Ограничение тока электромагнита

Ограничение тока электромагнита

Данное устройство предназначено для ограничения тока, протекающего через электромагнит постоянного тока. Это связано с тем, что, в отличие от электромагнитов переменного тока, через электромагнит постоянного тока протекает ток, величина которого определяется только активным сопротивлением провода, из которого намотана катушка электромагнита. Как правило вследствие этого мощные электромагниты постоянного тока, без применения специальных мер, рассчитываются на работу в кратковременном режиме и даже при непродолжительной работе в режиме удержания очень сильно греются.

Такая история и приключилась. На одном из швейных предприятий используются прямострочные машинки фирмы JACK. Эта китайская фирма не вызывающая сомнений в своей репутации. Тем не менее используемые в машинках этой фирмы электромагниты очень сильно греются. Дошло до того, что электромагниты просто отключили, а возложенную на них функцию выполняют вручную.Понятно, что при этом падает производительность, да и работу это усложняет. Поэтому решили электромагниты вернут, снабдив их небольшой схемой. Ну это, конечно, не ограничивает применение данной схемы только в швейных машинках. Она может пригодится везде, где используются электромагниты постоянного тока (кто как, а я иногда использую автомобильные электромагниты).

Пару слов про физику работы электромагнита. При подаче напряжения на катушку электромагнита возникает магнитное поле, которое с определенным усилием притягивает магнитный сердечник. Зазор между катушкой и сердечником уменьшается, соответственно для создания заданного усилия уже требуется меньший магнитный поток. Величина создаваемого магнитного потока определяется током, протекающим через катушку. Как правило ток, необходимый для создания усилия при начале срабатывания, и ток, необходимый для удержания сердечника, различаются в несколько раз. Но поскольку у нас электромагнит постоянного тока, то протекающий ток не изменяется и электромагнит развивает излишнее усилие и при этом усиленно греет окружающий воздух.

Разработанная схема включается в разрыв плюсового провода электромагнита (минусовой бывает соединен с корпусом оборудования) и обеспечивает:
— кратковременную подачу на электромагнит полного напряжения, для создания полного усилия для совершения электромагнитом возложенной работы;
— подачу на электромагнит напряжения, достаточного, чтобы создать ток для режима удержания.

Схема реализована на микросхеме NE556, содержащей в себе два таймера NE555.

Первый таймер U1:A формирует задержку при подаче питания, в течение которой запрещена работа второго таймера U1:B и на электромагнит (по схеме заменен лампой L1) подается полное напряжение. По окончании задержки разрешается работа таймера U1:B включенного в режиме генератора и на электромагнит начинает поступать импульсное напряжение. Скважность импульсов определяется потенциометром RV1 и выбирается такой, чтобы обеспечить магнитный поток электромагнита достаточным для удержания сердечника. Работа таймера NE555 многократно описана в интернете, поэтому я не описываю досконально как и на что влияет каждый радиоэлемент. Просто продемонстрирую работу на видео.

Все элементы расположены на печатной плате размером 38*25 мм. Схема не критична к номиналам деталей. Транзисторы можно применять практически любые соответствующей структуры. Естественно полевой транзистор должен быть рассчитан на протекающий ток.

Вместо корпуса вся плата помещена в термоусадочный кембрик.

В кембрике проделано отверстие для регулировки потенциометра.

В архиве к статье приложены файл печатной платы и схема в Proteus.

Ограничение тока электромагнита

Данное устройство предназначено для ограничения тока, протекающего через электромагнит постоянного тока. Это связано с тем, что, в отличие от электромагнитов переменного тока, через электромагнит постоянного тока протекает ток, величина которого определяется только активным сопротивлением провода, из которого намотана катушка электромагнита. Как правило вследствие этого мощные электромагниты постоянного тока, без применения специальных мер, рассчитываются на работу в кратковременном режиме и даже при непродолжительной работе в режиме удержания очень сильно греются.

