المغناطيسات الكهربائية وتطبيقاتها

يخلق المغناطيس الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا باستخدام ملف يتدفق بالتيار الكهربائي. لتضخيم هذا المجال وتوجيه التدفق المغناطيسي على طول مسار معين ، تحتوي معظم المغناطيسات الكهربائية على دائرة مغناطيسية مصنوعة من الفولاذ المغناطيسي الخفيف.

تطبيق المغناطيسات الكهربائية

أصبحت المغناطيسات الكهربائية منتشرة على نطاق واسع لدرجة أنه من الصعب تسمية مجال التكنولوجيا حيث يتم استخدامها بشكل أو بآخر. توجد في العديد من الأجهزة المنزلية - ماكينات الحلاقة الكهربائية ، مسجلات الشرائط ، أجهزة التلفزيون ، إلخ. أجهزة تكنولوجيا الاتصالات - الهاتف والبرق والراديو - لا يمكن تصورها بدون استخدامها.

المغناطيسات الكهربائية هي جزء لا يتجزأ من الآلات الكهربائية والعديد من أجهزة الأتمتة الصناعية ومعدات التحكم والحماية للتركيبات الكهربائية المختلفة. تعد المعدات الطبية أحد المجالات المتطورة لتطبيق المغناطيسات الكهربائية. أخيرًا ، تُستخدم المغناطيسات الكهربائية العملاقة لتسريع الجسيمات الأولية في السنكروفازوترونات.

يختلف وزن المغناطيس الكهربائي من كسور جرام إلى مئات الأطنان ، وتتراوح الطاقة الكهربائية المستهلكة أثناء تشغيلها من ملي واط إلى عشرات الآلاف من الكيلوات.

مجال خاص لتطبيق المغناطيسات الكهربائية هو الآليات الكهرومغناطيسية. في نفوسهم ، يتم استخدام المغناطيسات الكهربائية كمحرك لأداء الحركة الترجمية اللازمة لعنصر العمل ، إما لتدويره بزاوية محدودة أو لإنشاء قوة إمساك.

ومن الأمثلة على هذه المغناطيسات الكهربائية المغناطيسات الكهربائية للجر ، المصممة لأداء عمل معين عند تحريك بعض الهيئات العاملة ؛ أقفال كهرومغناطيسية القوابض والمكابح الكهرومغناطيسية وملف لولبي للمكابح ؛ المغناطيسات الكهربائية تشغل أجهزة الاتصال في المرحلات ، والملامسات ، والمبتدئين ، وقواطع الدائرة ؛ المغناطيسات الكهربائية الرفع ، المغناطيسات الكهربائية المهتزة ، إلخ.

في عدد من الأجهزة ، جنبًا إلى جنب مع المغناطيسات الكهربائية أو بدلاً منها ، يتم استخدام مغناطيس دائم (على سبيل المثال ، الألواح المغناطيسية لآلات قطع المعادن ، والفرامل ، والأقفال المغناطيسية ، وما إلى ذلك).

تصنيف المغناطيسات الكهربائية

تتنوع المغناطيسات الكهربائية في التصميم ، والتي تختلف في خصائصها ومعلماتها ، وبالتالي فإن التصنيف يسهل دراسة العمليات التي تحدث أثناء تشغيلها.

اعتمادًا على طريقة إنشاء تدفق مغناطيسي وطبيعة القوة الممغنطة المؤثرة ، يتم تقسيم المغناطيسات الكهربائية إلى ثلاث مجموعات: مغناطيس كهربائي محايد مع تيار مباشر ، مغناطيس كهربائي مستقطب مع تيار مباشر ومغناطيس كهربائي مع تيار متناوب.

مغناطيس كهربائي محايد

في المغناطيس الكهربائي المحايد DC ، يتم إنشاء تدفق مغناطيسي عامل عن طريق ملف دائم.يعتمد عمل المغناطيس الكهربائي فقط على حجم هذا التدفق ولا يعتمد على اتجاهه وبالتالي على اتجاه التيار في ملف المغناطيس الكهربائي. في حالة عدم وجود تيار ، يكون التدفق المغناطيسي وقوة الجذب التي تعمل على المحرك صفرًا تقريبًا.

