чем отличаются электромагниты постоянного и переменного тока
Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока
Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами постоянного тока. Такое сравнение даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей электромагнитов.
Сила тяги электромагнитов
При заданной площади сечения полюсов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя величина силы в электромагните переменного тока будет вдвое меньше силы в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазной, так и к многофазным системам. Иными словами, использование стали в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните постоянного тока.
При заданных силе тяги и ходе якоря электромагнит переменного тока получается значительно большей массы, чем электромагнит постоянного тока, так как необходимо взять по крайней мере вдвое больше стали и существенно увеличить объем меди из-за того, что требуется иметь определенную величину мощности.
Необходимый минимум реактивной мощности. Потребляемая электромагнитом переменного тока в момент его включения реактивная мощность однозначно связана с величиной механической работы, которую требуется получить от этого электромагнита, и не может быть снижена путем увеличения его размеров. В электромагнитах постоянного тока такой связи нет, и если не касаться вопроса скорости действия, то потребляемая мощность может быть уменьшена соответствующим увеличением размеров.
Электромагниты переменного тока принципиально более быстродействующие, чем электромагниты постоянного тока обычной конструкции. Это объясняется тем, что электромагнитная постоянная времени у них обычно соизмерима с величиной одного периода переменного тока, а э. д. с. самоиндукции, возникающая при движении якоря, значительно ниже приложенного напряжения.
В электромагнитах постоянного тока время срабатывания может быть уменьшено путем специальных мер, сводящихся к снижению отношения напряжения самоиндукции к приложенному напряжению, уменьшению вихревых токов и т. д. Все это в конечном счете приводит к увеличению потребления электроэнергии, однако, как правило, при одинаковой производимой работе и равных временах срабатывания электромагнит постоянного тока обычно имеет меньшее потребление энергии, чем электромагнит переменного тока.
Влияние вихревых токов
Из-за необходимости предотвратить возникновение чрезмерных потерь от вихревых токов магнитопроводы электромагнитов переменного тока приходится выполнять шихтованными или разрезными, в то время как на постоянном токе это требуется только для быстродействующих электромагнитов.
Такое исполнение магнитопровода приводит к ухудшению заполнения объема сталью, а также предопределяет призматическую форму частей магнитопровода. Последнее вызывает увеличение длины среднего витка обмотки и приводит к некоторым конструктивным и технологическим недостаткам.
Потери на вихревые токи, а также на перемагничивание приводит к увеличению нагрева электромагнита. В электромагнитах постоянного тока все перечисленные выше ограничения отпадают.
Области применения электромагнитов постоянного и переменного тока
В обычных стационарных промышленных установках, питающихся от сети переменного тока (частотой 50 Гц) достаточной мощности, многие из приведенных выше отрицательных моментов не являются препятствием для применения электромагнитов переменного тока.
Большее потребление реактивной мощности в начале хода существенно не отразится на других потребителях. Если в конце хода якоря электромагнита воздушные зазоры незначительны, потребляемая реактивная мощность при притянутом якоре будет невелика.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Онлайн журнал электрика
Статьи по электроремонту и электромонтажу
Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока
Сравним электромагниты переменного тока с электромагнитами неизменного тока. Такое сопоставление даст возможность найти целесообразные области внедрения каждой из этих разновидностей электромагнитов.
Сила тяги электромагнитов
При данной площади сечения полюсов, образующих рабочий зазор, средняя величина силы в электромагните переменного тока будет в два раза меньше силы в электромагните неизменного тока. Это относится в одинаковой мере как к однофазовой, так и к многофазным системам. Другими словами, внедрение стали в электромагните переменного тока по последней мере в 2 раза ужаснее, чем в электромагните неизменного тока.
При данных силе тяги и ходе якоря электромагнит переменного тока выходит существенно большей массы, чем электромагнит неизменного тока, потому что нужно взять по последней мере в два раза больше стали и значительно прирастить объем меди из-за того, что требуется иметь определенную величину мощности.
Нужный минимум реактивной мощности. Потребляемая электромагнитом переменного тока в момент его включения реактивная мощность совершенно точно связана с величиной механической работы, которую требуется получить от этого электромагнита, и не может быть снижена методом роста его размеров. В электромагнитах неизменного тока таковой связи нет, и если не касаться вопроса скорости деяния, то потребляемая мощность может быть уменьшена подходящим повышением размеров.