Такая история и приключилась. На одном из швейных предприятий используются прямострочные машинки фирмы JACK. Эта китайская фирма не вызывающая сомнений в своей репутации. Тем не менее используемые в машинках этой фирмы электромагниты очень сильно греются. Дошло до того, что электромагниты просто отключили, а возложенную на них функцию выполняют вручную.Понятно, что при этом падает производительность, да и работу это усложняет. Поэтому решили электромагниты вернут, снабдив их небольшой схемой. Ну это, конечно, не ограничивает применение данной схемы только в швейных машинках. Она может пригодится везде, где используются электромагниты постоянного тока (кто как, а я иногда использую автомобильные электромагниты).

Пару слов про физику работы электромагнита. При подаче напряжения на катушку электромагнита возникает магнитное поле, которое с определенным усилием притягивает магнитный сердечник. Зазор между катушкой и сердечником уменьшается, соответственно для создания заданного усилия уже требуется меньший магнитный поток. Величина создаваемого магнитного потока определяется током, протекающим через катушку. Как правило ток, необходимый для создания усилия при начале срабатывания, и ток, необходимый для удержания сердечника, различаются в несколько раз. Но поскольку у нас электромагнит постоянного тока, то протекающий ток не изменяется и электромагнит развивает излишнее усилие и при этом усиленно греет окружающий воздух.

Разработанная схема включается в разрыв плюсового провода электромагнита (минусовой бывает соединен с корпусом оборудования) и обеспечивает:
— кратковременную подачу на электромагнит полного напряжения, для создания полного усилия для совершения электромагнитом возложенной работы;
— подачу на электромагнит напряжения, достаточного, чтобы создать ток для режима удержания.

Схема реализована на микросхеме NE556, содержащей в себе два таймера NE555.

Первый таймер U1:A формирует задержку при подаче питания, в течение которой запрещена работа второго таймера U1:B и на электромагнит (по схеме заменен лампой L1) подается полное напряжение. По окончании задержки разрешается работа таймера U1:B включенного в режиме генератора и на электромагнит начинает поступать импульсное напряжение. Скважность импульсов определяется потенциометром RV1 и выбирается такой, чтобы обеспечить магнитный поток электромагнита достаточным для удержания сердечника. Работа таймера NE555 многократно описана в интернете, поэтому я не описываю досконально как и на что влияет каждый радиоэлемент. Просто продемонстрирую работу на видео.

Все элементы расположены на печатной плате размером 38*25 мм. Схема не критична к номиналам деталей. Транзисторы можно применять практически любые соответствующей структуры. Естественно полевой транзистор должен быть рассчитан на протекающий ток.

Вместо корпуса вся плата помещена в термоусадочный кембрик.

В кембрике проделано отверстие для регулировки потенциометра.

В архиве к статье приложены файл печатной платы и схема в Proteus.

Схемы управления и питания грузоподъемных электромагнитов

Грузоподъемные электромагниты имеют большую индуктивность, поэтому для быстрого и полного сброса груза, а также для ограничения перенапряжения до значения не более 2 кВ применяются специальные, схемы и аппаратура управления. Электромагниты получают, напряжение от двигатель-генераторной или выпрямительной установки. Принципиальные схемы управления при питании электромагнитов от сети постоянного тока приведена на рис. 1, а и б.

Управление грузоподъемным электромагнитом по указанной схеме производится следующим образом. При включении командоконтроллера К подается напряжение на контактор намагничивания В, замыкающие контакты которого подключают электромагнит к сети. При этом по катушке М электромагнита протекает номинальный ток, а параллельно включенное разрядное сопротивление (Р1— Р4, Р4—РЗ и РЗ—Р2) обтекается током меньшего значения. Катушка контактора Н, включенная между точками 6 и 7, не обтекается током вследствие наличия последовательно включенного размыкающего вспомогательного контакта В, разомкнутого при включенном контакторе В.

При отключении командоконтроллера К. размыкаются замыкающие контакты контактора В, электромагнит кратковременно отключается и автоматически включается на обратную полярность, а после отпадания груза электромагнит окончательно отключается от источника питания. Такое включение электромагнита обеспечивает размагничивание груза, что способствует быстрому его отпаданию.

