тока имеет значительно больший вес, поскольку имеет место повышенный расход содержащихся в нем материалов. Здесь же следует учитывать и реактивную мощность, напрямую связанную со значением физической работы, которую должен выполнить электромагнит.

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.

Преимущества использования

Частота вращения: формула

Электромагниты переменного тока могут быть использованы:

• для размагничивания объектов (экранов телевизоров, аудио кассет, видео кассет);
• в качестве компонентов других электрических устройств, таких как двигатели, генераторы, реле, громкоговорители, жесткие диски, магнитно-резонансная аппаратура, научные приборы и оборудование для магнитной сепарации;
• в промышленности для сбора и перемещения тяжелых железных предметов, таких как лом чугуна и стали.

Основным преимуществом электромагнита перед постоянным магнитом является то, что магнитное поле можно быстро изменять. При этом электрический ток в обмотке является величиной контролируемой. В отличие от постоянных магнитов, работающих без электропитания, электромагниты требуют постоянных источников тока для поддержания магнитного поля.

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

Электромагнитные силы

Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.

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.

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.

Дополнительная информация. В основном в интернете ищут расчёты электромагнитов на 12 вольт, сделанных своими руками. В зависимости от потребностей, можно пойти разными путями расчётов. В основном выбирают «рецепты» по определению сечения и длины провода обмотки с питанием от стандартной батарейки формата «А» или «АА».

Для переменного тока

Основой для ЭМ переменного тока является расчёт обмотки. Как и в предыдущем случае, руководствуются исходными требованиями величины МДС. Несмотря на большое количество рекомендуемых формул расчёта, чаще всего «способности» устройства определяют опытным подбором параметров деталей его конструкции. Методики расчёта ЭМ переменного тока всегда можно найти во всемирной информационной паутине (интернете).

Где можно применять электромагниты в медицине?

Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.

Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.

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.

Электромагниты и их применение

Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах – электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи – телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок.

Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность – от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Особой областью применения электромагнитов являются электромагнитные механизмы. В них электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения рабочего органа или поворота его в пределах ограниченного угла, или для создания удерживающей силы.

Примером подобных электромагнитов являются тяговые электромагниты, предназначенные для совершения определенной работы при перемещении тех или иных рабочих органов; электромагнитные замки; электромагнитные муфты сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электромагниты, приводящие в действие контактные устройства в реле, контакторах, пускателях, автоматических выключателях; подъемные электромагниты, электромагниты вибраторов и т.п.

В ряде устройств наряду с электромагнитами или взамен их используются постоянные магниты (например, магнитные плиты металлорежущих станков, тормозные устройства, магнитные замки и т.п.).

Примеры использования электромагнитов

Электромагнитные подъемные краны. На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без их крепления. Здесь используются электромагниты. Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна железное тело не упадет с него. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления.

После того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность до 64 тонн, а отрывное усилие до 128 тонн.

В зависимости от назначения электромагниты могут весить от долей грамма до сотен тонн и потреблять электрическую мощность – от долей ватта до десятков мегаватт.

Рисунок 2.12 – Принципиальная электрическая схема звонка

Школьный звонок, квартирный звонок имеют подобную электрическую схему.

После подсоединения контактов 1 и 2 в соответствии с рисунком 2.12 к выходу источника тока по замкнутой цепи начинает протекать электрический ток (часть якоря Я выполняет роль проводника в этой электрической цепи, именно через якорь течет электрический ток и только первоначальное положение якоря создает замкнутую электрическую цепь). Вокруг электромагнита Э возникает магнитное поле и притягивает к себе железный якорь Я. Электрическая цепь размыкается и магнитное поле пропадает. Якорь возвращается в первоначальное положение, ударяясь своим другим концом о металлическую чашку (слышен звук удара). При возвращении якоря в первоначальное положение цепь опять замыкается, и по ней снова начинает течь электрический ток. Опять образуется вокруг электромагнита магнитное поле, и все начинается поновой.

Автопогрузчик с магнитным ковшом. Обычный автопогрузчик для сбора металлолома оборудован электромагнитом. Разбросанные по земле железные тела сами притягиваются внутрь ковша, облегчая погрузку и перенос груза.

Очистка крови с помощью электромагнита. Очень перспективный метод очистки крови при серьезных заражениях крови, которые не поддаются медикаментозной очистке, разработан медиками. Создан безвредный для организма солевой раствор, содержащий мельчайшие железные шарики, покрытые реагентом. Реагент способен «прилипать» к определенному виду вредных микробов, которые появляются в крови человека при болезнях. Раствор вводится в организм человека, а затем кровь с раствором пропускается через электромагнитную установку, которая «отлавливает» и удаляет из крови железные частицы с налипшими на них бактериями.

