Другие конструкции

Существует множество других конструкций, в том числе и работоспособных, но они построены по вышеприведенным схемам. Двигатель-генераторы электромагнитного типа получают огромную популярность среди энтузиастов, причём некоторые конструкции уже были внедрены в серийный выпуск. Но это, как правило, самые простые механизмы. На электровелосипедах в последнее время часто применяется мотор-колесо конструкции Шкондина. Но для нормальной работы любого электромагнитного мотора необходимо наличие источника энергии. Даже электромагнитный соленоидный двигатель не сможет работать без дополнительного питания.

Без аккумулятора обойтись не могут такие механизмы. Обязательно требуется запитать обмотку электромагнита для того, чтобы создать поле и раскрутить ротор до минимальной частоты. По сути, получается электромагнитный двигатель постоянного тока, который способен осуществлять рекуперацию энергии. Другими словами, мотор работает только при разгоне, а при торможении он переводится в режим генератора. Такими особенностями обладают любые электромобили, которые можно встретить в продаже. У некоторых попросту отсутствует система торможения как таковая, функции колодок выполняют двигатели, работающие в режиме генератора. Чем больше нагрузка на обмотке, тем сильнее будет сила противодействия.

История

Извлечение осколков из глаза с помощью электромагнита. 1915

В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки, стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

Помимо промышленного использования, магниты стали широко применяться в медицине. Еще в конце XIX — начале XX века на страницах Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона Мендельсон М. Э. писал, что электромагнит «служит самым лучшим способом для извлечения инородных тел из полости глаза».

Основные отличия грузоподъемных электромагнитов серии ДКМ перед существующими аналогами

• Четыре категории грузоподъемности – Легкая, Средняя, Тяжелая, Сверхтяжелая. Электромагниты Легкой категории являются аналогами типовых электромагнитов, производившихся в советское время (М22, М42, М62). Электромагниты Средней, Тяжелой и Сверхтяжелой категорий обладают повышенной грузоподъемностью за счет использования запатентованных решений, усиливающих магнитное поле и перераспределяющих тепловые потоки.

• Введение в конструкцию электромагнитов большого диаметра (от 1800 мм), предназначенных для перегрузки скрапа среднего полюса позволило не только повысить механическую прочность магнитопровода за счет получения дополнительной опоры броневого листа. А также перераспределить магнитные линии, вследствие чего была увеличена грузоподъемность.

• Оптимальное распределение магнитных линий позволяет увеличить объем и массу поднимаемого скрапа по сравнению с типовыми электромагнитами.

• Использование комбинированной (медно-алюминиевой) катушки управления электромагнита позволяет перераспределить выделение тепловой энергии внутри катушки и как следствие, снизить нагрев ее центральной части.

• Незначительное уменьшение грузоподъемности электромагнита во время работы в результате нагрева катушки управления.

• Наличие брызгозащищенной коробки выводов с массивной откидной крышкой значительно снижает вероятность появления влаги и токопроводящей пыли в контактном узле, которые могут привести к выходу из строя электромагнита.

• Изолировочные компаунды и другие материалы, применяемые в производстве электромагнитов, обладают повышенными напряжением пробоя, влагостойкостью, теплопроводностью и необходимым коэффициентом теплового расширения. Класс нагревостойкости применяемых материалов соответствует допустимой температуре нагрева 220 °С, что говорит о высокой надежности выпускаемой продукции.

• Все электромагниты изготавливаются в литых корпусах.

• Любой электромагнит может быть оптимизирован для работ конкретным видом груза: металлолом, сортовой прокат, сляб, стружка и т.д., без изменения отпускной стоимости электромагнита.

Все электромагниты проходят следующие приемосдаточные испытания:

• проверка тепловых параметров,
• испытание отрывного усилия на сертифицированном стенде,
• испытание на грузоподъемность на скрапе и стружке.

В 2006 году ООО «КЗЭ «ДимАл» запустило в производство серию круглых электромагнитов ДКМ на основе новых литых корпусов.