Автоматическое действие при отключении электромагнита обеспечивается главным образом работой контактора размагничивания Н. Напряжение на зажимах катушки контактора Н определяется падением напряжения на участках сопротивлений 6—Р4 и Р4—7. При отключении электромагнита его ток не исчезает мгновенно, а замыкается через цепочку разрядных сопротивлений. Сопротивления участков 6—Р4 и Р4—7 подобраны таким образом, что после отключения командоконтроллера К и замыкания размыкающего контакта В включается контактор Н.

Рис. 1. Принципиальные схемы управления магнитными контроллерами ПМС 50 (а) и ПМС 150 (б) для подъемных электромагнитов: В или 1В, 2В—двухполюсный контактор намагничивания или два однополюсных; Н — двухполюсной контактор размагничивания; 1P — рубильник; 1П, 2П — предохранители силовой цепи и цепи управления; К — командоконтроллер; М — электромагнит; Р1—Р4, Р4—РЗ и РЗ—Р2 — разрядные сопротивления.

После включения контактора Н замыкаются его силовые контакты и электромагнит подключается к сети. При этом направление тока в катушке электромагнита и в сопротивлении 6—Р4, включенном последовательно с катушкой, с течением времени изменяется на обратное. Изменение направления тока на участке сопротивления 6—Р4 происходит с предварительным снижением предыдущего противоположно направленного тока до нуля. При нуле тока на участке 6—Р4 контактор Н удерживается во включенном состоянии, так как для этого достаточно падения напряжения на участке Р4—7 (на участке 6—Р4 падение напряжения при этом равно нулю).

При изменении направления тока на участке 6—Р4 контактор Н отключается, так как его катушка оказывается включенной на разность падений напряжении на участках 6—Р4 и Р4—7. Отключение контактора Н происходит при достижении током размагничивания величины, равной 10—20% рабочего тока холодной катушки электромагнита, т. е. практически после размагничивания и отпадания груза.

Отключаясь, контактор Н отключает от сети катушку электромагнита, которая остается замкнутой на разрядное сопротивление. Это облегчает условия разрыва дуги контактором и снижает перенапряжение, увеличивая срок службы изоляции катушки. Размыкающий вспомогательный контакт контактора В (в цепи катушки контактора Н) исключает одновременную работу обоих контакторов.

Читайте также  Трансформаторы унифицированные тпп 201-тпп 209

Схема позволяет регулировать время размагничивания, что можно осуществить передвижением хомутов сопротивлений, т. е, изменением значений сопротивлений участков 6—Р4 и Р4—7. Вместе с тем это время автоматически регулируется в зависимости от вида поднимаемого груза. При большей массе груза магнитная проводимость его больше, что приводит к увеличению постоянной времени электромагнита и тем самым к увеличению времени размагничивания. При малой массе груза время размагничивания уменьшается.

По описанной схеме изготавливаются магнитные контроллеры типов ПМС 50, ПМС 150, ПМС50Т и ПМС 150Т.

Рис. 2. Схема питания грузоподъемного электромагнита на кране при наличии сети переменного тока: 1 — асинхронный электродвигатель; 2 —генератор достоянного тока; 3 — магнитный пускатель; 4 — кнопка управления; 5—регулятор возбуждения; 6—командоконтроллер; 7 — магнитный контроллер; 8 — грузоподъемный электромагнит.

Большинство кранов с грузоподъемными электромагнитами питаются от сети переменного тока, поэтому для электромагнитов постоянного тока необходимо использовать двигатель-генераторную или выпрямительную установку. На рис. 2 показана схема питания грузоподъемного электромагнита от двигатель-генераторной установки. Защита генератора от токов к.з. в кабеле, питающем электромагнит, осуществляется реле напряжения типа РЭВ 84.