Принцип работы электромагнита

Электромагнит – устройство и принцип работы

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него.

Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Магнитные поля возникают в случае, когда весь набор электронов металлического объекта начинает вращаться в одинаковом направлении.

В искусственных магнитах это движение обуславливается при помощи электромагнитного поля.

Для постоянных электромагнитов данное явление считается натуральным.

Обмотку для электромагнита выполняют из медных или алюминиевых изолированных проводов. Существуют и сверхпроводящие электромагниты. Магнитный провод делают из магнитно-мягкого материла, чаще всего стали (конструкционной, литой и электротехнической), чугуна и сплавов железа с кобальтом или никелем. Снижение потери на вихревой ток (ВхТ) осуществляется при помощи создания магнитопровода из множества листов.

Общая характеристика

Подключившись к источнику постоянного тока (а также напряжения), катушка и провод начинают получать энергетические ресурсы и создают магнитное поле, которое является подобным полю, что образуется в постоянных полосовых магнитах.

Плотность, которой обладает магнитный поток, всегда является пропорциональной величине электрического тока, протекающего сквозь толщу катушки.

Полярность электромагнита определяют по направлению тока.

Механизм образования включает в себя наматывание провода вокруг сердечника, выполненного из металла, через который потом пропускают электричество из определенного источника.

Если внутренняя полость катушка заполнена воздухом, то ее называют соленоидом.

Увеличивать силу электромагнита, а точнее его поля, можно при помощи:

• применения сердечников из «мягкого» железа;
• применения больших чисел витков;
• применения электрического тока в больших размерах.

Электромагниты бывают следующих видов:

• Нейтральные постоянного тока. В таком устройстве магнитный поток создается посредством постоянного электрического тока, пропущенного через обмотку. А значит, сила притяжения такого электромагнита варьируется в зависимости только от величины тока, а не от его направления в обмотке.
• Поляризованные постоянного тока. Действие электромагнита подобного рода основано на наличии двух независимых магнитных потоков. Если говорить о поляризующем, то его наличие создается обычно постоянными магнитами (в редких случаях – дополнительными электромагнитами), и нужен он для создания притягивающей силы при выключенной обмотке. А действие такого электромагнита зависит от величины и направления электрического тока, который движется в обмотке.
• Переменного тока. В таких устройствах катушка электромагнита питается электричеством переменного тока. Соответственно, с определенной периодичностью магнитный поток меняет свое направление и величину. А сила притяжения варьируется лишь по величине, из-за чего она «пульсирует» от минимального до максимального значения с частотой, которая имеет двукратную величину по отношению к частоте питающего ее электрического тока.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит. Плунжер,находящийся внутри катушки, притягивается к её центру с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера.

Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях).

Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Тысяча первый вариант стационарного лобзика

… собственно сначала небольшая предыстория.
Повздорили недавно с женой не предмет экономии семейного бюджета. У женщин вообще иногда случаются немотивированные приступы на почве — “Мы слишком много тратим!”.
Типа — перед лицом пандемии коронавируса, инфляции, девальвации, падения рынков и предстоящих выборов президента США, нам срочно нужно урезать неоправданные расходы.
За не оправданные расходы она приняла покупку мною трех фрез, аж, на целую тысячу рублей. Я попытался ей в мягкой форме указать, что я этих денег не пропиваю, как многие, а трачу на нужный инструмент. И тут понеслась:
— Да, нафиг, ты вообще этот фрезер купил! За 20 000 руб!
— Ни, чо себе, а ты нафиг, себе сапоги купила, почти за этих денег?
— Сапоги вещь нужная, я в них хожу, а ты что фрезером своим сделал? Давай не будем тебе на зиму пуховик покупать — ходи с фрезером как дурак!
… честно сказать аргумент был убийственный. Но, те кто находится в семейных отношениях, знают — в этом ни в коем случае нельзя признаваться. Поэтому я гордо воскликнул:
Все, в течении трех дней в мастерскую не заходи! Я, тебе покажу, какая в хозяйстве это нужная вещь!
Ну, а теперь к нашим баранам. Нужно было напилить шаблонов для фрезеровки из 6 мм. фанеры. Попробовал лобзиком, ну, крайне не удобно. Одной рукой держишь заготовку, другой елозишь по ней лобзиком, при этом нужно постоянно переставляться. Короче решил заодно сделать лобзик стационарным. Вариантов подобных станочков в инете полно, поэтому сразу заявляю, что ничего нового дальше не будет, просто еще один вариант исполнения.
Лобзик у меня обычный, без наворотов и за недорого.