Также с 2006 года наше предприятие внедрило в производство новую технологию заливки компаунда в магнитопровод. Заливка осуществляется вакуумно-вибрационным методом. В процессе работы происходит последовательное нагнетание (создание давления) и отсасывание воздуха (создание вакуума) в камере заливки электромагнита. Благодаря чему компаунд заполняет все пустоты в окне магнитопровода.

Электромагниты в повседневной жизни

Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.

Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.

Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далека не полный список.

Электронный коммутатор мостового типа

Самая простая конструкция электронного коммутатора выполняется на четырех силовых ключах. В каждом плече мостовой схемы присутствует по два мощных транзистора, столько же электронных ключей с односторонней проводимостью. Напротив ротора магнитного двигателя размещается два датчика, которые контролируют положение постоянного магнита на нем. Располагаются они как можно ближе от ротора. Функции этого датчика выполняет простейший прибор, который способен работать под воздействием магнитного поля — геркон.

Датчики, считывающие положение постоянного магнита на роторе, размещаются следующим образом:

1. Первый находится у торца соленоида.
2. Второй расположен со сдвигом в 90 градусов.

Выходы датчиков подключаются к логическому устройству, которое усиливает сигнал, а затем подает его на входы управления полупроводниковых транзисторов. С помощью подобных цепей работает и электромагнитный клапан остановки двигателя внутреннего сгорания.

На обмотках электрического генератора установлена нагрузка. В цепях питания катушки и коммутатора есть элементы, предназначенные для управления и защиты. При помощи автоматического переключателя можно произвести отключение аккумуляторной батареи, чтобы вся машина перешла на питание от электрического генератора (автономный режим).

Краткий обзор известных конструкций

Среди большого количества конструкций магнитных двигателей можно выделить следующие:

1. Двигатели магнитного типа Калинина. Конструкция полностью неработоспособна, так как не доведен до ума механизм пружинного компенсатора.
2. Магнитно-механический мотор конструкции Дудышева. Если произвести грамотную доводку, то такие двигатели могут работать практически вечно.
3. «Перендев» — электромагнитные моторы, выполненные по классической схеме. На роторе устанавливается компенсатор, но он не способен работать без коммутации при прохождении мёртвой точки. А чтобы ротор проходил мертвую точку удержания, можно выполнить коммутацию двумя вариантами — с помощью электромагнита и механического устройства. Такая конструкция не может претендовать на звание «вечный двигатель». Да и у простого асинхронного двигателя электромагнитный момент окажется значительно выше.
4. Электромагнитные двигатели конструкции Минато. Выполненный по классической схеме, представляет собой обычный электромагнитный мотор, у которого очень высокий коэффициент полезного действия. С учётом того, что конструкция не может достичь КПД в 100 %, она не работает как «вечный двигатель».
5. Моторы Джонсона являются аналогами «Перендев», но у них меньше энергетика.
6. Мотор-генераторы Шкондина представляют собой конструкцию, которая работает при помощи силы магнитного отталкивания. Компенсаторы в моторах не используются. Не способны работать в режиме «вечного двигателя», коэффициент полезного действия не более 80 %. Конструкция очень сложная, так как в ней присутствуют коллектор и щеточный узел.
7. Наиболее совершенным механизмом является мотор-генератор конструкции Адамса. Это очень известная конструкция, работает по такому же принципу, как и мотор Шкондина. Вот только в отличие от последнего, отталкивание происходит от торца электромагнита. Конструкция устройства намного проще, нежели у Шкондина. Коэффициент полезного действия может составлять 100 %, но в том случае, если производить коммутацию обмотки электромагнита при помощи короткого импульса с высокой интенсивностью от конденсатора. В режиме «вечного двигателя» работать не может.
8. Электромагнитный двигатель обратимого типа. Магнитный ротор находится снаружи, внутри установлен статор из электромагнитов. Коэффициент полезного действия приближается к 100 %, так как магнитопровод разомкнут. Такой электромагнитный соленоидный двигатель способен работать в двух режимах – мотора и генератора.

Определение терминов

Как работает электромагнит

Сам цикл работы ЭМ представляет собой следующую последовательность действий. Сначала в обмотку подается ток такой величины, при которой магнитные силы станут больше, чем силы удерживающие якорь в покое.