المغناطيسات الكهربائية المستقطبة

تتميز المغناطيسات الكهربائية المستقطبة للتيار المستمر بوجود اثنين من التدفقات المغناطيسية المستقلة: (الاستقطاب والعمل. يتم إنشاء التدفق المغناطيسي المستقطب في معظم الحالات بمساعدة المغناطيس الدائم. وأحيانًا يتم استخدام المغناطيسات الكهربائية لهذا الغرض. يحدث تدفق العمل تحت التأثير من القوة الممغنطة لملف العمل أو ملف التحكم. إذا لم يكن هناك تيار ، فإن القوة الجذابة الناتجة عن التدفق المغناطيسي المستقطب تؤثر على المحرك. يعتمد عمل المغناطيس الكهربائي المستقطب على كل من حجم واتجاه تدفق العمل ، أي اتجاه التيار في ملف العمل.

مغناطيس كهربائي للتيار المتردد

في المغناطيس الكهربائي للتيار المتناوب ، يتم تنشيط الملف بواسطة مصدر تيار متناوب. يتغير التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف الذي يمر من خلاله التيار المتناوب بشكل دوري في الحجم والاتجاه (التدفق المغناطيسي المتناوب) ، ونتيجة لذلك تنبض القوة الكهرومغناطيسية للجذب من الصفر إلى الحد الأقصى بتردد ضعف تردد الإمداد حاضِر.

ومع ذلك ، بالنسبة للمغناطيسات الكهرومغناطيسية للجر ، فإن تقليل القوة الكهرومغناطيسية إلى ما دون مستوى معين أمر غير مقبول ، لأن هذا يؤدي إلى اهتزازات المحرك ، وفي بعض الحالات إلى التعطيل المباشر للتشغيل العادي.لذلك ، في المغناطيس الكهربائي للجر الذي يعمل بتدفق مغناطيسي متناوب ، من الضروري اللجوء إلى تدابير لتقليل عمق تموج القوة (على سبيل المثال ، لاستخدام ملف تدريع يغطي جزءًا من قطب المغناطيس الكهربائي).

بالإضافة إلى الأصناف المدرجة ، فإن المغناطيسات الكهربائية لتصحيح التيار منتشرة حاليًا ، والتي يمكن أن تُعزى إلى المغناطيسات الكهربائية الحالية المتناوبة من حيث القوة وهي قريبة من المغناطيسات الكهربائية الحالية المباشرة من حيث خصائصها. لأنه لا تزال هناك بعض الميزات المحددة لعملهم.

اعتمادًا على طريقة تشغيل اللف ، يتم التمييز بين المغناطيسات الكهربائية ذات اللفات المتسلسلة والمتوازية.

تصنع اللفات المتسلسلة التي تعمل في تيار معين بعدد صغير من المنعطفات على قسم كبير. لا يعتمد التيار الذي يمر عبر هذا الملف عمليًا على معلماته ، ولكن يتم تحديده من خلال خصائص المستهلكين المتصلين في سلسلة مع الملف.

تحتوي اللفات المتوازية التي تعمل بجهد معين ، كقاعدة عامة ، على عدد كبير جدًا من المنعطفات وهي مصنوعة من سلك ذي مقطع عرضي صغير.

حسب طبيعة الملف ، يتم تقسيم المغناطيسات الكهربائية إلى تلك التي تعمل في أوضاع طويلة ودورية وقصيرة المدى.

من حيث سرعة العمل ، يمكن للمغناطيسات الكهربائية أن تكون ذات سرعة عمل عادية وسريعة المفعول وبطيئة المفعول. هذا التقسيم تعسفي إلى حد ما ويشير بشكل أساسي إلى ما إذا كان قد تم اتخاذ تدابير خاصة لتحقيق السرعة المطلوبة للعمل.

جميع الخصائص المذكورة أعلاه تترك بصماتها على خصائص تصميم المغناطيس الكهربائي.

رفع المغناطيسات الكهربائية

جهاز كهرومغناطيسي

في الوقت نفسه ، مع وجود مجموعة متنوعة من المغناطيسات الكهربائية في الممارسة العملية ، فإنها تتكون من الأجزاء الرئيسية لنفس الغرض. وهي تشمل ملفًا به ملف ممغنط موجود عليه (يمكن أن يكون هناك عدة ملفات وعدة ملفات) ، وجزء ثابت من دائرة مغناطيسية مصنوعة من مادة مغناطيسية (نير ونواة) وجزء متحرك من دائرة مغناطيسية (حديد التسليح). في بعض الحالات ، يتكون الجزء الثابت من الدائرة المغناطيسية من عدة أجزاء (قاعدة ، مبيت ، حواف ، إلخ). أ)

يتم فصل المحرك عن بقية الدائرة المغناطيسية بفجوات هوائية وهو جزء من المغناطيس الكهربي ، والذي ، من خلال إدراك القوة الكهرومغناطيسية ، ينقلها إلى الأجزاء المقابلة من الآلية المشغلة.

