Расчет силы электромагнита постоянного тока необходим при проектировании ряда устройств, где совершается механическая работа под действием магнитного поля. Сюда относятся различные контактные реле, клапаны или кнопки.
Принцип работы данных устройств заключается в появлении магнитной силы внутри витков, которая притягивает и перемещает ферромагнитный сердечник. Ниже представлен онлайн калькулятор расчета электромагнитной силы.
Сила электромагнита будет зависеть от тока протекающего в катушке, площади сечения электромагнита (сердечника), количества витков соленоида и зазором между соленоидом и магнитопроводом (металлом).
Все эти значения необходимо ввести в калькулятор и нажать на кнопку «расчет». В результате будет вычислена электромагнитная сила в ньютонах.
Формула для расчета электромагнитной силы
Чтобы самостоятельно произвести расчет силы электромагнита воспользуйтесь следующей формулой:
F = (I * n)2 * μ * S / (2 * lср2) , где
F — величина электромагнитной силы,
I — сила тока в катушке,
μ — магнитная постоянная, равная 4*π*10-7 Гн/м,
S — площадь поперечного сечения электромагнита,
lср — величина зазора между соленоидом и металлом.
Подставив все значения в правильных единицах измерения мы получим верный результат.
Пример расчета силы, создаваемой электромагнитом
Для закрепления материала рассмотрим пример расчета электромагнитной силы согласно вышеприведенной формулы. Данное вычисление будет представлено в виде картинки, которую можете скачать себе на компьютер.
Было полезно? Поделитесь с друзьями!
В инженерных
расчетах силу притяжения электромагнита
обычно рассчитывают по формуле Максвелла
где
—
магнитная индукция в рабочем зазоре;
—
эквивалентное сечение воздушного
зазора;
—
магнитная проницаемость воздуха.
Формулой можно
пользоваться, если индукция в воздушном
зазоре распределена равномерно. Иногда
бывает удобно находить силу тяги
электромагнита через магнитный поток
.
12.3 Электромагниты переменного тока. Короткозамкнутый виток
При синусоидальном
переменном токе поток изменяется
по закону
Сила притяжения
электромагнита в таком случае будет
равна
.
Обозначим
Тогда
,
т. е. сила притяжения
Р пульсирует по величине с двойной
частотой сети, не меняя при этом
своего знака (см. рисунок 12.1б)
Рисунок 12.1 – Кривые
изменения силы притяжения электромагнита
переменного тока без короткозамкнутого
витка
Сила притяжения
может быть представлена в виде двух
составляющих: постоянной во времени
и изменяющейся во
времени по закону косинуса переменной
Среднее за период
значение силы Р будет равно
.
Если отрывное
усилие электромагнита будет
(см. рисунок 12.1в), то дважды за период в
точке « А» якорь электромагнита начнет
отпадать, а в точке «Б» снова притягиваться,
т. е. будет вибрировать с двойной частотой.
Вибрация приводит к износу магнитной
системы и сопровождается гудением.
Для устранения
вибрации электромагниты переменного
тока снабжаются короткозамкнутыми
витками (см. рисунок 12.2) из проводниковых
материалов (медь, латунь), охватывающими
часть полюса электромагнита (порядка
70—80%).
Рисунок 12.2 – К
принципу работы короткозамкнутого
витка
Принцип работы
витка заключается в следующем.
Общий поток
электромагнита Ф разветвляется на
поток Ф1,
который проходит по неохваченной витком
части полюса, и на поток Ф2,
который проходит через часть,
охватываемую короткозамкнутым витком.
При этом в витке
индуцируется э. д. с. и возникает ток,
который создает магнитный поток
охватывающий короткозамкнутый виток
и, вместе с частью основного потока,
образующий поток Ф2
проходящий через часть полюса, охваченную
витком.
В результате
магнитный поток Ф2
будет сдвинут во времени по отношению
к потоку Ф1
на некоторый угол
.
Сила притяжения
электромагнита Р в этом случае будет
складываться из двух пульсирующих,
но сдвинутых по фазе сил Р1
и Р2
.
Каждая из сил Р1
и Р2
может быть представлена в виде двух
составляющих
и
,
а полная сила
.
Благодаря
сдвигу фаз результирующая сила Р
пульсирует много меньше, и минимальное
значение этой силы остается выше
отрывного усилия Ротр, чем и исключается
вибрация якоря.
12.4 Замедление и ускорение действия электромагнита
В ряде случаев на
практике необходимо замедлить или
ускорить действие электромагнита.
Замедление действия
электромагнита постоянного тока может
быть достигнуто (см. рисунок 12.3).