Электромагниты переменного тока принципно более быстродействующие, чем электромагниты неизменного тока обыкновенной конструкции. Это разъясняется тем, что электрическая неизменная времени у их обычно соизмерима с величиной 1-го периода переменного тока, а э. д. с. самоиндукции, возникающая при движении якоря, существенно ниже приложенного напряжения.
В электромагнитах неизменного тока время срабатывания может быть уменьшено методом особых мер, сводящихся к понижению дела напряжения самоиндукции к приложенному напряжению, уменьшению вихревых токов и т. д. Все это в конечном счете приводит к повышению употребления электроэнергии, но, обычно, при схожей производимой работе и равных временах срабатывания электромагнит неизменного тока обычно имеет наименьшее потребление энергии, чем электромагнит переменного тока.
Воздействие вихревых токов
Из-за необходимости предупредить появление лишних утрат от вихревых токов магнитопроводы электромагнитов переменного тока приходится делать шихтованными либо разрезными, в то время как на неизменном токе это требуется только для быстродействующих электромагнитов.
Такое выполнение магнитопровода приводит к ухудшению наполнения объема сталью, также предназначает призматическую форму частей магнитопровода. Последнее вызывает повышение длины среднего витка обмотки и приводит к неким конструктивным и технологическим недочетам.
Утраты на вихревые токи, также на перемагничивание приводит к повышению нагрева электромагнита. В электромагнитах неизменного тока все вышеперечисленные ограничения отпадают.
Области внедрения электромагнитов неизменного и переменного тока
В обыденных стационарных промышленных установках, питающихся от сети переменного тока (частотой 50 Гц) достаточной мощности, многие из приведенных выше отрицательных моментов не являются препятствием для внедрения электромагнитов переменного тока.
Большее потребление реактивной мощности сначала хода значительно не отразится на других потребителях. Если в конце хода якоря электромагнита зазоры малозначительны, потребляемая реактивная мощность при притянутом якоре будет невелика.
Отличие электромагнита постоянного тока от электромагнита переменного тока, назначение и принцип работы короткозамкнутого витка
Магнитная система электромагнитов постоянного и переменного тока различная. У электромагнита постоянного тока относительно небольшой зазор d, а сам магнитопровод может быть выполнен из сплошного цельного куска электротехнической стали.
У магнитов переменного тока система шихтованная, набранная из тонких листов электротехнической стали.
В электромагнитах переменного тока магнитное сопротивление зависит не только от 
, l, S сердечника, но и от потерь в стали и наличия короткозамкнутых обмоток, расположенных на сердечнике.
Катушка электромагнита постоянного тока выполняется достаточно высокой и тонкой, для улучшения условий охлаждения (потери мощности на постоянном токе только на чисто активном сопротивлении проводника).
Катушка электромагнита переменного тока выполняется более низкой, т.к. кроме потерь мощности в активном и индуктивном сопротивлении катушки имеются потери мощности на перемагничивание сердечника.
Как известно в электромагнитах переменного тока ток в обмотке сильно зависит от положения якоря. В клапанных электромагнитах ток в притянутом состоянии в десятки раз меньше, чем при отпущенном якоре. Это затрудняет создание максимальных реле напряжения на базе клапанной системы, так как при напряжениях, близких к напряжению срабатывания, через обмотку протекает большой ток, выделяется мощность, в сотни раз превышающая мощность в обмотке при притянутом якоре. Приходится сильно увеличивать габариты катушки, чтобы рассеивать большую мощность, выделяемую при отпущенном якоре. Большим преимуществом реле серии ЭН является относительно небольшое изменение магнитной проводимости, в результате чего ток в обмотках мало меняется при повороте якоря. Это дает возможность иметь малые габариты обмоток.
Если отрывное усилие электромагнита будет РОТР, то дважды за период в точке А (рис. 6, в) якорь электромагнита будет отпадать, а в точке В — снова притягиваться, т. е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной системы и сопровождается гудением.
Рис.6. Кривая изменения силы притяжения электромагнита
переменного тока без короткозамкнутого витка.
Для устранения вибрации электромагниты переменного тока снабжаются короткозамкнутыми витками (рис.7, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 — 80%).
Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф1, который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф2, который проходит через часть, охватываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДС еК.З, и возникает ток iК.З., сдвинутый по отношению к еК.З. на угол 
Рис.7. Принцип работы короткозамкнутого витка
в электромагнитных системах переменного тока.
Сила притяжения электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил Р± и Р2 (рис.7, г). Благодаря сдвигу их во времени общая сила Р пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше РОТР, чем и исключается вибрация якоря.