Большинство подобных конструкций подразумевают крепление к станине за подошву самого лобзика:

У такого решения есть два недостатка:
1. Высота подошвы около 15-20 мм., плюс толщина станины, из-за этого крадется полезная длина пилки.
2. Подошва к лобзику привинчена двумя винтиками М5, которые держатся на гайках просто впаянных в пластмассу корпуса. Когда подошва находится внизу, то нагрузок там практически нет, а вот вешать на эти жалкие гайки сам лобзик, плюс вибрации, это как то не очень надежно:

Исходя из этих соображений, было решено подошву снять, а штатное крепление подстраховать:

Подстраховал обычным строительным подвесом, притянув им корпус лобзика к переходной пластине:

В станине, под выступающие головки болтов и опорный ролик, выбрал, перовым сверлом, углубления:

Таким образом пластина плоско прилегает к станине и привинчивается к ней на саморезы :

Гусачка решил сделать из профильной трубы, благо она давно валялась просто так:

Просверлил крепежные отверстия, отзенковал и покрасил:

Цвет не выбирал, просто оставалась краска.
Дальше грубый монтаж:

Не нужно боятся ошибиться на вылете подшипников, его можно отрегулировать шайбами:

Тут нужно отметить еще один ньюанс, который мне не понравился в большинстве подобных конструкций, а именно необходимость в отдельном столе. Я пошел по другому пути и просто утопил головки крепежных саморезов, что бы они не мешали двигать заготовку по станине. На металлический верстак креплю кровельными саморезами, а на деревянный обычными.

Для того что бы пару-тройку раз в год, попользоваться станком, это вполне оправданное решение.
Когда станок не нужен, просто убираю его к стеночке и все.

Еще один плюс, в том, что, в таком исполнении, станок не трясет, благодаря массе верстака, а вот отдельный столик будет колбасить, мама не горюй, если его к полу не прикрутить.
Ну, а теперь к самому приятному — испытаниям
Длина пилки у меня не самая большая, но зато найти ее можно в любом магазине:

Высота до подшипникового узла 65 мм. Я для испытания взял брусок 50х50:

Должен сказать результат меня просто поразил

Рез оказался практически идеальным! Все абсолютно ровно и перпендикулярно.
На радостях нафигачил нужных шаблонов для фрезера:

Жена три дня ходила вокруг мастерской и умирала от любопытства Когда показал ей 4 разноуровневых подставки под цветы, мне было прощено все, фрезер занял заслуженное место в иерархии необходимых вещей, а я был вкусно накормлен и горячо обласкан.

Электролобзик для выпиливания по фанере: два варианта изготовления

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Можно просто пойти в магазин, где продаются электроинструменты и приобрести там электролобзик для художественного выпиливания из фанеры, но можно также сделать такой агрегат самому, что обойдётся гораздо дешевле. К тому же, пилочки у магазинных инструментов только с широким полотном и ими достаточно сложно сделать ажурные узоры, где присутствуют крутые изгибы, колечки, завитушки и пр.

А вот в самоделке мы будем использовать тонкую пилочку, используемую для ручных работ, так что оставайтесь с нами и вы ещё сможете увидеть тематическое видео в этой статье.

Самодельный электрический лобзик с рабочим столом

Делаем лобзик

Примечание. Вовсе не обязательно повторять и в точности копировать конструкцию, о которой мы вам расскажем, так как здесь мы хотим просто передать принцип.

Что для этого нужно

Сначала нам нужно подготовить материалы, из которых мы будем собирать конструкцию, и для этого нам понадобится:

• чтобы сделать самодельный электролобзик для выпиливания из фанеры, в первую очередь, конечно, нужны пилочки , причём их следует сразу закупать в большом количестве, так как они часто ломаются. Раньше такие тоненькие полотна проволочного типа можно было купить в упаковке по 50 штук – если вы сможете найти сейчас такую расфасовку, то это очень хорошо, но поштучно вы точно сможете их приобрести в магазинах, занимающихся продажей электроинструментов;
• кроме этого, вам понадобится толстая фанера, не менее 20 мм толщиной, для рабочего стола и здесь следует обратить внимание на её прочность. Наиболее прочные марки, это ФСФ, ФСФ-ТВ, ФК, ФБ, БС (авиационная) и БВ. закрепить такой стол к верстаку или другому столу вы можете саморезами или струбцинами;
• также вам понадобится двигатель со шкивом, чтобы привести в движение пилочку . Если у вас есть старый электрический лобзик, то можете использовать двигатель от него.