يعتمد عدد وشكل الفجوات الهوائية التي تفصل الجزء المتحرك من الدائرة المغناطيسية عن الدائرة الثابتة على تصميم المغناطيس الكهربائي ، وتسمى فجوات الهواء التي تحدث فيها قوة مفيدة العمال ؛ الفجوات الهوائية حيث لا توجد قوة في اتجاه الحركة المحتملة للمرساة تكون طفيلية.

تسمى أسطح الجزء المتحرك أو الثابت من الدائرة المغناطيسية التي تحد من فجوة هواء العمل بالأعمدة.

اعتمادًا على موقع المحرك بالنسبة لبقية المغناطيس الكهربائي ، يتم التمييز بين المغناطيسات الكهربائية الخارجية الجذابة والمغناطيسات الكهربائية القابلة للسحب والمغناطيس الكهربائي الخارجي المستعرض.

السمة المميزة للمغناطيسات الكهربائية ذات المحرك الخارجي الجذاب هو الموقع الخارجي للحديد بالنسبة للملف. يتأثر هذا بشكل أساسي بتدفق العمل الذي يمر من المحرك إلى الجانب النهائي من القلب.يمكن أن تكون حركة المحرك دورانية (على سبيل المثال ، ملف لولبي للصمام) أو متعدية. لا تخلق تيارات التسرب (الإغلاق بالإضافة إلى فجوة العمل) في مثل هذه المغناطيسات الكهربائية قوى جر ، وبالتالي فهي تميل إلى الانخفاض. يمكن للمغناطيسات الكهربائية لهذه المجموعة تطوير قوة كبيرة جدًا ، ولكنها تستخدم عادةً بضربات صغيرة نسبيًا في المحرك.

السمة المميزة للمغناطيسات الكهربائية القابلة للسحب هي الوضع الجزئي للحديد في موضعه الأولي داخل الملف وحركته الإضافية في الملف أثناء التشغيل. إن التدفقات المتسربة من هذه المغناطيسات الكهربائية ، خاصة مع وجود فجوات هوائية كبيرة ، تخلق قوة سحب معينة ، ونتيجة لذلك تكون مفيدة ، خاصة بالنسبة لضربات المحرك الكبيرة نسبيًا. يمكن صنع هذه المغناطيسات الكهربائية مع أو بدون توقف ، ويمكن أن يختلف شكل الأسطح التي تشكل فجوة العمل اعتمادًا على خاصية الجر التي يجب الحصول عليها.

الأكثر شيوعًا هي المغناطيسات الكهربائية ذات الأعمدة المخروطية المسطحة والمبتورة ، وكذلك المغناطيسات الكهربائية بدون محدد. كدليل للمحرك ، غالبًا ما يتم استخدام أنبوب من مادة غير مغناطيسية ، مما يخلق فجوة طفيلية بين المحرك والجزء العلوي الثابت من الدائرة المغناطيسية.

يمكن أن تطور الملفات اللولبية للحديد القابل للسحب قوى ولها ضربات متفاوتة على نطاق واسع جدًا ، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع.

تتحرك المغناطيسات الكهربائية على شكل V ذات المحرك الخارجي المستعرض بشكل عرضي عبر خطوط القوة المغناطيسية ، وتدور بزاوية محدودة معينة.عادةً ما تطور هذه المغناطيسات الكهربائية قوى صغيرة نسبيًا ، ولكنها تسمح ، من خلال المطابقة المناسبة لأشكال العمود والمُحرك ، بالحصول على تغييرات في خاصية الجر ومعامل إرجاع مرتفع.

في كل مجموعة من المجموعات الثلاث المدرجة للمغناطيسات الكهربائية ، بدورها ، هناك عدد من أنواع التصميم المتعلقة بكل من طبيعة التيار المتدفق عبر الملف والحاجة إلى ضمان الخصائص والمعلمات المحددة للمغناطيسات الكهربائية.

اقرأ أيضا: حول المجال المغناطيسي والملفات اللولبية والمغناطيسات الكهربائية