Основные характеристики электромагнитов. Сравнение электромагнитов постоянного и переменного тока
Основными характеристиками для большинства электромагнитов являются следующие:
1. Форма тяговой характеристики, опреде- ляющая пригодность тягового электромагнита для ра- боты в данном устройстве.
Сила, создаваемая электромагнитом на протяжении всего хода якоря, должна быть больше приведенного зна- чения нагрузки. Последняя вычисляется с учетом всех препятствующих перемещению якоря сил и кинематики устройства. Для электромагнитов переменного тока это особенно существенно, так как если не соблюдено усло- вие превышения силы электромагнита, то не только якорь не достигает своего конечного положения, но и обмотка может перегреться и выйти из строя.
2. Вес (объем) электромагнита всегда желательно иметь минимальным. Однако нельзя рассматривать вес в отрыве от других характеристик и, в первую очередь, от той работы, которую должен производить электромаг- нит. Очевидно, что чем на большую работу рассчитан электромагнит, тем больше будет его вес. Поэтому срав- нение разных систем можно производить лишь по рабо- тоспособности, отнесенной к весу, или по величине со- здаваемой электромагнитом тяговой силы, также отнесенной к весу.
3. Потребляемая мощность.Предельная мощность, потребляемая электромагнитом может ограничиваться как величиной допустимого нагрева его обмотки, так, в некоторых случаях, и условиями пита ния цепи обмотки электромагнита. Для силовых электромагнитов, как правило, ограничением является его нагрев за период включенного состояния. Дальнейшее сопоставление конструк- тивных вариантов может производиться по потреб- ляемой энергии, стоимости и т. д.
Полученные соот- ношения, характеризующие электромагниты переменного тока, позволяют сопоставить их с электромагнитами по- стоянного тока. Такое сопоставление даст возможность определить целесообразные области применения каждой из этих разновидностей. В частности, оно необходимо для разумного вывода в том, когда выгоднее применять электромагниты переменного тока, работающие при переменном магнитном потоке, и когда электромагниты с встроенными выпрямителями.
Сила тяги. При заданной площади сечения полю- сов, образующих рабочий воздушный зазор, средняя ве- личина силы в электромагните переменного тока будет вдвое меньше, чем сила в электромагните постоянного тока. Это относится в равной степени как к однофазным, так и многофазным системам. Иными словами, исполь- зование железа в электромагните переменного тока по крайней мере в 2 раза хуже, чем в электромагните по- стоянного тока.
Вес. При заданных силе тяги и ходе якоря электро- магнит переменного тока получается значительно боль- шего веса, чем электромагнит постоянного тока, так как необходимо взять по крайней мере вдвое больше стали и существенно увеличить объем меди из-за того, что тре- буется иметь определенную величину кажущейся мощ- ности.
Необходимый минимум, реактивной мощности. Потребляемая электромагнитом перемен- ного тока в момент его включения реактивная мощность однозначно связана с величиной механической работы, которую требуется получить от этого электромагнита, и не может быть снижена путем увеличения его размеров. В электромагнитах постоянного тока такой связи нет, и, если не касаться вопроса о скорости действия, потреб- ляемая мощность может быть уменьшена соответствую- щим увеличением размеров.
Влияние вихревых токов. Из-за необходимо- сти предотвратить возникновение чрезмерных потерь от вихревых токов магнитопроводы электромагнитов пере- менного тока приходится выполнять шихтованными или разрезными, в то время как на постоянном токе это тре- буется лишь для быстродействующих электромагнитов.
Такое исполнение магнитопровода приводит к ухуд- шению заполнения объема сталью, а также предопреде- ляет призматическую форму частей магнитопровода. По- следнее вызывает увеличение длины среднего витка обмотки и приводит к некоторым конструктивным и тех- нологическим недостаткам.
Потери на вихревые токи, а также на перемагничи- вание увеличивают потребление энергии электромагни- том и его нагрев. В электромагнитах постоянного тока все перечисленные выше ограничения отпадают.
Быстродействие. Электромагниты переменного тока принципиально более быстродействующие, чем электромагниты постоянного тока обычной конструкции. Это объясняется тем, что электромагнитная постоянная времени обмотки у них обычно соизмерима с величиной одного периода переменного тока, а э. д. с. самоиндук- ции, возникающая при движении якоря, значительно ни- же приложенного напряжения.
В электромагнитах постоянного тока время срабаты- вания может быть уменьшено путем специальных мер, сводящихся к снижению отношения напряжения само индукции к приложенному напряжению, уменьшению вихревых токов и т. д. Все это в конечном счете приво- дит к увеличению потребления электроэнергии, однако, как правило, при одинаковой, производимой работе и равных временах срабатывания электромагнит постоян- ного тока обычно имеет меньшее потребление энергии, чем электромагнит переменного тока.