Замена вращающихся преобразователей статическими позволяет снизить капитальные затраты, массу электрооборудования и эксплуатационные расходы. Магнитный контроллер типа, ПСМ 80 в комплекте с сельсинным командоконтроллером КП 1818 дает возможность регулировать грузоподъемность. Это имеет большое значение при работах, связанных с отделкой, сортировкой, маркировкой и транспортированием листового железа на металлургических заводах, а также на различных складах и базах.

На рис. 3 показана схема магнитного контроллера ПСМ 80 со статическим управляемым преобразователем. Преобразователь выполнен по бестрансформаторной трехфазной двухполупериодной схеме с одним тиристором и разрядным диодом. Регулирование тока осуществляется изменением выходного напряжения преобразователя за счет изменения угла открывания тиристора. Угол открывания тиристора зависит от задающего сигнала, который плавно регулируется в широких пределах сельсинным командоконтроллером.

В блоке питания I используется трехобмоточный трансформатор. Обмотка 36 В служит для питания релейных элементов, с обмотки 115 В снимается напряжение возбуждения сельсина командоконтроллера. В блок питания входит однофазный выпрямительный мост Д7—Д10, на выходе которого установлены стабилитроны Ст1—Ст3 и балластный резистор R2.

Стабилизированное напряжение питания релейного элемента 16,4 В снимается со стабилитронов Ст2 и Ст3. При этом через резистор R3 и базу транзистора Т1 протекает в прямом направлении ток, открывающий транзистор. Со стабилитрона Ст1 подается отрицательное смещение (—5,6 В) на базу транзистора Т2 для запирания его при открытом транзисторе Т1.

Блок задания II состоит из сельсина, входящего в сельсинный командоконтроллер, и однофазного выпрямительного моста Д11—Д14. На вход моста подается линейное напряжение ротора сельсина, изменяющееся при его повороте относительно статора. Поворот ротора осуществляется рукояткой СКК. На выходе моста получается изменяющееся выпрямленное напряжение, пропорционально которому изменяется и выходной ток, протекающий при открытом транзисторе Т1 через его базу и резистор R6. Релейный элемент собран на двух транзисторах типа п-р-п.

Для обеспечения фазового режима регулирования в схеме предусмотрен источник пилообразного напряжения, представляющий собой цепочку RC, которая шунтируется тиристором Т. Пока тиристор закрыт, происходит заряд конденсаторов C4 С5. Когда тиристор Т открывается, происходит быстрый разряд конденсаторов. Пилообразный ток протекает через резистор R13 и базу транзистора Т1.

Сельсинный командоконтроллер имеет одно фиксированное положение (нулевое) и обеспечивает заторможенное состояние в любом промежуточном положении рукоятки управления. При этом каждому положению ротора сельсина соответствует определенное значение тока электромагнита. На позициях регулирования схема с достаточной точностью поддерживает среднее значение тока электромагнита при нагреве его катушки. Допустимые отклонения тока для холодной и горячей катушки не превышают 10%, а максимальное значение тока для нагретой катушки не превышает каталожного значения тока более чем на 5 . При колебаниях напряжения питающей сети в пределах (0,85— 1,05) UH изменение тока электромагнита не выходит за указанные пределы.

Силовая схема коммутации на стороне постоянного тока содержит:

• двухполюсные контакторы для прямого KB и обратного КН включений электромагнита;

• два реле времени РВ и РП для управления процессом размагничивания электромагнита при отключении,

• разрядные резисторы R19—R22 для ограничения перенапряжения, возникающего при отключении электромагнита;

• диод Д4 для уменьшения мощности разрядных резисторов.

Рис. 3. Схема регулирования грузоподъемности электромагнита: I-блок питания: II — блок задания; III — релейный элемент; VI — силовая схема; R1—R25 — резисторы- C1—C8 — конденсаторы, Ш – шунт; ВА — включатель автоматический; Д1-Д16 — диоды; КВ и KН — контакторы прямого и обратного вьючений электромагнита (намагничивания и размагничивания); РВ и РП — реле времени для управления процессом размагничивания, Пр1 – Пр4 — предохранители; Сс — сельсин контроллера; Cт1-Ст3 — стабилитроны; Т — тиристор: Т1, Т2 – транзисторы, ТР1 – трансформатор; ЭМ — электромагнит грузоподъемный; СКК— сельсинный командоконтроллер .