Рисунок 12.3 – Схемы
замедления срабатывания электромагнита:
а) увеличением
постоянной времени катушки;
б) включением
параллельно катушке емкости;
в) с помощью
короткозамкнутого витка, имеющего малое
электрическое сопротивление.
Короткозамкнутый
виток замедляет нарастание потока при
включении электромагнита.
При включении
емкости нарастание напряжения на
катушке происходит постепенно по
мере зарядки конденсатора.
Ускорение действия
электромагнита может быть достигнуто
за счет уменьшения постоянной времени.
В этом случае
наличие короткозамкнутого витка,
массивных частей магнитопровода,
металлических каркасов катушки и всяких
короткозамкнутых витков, образованных
из крепежных и прочих деталей, лежащих
на пути потока, является недопустимым,
так как они будут увеличивать время
действия электромагнита.
Шихтованный
магнитопровод также приводит к ускорению
действия электромагнита.
Еще большее
ускорение может быть получено при
включениии электромагнита по схеме,
представленной на рисунке 12.4
Рисунок 12.4 – Схемы
ускорения срабатывания электромагнита
постоянного тока
Сила электромагнита — это сила, с которой электромагнит притягивает ферромагнитные материалы, зависит от магнитного потока Ф или, что то же самое, от индукции B и площади сечения электромагнита S.
Рассчитайте силу электромагнита с помощью этого калькулятора. Введите значения тока, площади, количества витков и длины катушки, чтобы найти результат.
Калькулятор электромагнитной силы
Формула расчета электромагнитной силы:
F = (n x i)2 x магнитная постоянна x S / (2 x lср2)
где,
- F = Сила,
- i = Ток,
- lср = Длина зазора между соленоидом и куском металла,
- S = Площадь сечения электромагнита
- n = Количество витков,
- Магнитная постоянная = 4 x PI x 10-7.
людей нашли эту статью полезной. А Вы?
An electromagnet relies on the current flowing through a wire wrapped around a ferromagnetic core used to produce a magnetic field. The strength of the magnet is proportional to the applied current. Measuring the strength of an electromagnet requires a few simple tools.
- Electromagnet
- Battery or power supply
- Hook or stand
- Spring scale
- Weights
-
If using a power supply, change the current input and repeat this process to learn how the current input relates to the strength of the magnetic field.
-
Only use batteries or a low-voltage power supply for this process. Higher voltages can cause fires or electrocution if not handled properly.
Suspend the electromagnet from the hook or stand so that it hangs freely.
Connect the electromagnet to the battery or power supply. If using a power supply, turn it on.
Attach the spring scale to the electromagnet using only the magnet itself. The spring scale should stick to the electromagnet.
Add weights to the hook of the spring scale. Use care when adding the weights so that the force of the weights dropping does not dislodge the spring scale. Write down the weight indicated on the scale with the pencil and paper.
Continue to add weights until the spring scale falls from the electromagnet. Record the total weight that the magnet held before the scale fell.
Remove the weights from the spring scale. Repeat Steps 3 through 5 two additional times.
Calculate the average weight by adding the three recorded weights together and dividing by three. This is the strength of the electromagnet.
Things You’ll Need
Tips
Warnings
Инженеры изготавливают соленоиды — электромагниты — путем скручивания металла по спирали вокруг цилиндрического шаблона. Вы можете определить величину этой силы, включив размеры и другие свойства магнита на основе простого уравнения: F = (n X i) 2 X магнитная постоянная X a / (2 X g 2). Пропускание электрического тока через соленоид приводит к появлению магнитного поля, которое воздействует на близлежащие ферромагнитные объекты, такие как куски железа или стали. Объединение магнитных и электрических сил на заряженном предмете называется силой Лоренца.
Рассчитайте силу, написав уравнение:
F = (nxi) 2 x магнитная постоянная xa / (2 xg 2)
Где F = сила, i = ток, g = длина зазора между соленоидом и куском металла, a = площадь, n = число витков в соленоиде и магнитная постоянная = 4 x PI x 10 -7, Проанализируйте свой электромагнит, чтобы определить его размеры и величину тока, который вы будете проходить через него. Например, представьте, что у вас есть магнит с 1000 витками и площадью поперечного сечения 0, 5 Н, который будет работать при токе 10 А, в 1, 5 метрах от куска металла. Следовательно:
N = 1000, I = 10, A = 0, 5 метра, g = 1, 5 метра
Вставьте числа в уравнение, чтобы вычислить силу, которая будет действовать на кусок металла.
Сила = ((1000 x 10) 2 x 4 x pi x 10 -7 x 0, 5) / (2 x 1, 5 2) = 14 Ньютонов (N).