Область применения. В обычных стационар- ных промышленных установках, питающихся от сети пе- ременного тока (частотой 50 гц) достаточной мощности, многие из приведенных выше отрицательных моментов не являются препятствием для применения электромаг- нитов переменного тока.
Большое потребление реактивной мощности в начале хода существенно не отразится на других потребителях. Если в конце хода якоря электромагнита воздушные за- зоры незначительны, потребляемая реактивная мощ- ность при притянутом якоре будет невелика. Нагрев та- кого электромагнита приближается к нагреву соизмери- мого трансформатора при холостом ходе.
В некоторых случаях нельзя достигнуть оптимума одновременно по ряду критериев. Так, например, из-за большой разницы в стоимости стали и обмоточной меди легкая малогабаритная конструкция получается более дорогостоящей, чем тяжелая. Поэтому в зависимости от назначения электромагнита тому или другому критерию отдается предпочтение.
Основные типы электромагнитов переменного тока.
В зависимости от характера движения якоря электромагниты распадаются на две большие группы:
§ с вращательным перемещением
§ с поступательным перемещением
Наибольшее применение получили электромагниты с поступательным перемещением якоря (так называемые прямоходовые электромагниты).
Как правило, применяются электромагниты, рассчитанные на однофазное питание. В отдельных случаях применяют трехфазные электромагниты.
Рисунок 10.6. Электромагнит с непосредственным притяжением якоря к стопу (эскиз).
Электромагнит с непосредственным притяжением якоря к стопу.На рисунке 10.6 показан короткоходовой электромаг- нит, в котором сила определяется в основном непосред- ственным притяжением прямого якоря, имеющего фор- му параллелепипеда, к выступающей части магнитопро- вода — стопу.
Магнитопровод набран из листовой электротехниче- ской стали и стянут с помощью пластин из латуни и за- клепок. Пластины одновременно являются направляю- щими для якоря квадратного сечения, также набранно- го из листовой стали. Заклепки расположены по углам магнитопровода, чтобы по возможности не образовывать замкнутого контура, пронизываемого переменным пото- ком. С этой же целью заклепки якоря располагаются вдоль его оси. Для получения хорошего прилегания тор- цов якоря и стопа в притянутом положении соприкаса- ющиеся поверхности шлифуются. Также обрабатываются боковые поверхности якоря, чтобы он мог беспре- пятственно перемещаться в направляющих. Чтобы пла- стины, образующие стоп, прилегали друг к другу доста- точно плотно, они сжимаются с помощью специальных клиньев, располагаемых в зазоре между стоном и карка- сом катушки.
Основные понятия про электромагниты
Существуют определенные природные материалы и объекты, которые сами по себе обладают магнитными свойствами. Их называют естественными магнитами. Примерами естественного магнитного материала могут служить железные руды, насыщенные магнитными свойствами. Примером же естественного магнитного объекта выступает наша с вами планета Земля.
Естественные, они же постоянные, магниты обладают высокой остаточной магнитной индукцией, что позволяет им сохранять магнитные свойства на протяжении длительного времени.
При определенных условиях магнитные поля способны создавать поля электрические. Верно и обратное утверждение. В этом и кроется суть электромагнитов.
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.
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
Устройство электромагнитов
Несмотря на обширное, судя по описанной выше классификации, количество разнообразных вариантов электромагнитов, существуют определенные однотипные узлы, которые встречаются у всех ЭМ.
Между якорем и неподвижными частями существуют воздушные промежутки. Так вот, воздушные промежутки бывают полезными и паразитными. Полезные промежутки располагаются по возможному пути движения якоря. Паразитные промежутки лежат за пределами движения якоря.
Также существует понятие полюса. Полюсами называют поверхности магнитопровода, которые ограничивают полезный воздушный промежуток.
Конструктивные формы электромагнитов переменного тока не имеют множества вариантов, за счет того, что сердечник набирается из листов электротехнической стали. Это необходимо для борьбы с вихревыми токами.
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.
Если характер его работы периодически повторяющийся, то за время до следующего цикла, ему необходимо успеть остыть.
Сравнение ЭМ постоянного и переменного тока
При выборе между электромагнитами на постоянном или переменном токе следует учитывать следующие особенности:
Однако, в промышленности, вышеописанные недостатки “ЭМ
тока” не вызывают особых препятствий на пути их использования.