При обрыве кабеля, питающего электромагнит, необходимо отключить рубильник или автоматический выключатель магнитного контроллера. Находиться под краном с работающим электромагнитом категорически запрещено. Осмотр и замена аппаратов должны производиться при отключенном вводном рубильнике крана.

Все электрические аппараты должны быть надежно заземлены. Особое внимание следует обращать на заземление электромагнита. Болт заземления в коробке электромагнита соединяют с заземляющим болтом шкафа магнитного контроллера. Соединение осуществляется одной из жил трех жильного питающего кабеля. В остальном при эксплуатации электрооборудования следует руководствоваться общими правилами безопасности обслуживания электроустановок.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Защита электромагнитов привода выключателя

В прошлой статье мы поговорили о реле РПО и РПВ, в этой давайте остановимся еще на одной смежной теме — защита электромагнитов привода выключателя от длительного протекания токов.

Для начала определимся зачем их защищать?

Электромагниты (соленоиды) привода выключателя рассчитаны на кратковременную работу. В соответствии с ГОСТ 52565-2006 (п.6.3.2.) время работы любого электромагнита под напряжением 1,1*Uном. должно быть не менее 10-15 с (для различных условий разные времена). После этого он имеет полное право сгореть, что скорее всего и произойдет, если цепь управления не будет обесточена.

Зачем делать электромагниты привода на малое время работы?

Дело в том, что эти элементы должны обеспечивать быструю механическую операцию — освобождение защелки пружины. На эту операцию нужно определенное усилие, которое создается за счет «форсировки» электромагнита повышенным током. Другими словами сопротивление электромагнита специально делают меньше нормального для данного класса напряжения, чтобы создать повышенную мощность в первый момент. При этом начинает протекать повышенный ток, который электромагнит способен выдерживать только кратковременно. Если ток протекает длительное время, то электромагниту становится плохо.

Это решение абсолютно оправдано потому, что операция отключения и включения (для пружинных приводов) производится за короткое время. Например, для выключателя ВВУ-СЭЩ-П-10 собственное время включения составляет 0,05 с, а отключения — 0,03 с.

При нормальных условия ток в цепи управления рвется соответствующим блок-контактом. Например, для Рис.1 операция отключения происходит следующим образом:

Рис. 1 Схема управления пружинным приводом (с сайта www.electroshield.ru)

  • Контакт реле КСТ (реле команды отключить) подает напряжение на электромагнит отключения YAT. В цепи отключения начинает протекать ток, величина которого зависит от типа электромагнита. Обычно это 1, 2,5 или 5 А.
  • Электромагнит YAT под действием данного тока создает усилие, которое обеспечивает срыв защелки пружины отключения. Пружина разряжается и отключает выключатель
  • Блок-контакт Q1(13-14) меняет свое положение на противоположное (разомкнутое) и обесточивает цепь отключения, снимая напряжение с электромагнита. Контакт реле KСТ возвращается в исходное положение (разомкнутое) после возврата защиты присоединения (так как выключатель отключил КЗ)

Операция включения производится аналогично.

Однако, если по какой-то причине блок-контакт Q1 не разорвал цепь управления, ток через электромагнит продолжит протекать и приведет к его повреждению.

Причины могут быть разные, например, заклинивание механической части привода или проворот блок-контакта на валу привода. В любом случае это приведет к печальным результатам.

Почему нельзя отключить ток электромагнита контактом реле KСТ?

Потому, что обычно цепи управления выполняются на постоянном оперативном токе. Контакты обычного реле просто не способны разорвать постоянный ток даже величиной в 1 А, про 2,5 и 5 А нечего и говорить.

