Принцип действия электромагнита.

При пропускании электрического тока через катушку помещенный внутри ее стальной сердечник приобретает свойства естественного магнита

Степень намагничивания стального сердечника, определяемая величиной проходящего через него магнитного потока, о которой судят по максимальной массе притя-гиваемого груза (грузоподъемная сила электромагнита), зависит от величины тока, пропускаемого через катушку, числа витков и температуры катушки, химического состава, формы, размеров и температуры поднимаемого груза.

Катушка без стального сердечника также будет обладать магнитными свойствами — притягивать к себе ферромагнитные тела, но сила притяжения при одном и том же токе, проходящем через нее, значительно меньше, чем у катушки со стальным сердечником. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость воздуха намного меньше, чем стального (ферромагнитного) сердечника.

Магнитный поток электромагнита определяется намагничивающей силой F, ампервитки:

где I — ток, проходящий через его катушку, A; w — число витков катушки, а также магнитной проницаемости цепи, состоящей из сердечника электромагнита и поднимаемого груза.

Магнитная проницаемость не является постоянной величиной и зависит от величины намагничивающей силы. С ростом намагничивающей силы магнитная проницаемость сначала резко возрастает, достигает своей максимальной величины, после чего наступает насыщение; увеличение дает незначительное увеличение магнитного потока до того момента, когда увеличение намагничивающей силы практически не сопровождаетсядальнейшимувеличениеммагнитного потока.

Примерный расчет грузоподъемной силы электромагнита можно провести по следующей формуле:

где S — площадь соприкосновения между полюсами магнита и поднимаемой плитой, см²; Ф — магнитный поток, Вб, равный

Rm — магнитное сопротивление цепи электромагнита.

Магнитное сопротивление возрастает с увеличением длины силовых линий магнитного потока и числа воздушных промежутков, находящихся на пути магнитного потока, и уменьшается с увеличением сечения и повышения магнитной проницаемости материала, по которому проходит магнитный лоток.

Длина силовых линий магнитного потока и сечение, по которому проходит этот поток, определяются конструкцией и размерами электромагнита, а число и размеры воздушных промежутков зависят от формы поднимаемого груза. На рис. 1,а показано расположение магнитных силовых линий при поднимании плиты (слитка), а на рис. 1,б — при поднимании скрапа. В последнем случае магнитное сопротивление настолько возрастает, что электромагнит поднимает груз в несколько раз меньше массы плиты или слитка.

Ниже приведены данные грузоподъемности электромагнита в зависимости от характера поднимаемого груза, %:

Грузоподъемная сила электромагнита при прочих равных условиях пропор-циональна величине тока, проходящего через его катушку. При заданном напря-жении эта величина зависит от электрического сопротивления катушки, кото-рое возрастает с повышением температуры. Сопротивление катушки при мак-симально допустимой температуре для грузовых электромагнитов может воз-расти в 1,4 – 1,6 раз по сравнению с холодной катушкой. В таком же соотно-шении снизится ток, намагничивающая сила и грузоподъемная сила электромаг-нита. Так как с повышением температуры поднимаемого груза снижается его магнитная проницаемость (достигая нуля при температуре, близкой к 750 °С), то соответственно этому снижается грузоподъемная сила электромагнита.

Питание электромагнита производится постоянным током. Питание может производиться также переменным током, но в этом случае предусматривается соответствующая выпрямительная установка. В качестве последних применяют полупроводниковые установки, выполненные по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямления.

Для освобождения от груза иногда оказывается недостаточным отключить пита-ние электромагнита. Из-за остаточного магнетизма в сердечнике электромагнита и поднимаемом грузе магнитный поток не снижается до нуля, а составляет некоторую величину, определяемую свойствами материала сердечника и поднимаемого груза, и это может оказаться достаточным, чтобы груз (или часть груза) остался притянутым к электромагниту. Для полного освобождения от груза необходимо на короткое время «перемагнитить» электромагнит, т. е. пропустить ток через его катушку в обратном направлении. При этом, когда магнитный поток снизится до нуля, груз отпадет. Величина этого тока, называемого «обратным» током, составляет 12—20% рабочего тока.

При отключении электромагнита происходит быстрое снижение магнитного потока, наводящее в катушке электромагнита электромагнитную силу самоиндук-ции. Величина индуктированного напряжения возрастает при быстром отключении тока и в некоторых случаях может достигнуть 3000 – 4000 В, т.е. в 15—18 раз превысит номинальное напряжение, что не исключает возможности пробоя изоляции катушки электромагнита.

В блоках управления электромагнитом, разработанных в советские времена, для ограничения величины перенапряжения параллельно катушке электромагнита подключалось так называемое разрядное сопротивление. При величине разрядного сопротивления, в 5—6 раз превышающей сопротивление катушки электромагнита, перенапряжение практически снижалось до 700 – 800 В. Так как разрядное сопро¬тивление постоянно подключено к электромагниту, то при его работе оно потребляет дополнительный ток.

В начале 90-х годов Трегубовым Дмитрием Анатольевичем, в настоящий момент генеральный директор ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл”, был разработан и запатентован первый тиристорный блок управления электромагнитом, нашедший широкое практическое применение.
Благодаря применению тиристоров, энергия, возникающая в катушке электромагнита при его отключении, через шунтирующий тиристор возвращает в сеть. Подобное схемное решение позволило увеличить срок эксплуатации электромагнита.

Повреждения электромагнитов в большинстве случаев заключаются в нарушении изоляции между витками и секциями катушки, а также между катуш-кой и корпусом или токоподводом и корпусом электромагнита.

Как указывалось, при отключении магнита возникает повышенное разрядное напряжение. Для его снижения к катушке подсоединяется разрядное сопро-тивление. Однако изоляция катушки и токоподводов должна противостоять (соот-ветственно толщинам устанавливаемой изоляции и изоляционным расстояниям) не сниженному разрядному напряжению, а полному, если по каким-либо причинам разрядное сопротивление может оказаться отключенным или поврежденным.

Одной из причин нарушения изоляции может быть плохая герметизация объема, занятого катушкой, что приводит к вытеканию электроизоляционной массы или ухудшению ее электроизоляционных и механических свойств вследствие попадания влаги через неплотности. Влага снижает электрическую надежность витковой, межсекционной и корпусной изоляции.

Кроме того, при недостаточном закреплении катушки нарушению изоляции в немалой степени способствуют перемещение и деформация секций, происходящие из-за тепловых расширений катушки и от неизбежных сотрясений и ударов электромагнита о груз. Поэтому продолжительность безаварийной работы электромагнита зависит от того, как надежно герметизирован электромагнит, как прочно укреплена в нем катушка и выводы, и насколько доброкачественна электро-изоляционная масса.

Основное назначение электроизоляционной заливочной массы препятствовать увлажнению изоляции, что способствует сохранению её высоких электрических и механических качеств. Помимо этого улучшается теплоотвод от катушки, а при достаточной твердости массы при рабочих температурах ограничиваются возможности деформации катушки, что ведет к сохранению изоляции.

Применяемая на предприятии ООО “Кировский завод электромагнитов “ДимАл” технология заливки катушки значительно уменьшила количество межвитковых коротких замыканий, пробоев на корпус воздушных включений (в следствии чего уменьшилось количество попадаемой в электроизоляционную массу влаги), улучшила механическую прочность катушки к ударам, что в свою очередь увеличило срок службы электромагнита и уменьшило количество ремонтов.