Далее произойдет отрыв якоря из состояния покоя и движение якоря в конечную точку полезного промежутка. Это первый этап.

На втором этапе якорь ЭМ подтянут и через него протекает ток. Как известно, ток создает термическое воздействие с течением времени. Поэтому время работы не должно превышать допустимое. На этом этапе сила тяги электромагнита максимальная.

Последний, Третий этап — аналогичен первому — ток уменьшается до нуля, магнитные силы становятся меньше сил, возвращающих якорь в состояние покоя, якорь отпадает. Далее электромагнит остывает.

Если характер его работы периодически повторяющийся, то за время до следующего цикла, ему необходимо успеть остыть.

история

электромагнит осетра, 1824

Один из электромагнитов Генри, который мог поднять сотни фунтов, 1830-е

Крупный план большого Генри электромагнита

Датский ученый Эрстед обнаружил в 1820 году , что электрические токи создают магнитные поля. Британский ученый Стёрджен изобрел электромагнит в 1824. Его первый электромагнит был подковообразный кусок железа , который был завернут около 18 витков голого медного провода ( изолированный провод еще не существовало). Железо лаком , чтобы изолировать его от обмоток. Когда ток пропускают через катушку, железо стало намагничены и привлекли другие куски железа; когда ток был остановлен, он потерял намагниченность. Осетр продемонстрировала свою силу, показав , что хотя он весил всего семь унций (около 200 г), он может поднять девять фунтов (примерно 4 килограмма) , когда был применен ток одноэлементной батареи. Тем не менее, магниты осетровой были слабыми , так как неизолированный провод он использовал мог быть обернуты только в одном слое разнесены вокруг сердечника, ограничение числа оборотов.

Начиная с 1830 года, американский ученый Джозеф Генри систематически совершенствуется и популяризировали электромагнит. При использовании провода с изоляцией шелковой нитью, и вдохновленный Швейгер использованием «s нескольких витков проволоки , чтобы сделать гальванометр , он был в состоянии наматывать несколько слоев проволоки на ядрах, создавая мощные магниты с тысячами витков проволоки, в том числе тот , который может поддержать 2063 фунтов (936 кг). Первое крупное использование для электромагнитов было в телеграфных оповещателях .

Магнитный домен теория как ферромагнитного работы ядер была впервые предложена в 1906 году французский физик Пьер-Эрнест Вайс и подробная современная квантово — механическая теория ферромагнетизма была разработана в 1920 — е годы Вернер Гейзенберг , Л. Д. Ландау , Феликс Блох и др.

Классификация электромагнитов

Принято классифицировать электромагниты (ЭМ) по способу питания на электромагниты постоянного и переменного тока. ЭМ постоянного тока в свою очередь классифицируются на постоянного тока нейтральные и поляризованные. Также существуют ЭМ выпрямленного тока.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока магнитный поток создается обмоткой постоянного тока. Величина магнитного потока зависит лишь от обмотки, не зависит от направления. Если величина тока равна нулю, то магнитный поток и сила притяжения также опускаются практически до величины нуля.

Поляризованные ЭМ постоянного тока характеризуются наличием двух независимых магнитных потоков — рабочего и поляризующего. Поляризующий поток создается постоянными магнитами или электромагнитами. Рабочий же поток создается под действием намагничивающей силы рабочей обмотки. При отсутствии тока на якорь магнита будет действовать сила притяжения от поляризующего потока. В отличие от нейтральных, в поляризованных электромагнитах их действие зависит не только от величины рабочего потока но и от его направления.

В электромагнитах переменного тока обмотка питается от источника переменного тока. Величина и направление магнитного потока изменяется во времени от нуля до максимума.