Кстати, в том числе и по этой причине устанавливают промежуточные реле между терминалом и приводом выключателя, а сам терминал снабжают специальным алгоритмом удержания команды управления до подтверждения ее исполнения (через фиксацию РПВ/РПО или контроль тока/напряжения на соответствующей цепи).

Рис.2 Алгоритм удержания реле Отключить до прихода РПО в блоке БМРЗ-152-КСЗ (с сайта www.mtrele.ru)

Как защитить электромагниты при нештатной операции управления?

Существует 2 способа.

1-ый способ. Воздействие на автомат защиты цепей управления

Автомат SF1 рассчитан на отключение токов КЗ в сети постоянного тока и, конечно, он сможет разорвать номинальный ток цепи управления, если на него подать соответствующую команду отключения.

Для этого, во-первых, сам автомат должен иметь независимый расцепитель. Во-вторых, терминал РЗА должен уметь определять режим нештатной ситуации и отдавать эту команду на автомат (через независимый расцепитель)

Читайте также  Новый модуль конфигурации кода для средства разработки mplab® x ide

Рис.3 Воздействие защиты электромагнитов выключателя на автомат питания цепей привода

Для контроля длительности протекания тока через электромагнит можно использовать 2 принципа:

— контроль тока при помощи токового реле, которое замыкает свой контакт всякий раз, когда ток появляется и размыкает, когда ток исчезает. Этот контакт можно завести на дискретный вход терминала управления выключателем, а в логической части установить таймер, например 3 с. По истечению этого времени, если сигнал на дискретном входе не исчез, терминал замыкает свое выходное реле и выдает команду на отключение цепей привода, через автомат SF1

Рис.4 Защита электромагнитов при помощи токовых реле в цепях привода

Количество токовых реле равно количеству электромагнитов выключателя. Для выключателей 110 кВ и выше, где обычно применяется эта защита, таких реле нужно установить три (для ЭВ, ЭО1, ЭО2).

Для унификации решений по различным типам приводов (например, при разработке типовых шкафов РЗА) можно использовать настраиваемое реле ABB CM-SRS.12, с регулировкой тока

Рис.5 Реле фиксации тока пр-ва АВВ

— второй способ состоит в измерении падения напряжения на специальном шунте/наборе шунтов

При этом во всех цепях управления устанавливаются низкоомные резисторы, которые создают небольшое падение напряжения, при протекании рабочего тока электромагнита. Это падение и фиксирует специальный дискретный вход терминала, запуская алгоритм защиты электромагнита, аналогичный описанному выше (с токовыми реле).

Впервые такой способ фиксации тока, если я не ошибаюсь, был применен в терминалах производства НПП ЭКРА. Правда, в настоящее время ЭКРА использует другой способ, аналогичный токовым реле (через специальный блок контроля тока)

В терминалах БМРЗ производства НТЦ «Механотроника», аналогичные дискретные входы, позволяют, в том числе, записывать напряжение на резисторе при коммутации выключателя, как любой другой аналоговый сигнал. Это напряжение может быть использовано как дополнительный фактор для анализа состояния электромагнитов (величина напряжения, длительность, фронт и т.д.) при составления плана ремонта оборудования

Рис.6 Контроль тока через ЭО при помощи спец. дискретного входа в блоке БМРЗ-ТР пр-ва НТЦ «Механотроника»

2-ой способ. Установка мощных контакторов постоянного тока

Этот способ часто применялся в шкафах пр-ва АББ Автоматизация.

Его суть состоит в том, что команда на включение/отключение выключателя выдается в импульсном режиме, т.е. терминал РЗА не ждет подтверждения операции, а возвращает выходной контакт в разомкнутое состояние через определенное время (например, 1 с)

Чтобы при этом не произошло повреждение контактов этого реле, например при заклинивании привода, действие выполняется через контактор постоянного тока.

Для увеличения коммутационной способности несколько контактов этого контактора включаются последовательно. С одной стороны это упрощает логику работы АУВ (не требуется подтверждение операции), но с другой стороны снижает надежность схемы управления (несколько последовательных контактов).