Примечание. Ниже мы хотим показать вам два варианта изготовления таких электрических пильных инструментов.

Вариант первый

Заводской электролобзик в деталях

На верхнем изображении вы видите заводской инструмент с описанием его основных узлов. Внимательно рассмотрите его и прочтите о предназначении того или иного узла – это будет инструкция, которой вы сможете руководствоваться при изготовлении самодельного устройства.

Конечно, вы можете купить заводской инструмент в магазине – его цена, в зависимости от производителя и мощности станка будет отличаться, но такое приобретение нужно лишь в том случае, если вы намерены заниматься выпиливанием постоянно, а не время от времени.

Принципиальная схема работы

А вот и принципиальная схема, по которой вы сможете собрать конструкцию любой мощности. Самое главное, чтобы у вас для этого нашлись детали.

Готовая собранная конструкция

На верхней фотографии вы видите собранный электролобзик своими руками из фанеры, точнее, из фанеры сделан рабочий стол. Особенностью такой сборки является привод для передвижения вверх и вниз обычно ручного лобзика. Это электрический двигатель, к валу которого крепите ролик для шкива (его легче всего найти) и к краю этого ролика фиксируете подвижное дышло.

Для фиксации дышла к ролику можно использовать самый обычный болт с насаженным на него подшипником. Здесь вот только надо будет найти для дышла стержень с ушком по наружному диаметру подшипника. Учтите, что такая конструкция не предназначена для длительного использования – на ней можно делать лишь мелкие работы.

Вариант второй

Примечание. Второй вариант такой конструкции можно собрать из заводского агрегата от того или иного производителя и столешницы из толстой деревянной фанеры или металла.

Электрический лобзик от MELABO

Как мы уже говорили, очень сложно широким полотном делать крутые изгибы при выпиливании каких-либо узоров – при повороте полотно зажимается, к тому же, когда вы работаете с таким инструментом в руках, то упорная панель частично закрывает пилу.

И вот, когда чертежи для выпиливания электролобзиком из фанеры перенесены на обрабатываемую деревянную поверхность, два этих фактора в совокупности не позволяют чётко обрабатывать контур – пропил получается не таким ровным, как этого хотелось бы.

Самодельный пильный станок

Но выход в этой ситуации есть – если у вас уже имеется дома электрический лобзик ручного типа и вам нужно выпиливать какие-либо ажурные изделия из древесины, то вы можете переделать этот инструмент в станок, прикрепив его к столешнице. Чтобы понять принцип его работы – посмотрите на фото, расположенное выше. Там рабочий стол даже оборудован упорной планкой на винтовых зажимах, а сам при этом крепится к другому, более массивному столу или верстаку.

В рабочем столе вам нужно будет сделать отверстие под полотно – для этого вы можете просто просверлить его сверлом 8 мм в диаметре. Но не забывайте о том, что упорная панель на лобзике может поворачиваться в одну или другую сторону с наклоном до 45⁰ и даже больше (зависит от производителя). Поэтому отверстие под пилку должно быть развальцовано с верхней стороны, чтобы можно было осуществить наклон.

Сам лобзик к рабочему столу можно прикрепить саморезами, закрутив их через упорную панель инструмента. Но лучше всего это сделать болтами – в рабочем столе высверливаются четыре отверстия с потаями для головки болта и такие же отверстия делаются на упорной панели инструмента – его надевают снизу на болты и прижимают к столешнице гайками – снять можно будет в любой момент.

Кроме того, в столе можно вырезать продольные отверстия, как вы видели это на фотографии вверху, чтобы в них вставить упорную планку с самодельными винтовыми фиксаторами.

Набор пилочек BOCH

А теперь давайте опять вернёмся к процессу выпиливания узоров с крутыми изгибами, которые очень сложно сделать чётко с широким полотном. Здесь для такой работы вам лучше всего использовать пилочки по металлу, которые идут в подобных наборах – они более узкие, хотя и более короткие, но для фанеры их длины будет достаточно.

К тому же, при таком способе отделки, полотно всегда будет перед вашими глазами и вам будет гораздо легче придерживаться линии, направляя по ней не инструмент, а саму деталь, так что проблем с рваными краями здесь, скорее всего, не возникнет.

Заключение

Возможно, вы бы хотели предложить какой-либо свой вариант самодельного электрического лобзика или что-либо добавить по выложенной нами информации. К тому же, у вас могут возникнуть какие-либо тематические вопросы, поэтому, просим вас не стесняться и высказываться об этом в комментариях.