Далее другие возможные классификации

• с последовательными (мало витков большого сечения) и параллельными (много витков малого сечения) обмотками
• работающие в длительном, кратковременном или прерывистом режимах
• быстродействующие, замедленно действующие и нормально действующие
• с внешним притягивающим якорем, со втягивающимся якорем, с внешним поперечно движущимся якорем

Виды постоянных магнитов

Для остановы двигателя электромагнитный клапан необходимо запитывать от мощного источника. Либо же можно применять сильные магниты. Поэтому желательно такие конструкции применять на мощной технике. А чтобы самостоятельно изготовить мотор-генератор, желательно использовать ферритовые или неодимовые магниты. Характеристики постоянных магнитов:

1. Феррит-бариевые: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,2-0,4 Тл; энергетическое произведение 10-30 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 130-200 кА/м. Стоимость от 100 до 400 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 250 градусов.
2. Феррит-стронциевые: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,35-0,4 Тл; энергетическое произведение 20-30 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 230-250 кА/м. Стоимость от 100 до 400 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 250 градусов.
3. Неодимовые магниты: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,8-1,4 Тл; энергетическое произведение 200-400 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 600-1200 кА/м. Стоимость от 2000 до 3000 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 200 градусов.

Вдвое дешевле бариевые постоянные магниты, нежели неодимовые. Но габариты генераторов на таких магнитах намного больше. По этой причине лучше всего использовать в самодельных электромагнитных моторах неодимовые магниты. Двигатель с электромагнитным тормозом, выполненный из таких материалов, сможет намного больше восстанавливать энергии при остановке.

Основные особенности круглых электромагнитов серии ДКМ

Новые, заново спроектированные литые корпуса, имеют:

• сильное оребрение и высокую износостойкость,
• усиленное магнитное поле,
• улучшенный теплообмен, позволяющий уменьшить нагрев электромагнитов в процессе работы.

Дополнительное ограждение защищает коробку выводов и подводящий электрический кабель от механических повреждений.

Коробка выводов закрывается толстостенной литой крышкой, надежно защищающей ее от возможных ударов в процессе работы. Горизонтальное расположение выводов позволяет легко выполнить подключение питающего кабеля.

Новые литые рельефные брони электромагнитов имеют высокие износостойкость и жесткость, меньшую восприимчивость к ударам о грузы. Они увеличивают срок службы изделий и обеспечивают надежную защиту катушки электромагнита.

Патенты на электромагнитные машины

Многие инженеры уже запатентовали свои конструкции двигателей. Но вот только реализовать работоспособный вечный двигатель ещё никто не смог. Такие устройства ещё не освоены, редко внедряются в технику, встретить в продаже их вряд ли получится. Намного чаще используются электромагнитные клапаны (дизельные двигатели работают под управлением электроники стабильнее и способны выдать большую мощность). Некоторые конструкторы уверены, что до серийного выпуска не доводятся электромагнитные двигатели, потому что все разработки засекречиваются. И большинство проблем в таких двигателях до сих пор не решены полностью.

Сравнение ЭМ постоянного и переменного тока

При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:

• Сила тяги. При одинаковом сечении полюсов средняя величина силы тяги в ЭМ на переменном токе (“ЭМ ~ тока”) будет вдвое меньше, чем в аналогичном на постоянном токе. То есть железо более эффективно используется в ЭМ на постоянном токе (“ЭМ = тока”)
• Вес. Если же заданными константами являются сила тяги и ход якоря, то для получения электромагнита переменного тока потребуется вдвое больше железа и размеров, чем для ЭМ постоянного тока
• Реактивная мощность. Если необходимо уменьшить потребляемую мощность “ЭМ = тока”, то достаточно увеличить его размеры. В случае же с “ЭМ ~ тока” потребляемая при пуске реактивная мощность не может быть уменьшена путем увеличения размеров ЭМ
• Вихревые токи. В случае с “ЭМ ~ тока” магнитопроводы выполняют шихтованными и разрезными для уменьшения влияния вихревых токов. Само же наличие потерь на вихревые токи и перемагничивание вызывает увеличение потребления электроэнергии и лишний нагрев. В случае же с “ЭМ = тока” данный пункт отсутствует
• Быстродействие. Если взять ЭМ постоянного и переменного тока, то вторые будут более быстродействующие. Однако для “ЭМ = тока” внедряют специальные меры, которые могут сделать их более быстродействующими. При этом “ЭМ = тока” будут потреблять меньше энергии

Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ ~ тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.

Последние статьи

Самое популярное