В современных проектах такой способ применяется редко.

Рис.7 Использование контактора постоянного тока для защиты электромагнитов выключателя

Еще одним вариантом 2-го способа, исключающего большое кол-во контактов, мог бы стать применение мощного бесконтактного реле. При этом становится возможным рвать постоянный ток электромагнита без перенапряжения. Однако, твердотельные реле не получили пока широкого распространения в релейной защите, по крайней мере в ответственных цепях.

Почему именно — сказать сложно. Возможно из-за достаточно консервативного подхода в энергетике. Возможно из-за того, что мало кто хочет иметь а цепях управления силовым выключателем вместо разрыва (механический контакт) полупроводник (по-сути транзистор). Может мешают вопросы стоимости таких реле и тепловыделения…

Так или иначе, в настоящее время в основном применяется первый способ организации защиты электромагнитов привода от длительного протекания токов.

А применяете ли вы данную защиту в своих проектах?

Устройства питания электромагнитов постоянного тока

А вы знаете, что магнит может быть не только постоянным, но и работающим от электрической энергии с возможностью включения и выключения магнитного поля? Так называемые электромагниты широко применяются в электротехнике. Подобный электромагнит вы можете сделать самостоятельно. Далее узнаете как сделать электромагнит в домашних условиях.

Как изготовить электромагнит подробно изложено в данной инструкции.

Предупреждение: чем больший ток будет проходить через провод самодельного электромагнита, тем сильнее провод будет нагреваться и это даже может вызвать возгорание. Для уменьшения нагрева, при создании электромагнита, используйте более толстый медный провод.

  • Телефонный провод (или медный эмалированный кабель от трансформатора).
  • Инструмент для зачистки кабеля.
  • Ножницы.
  • Плоскогубцы.
  • Элемент питания типа «D» (или другой источник питания).
  • Липкая лента или клей.
  • Сердечник из черного металла, используйте стальной гвоздь или отрезок трубы.
  • Маленькие железные предметы для тестирования (винты, гвозди и др.).
  • Ваши руки.
  • electromagnetvid.avi

Устройства питания электромагнитов постоянного тока

При питании электромагнитов постоянного тока непосредственно от сети постоянного тока их включение производится аппаратами управления электроприводом, а защита цепей электромагнитов производится общими предохранителями или автоматическими выключателями цепей управления. При применении форсировки для снижения времени срабатывания время форсировки должно быть не более:

— 0,3 с для электромагнитов МП, ВМ12 и ВМ13,

— 0,6 с для катушек электромагнитов ТКП, ВМ14 и КМПЧ,

— 1,0 с для электромагнитов КМП 6 и ВМ 15.

В том случае, когда электромагниты постоянного тока типов МП 100—МП 300, ВМ 11—ВМ 13, КМП 2 используются для питания от сети переменного тока, могут быть применены типовые однополупериодные выпрямители типа ВСК 1, обеспечивающие выпрямленное напряжение 220 В постоянного тока при питании от сети 380 В переменного тока или выпрямленное напряжение 110 В при питании от сети переменного тока 220 В за счет включения параллельно катушке электромагнита конденсатора определенной емкости.

Рис. 1. Схемы выпрямителя ВСК1.

Рис. 2. Схема питания электромагнитов постоянного тока с форсировкой.

Схема выпрямителя ВСК 1 приведена на рис. 1. Кремниевый диод В рассчитан на ток до 3 А. Группа конденсаторов С типа МБГО 2-600 емкостью от 6 до 14 мкФ обеспечивает выходные параметры, соответствующие условиям питания электромагнитов.

Питание крупных тормозных электромагнитов типа ТКП 400—ТКП 800, ВМ 14, ВМ 15, КМП 4, КМП 6 может осуществляться либо от общего источника питания вспомогательных цепей постоянного тока, либо от сети переменного тока по схеме, приведенной на рис. 2. В этой схеме В — двухполупериодный выпрямитель, собранный на кремниевых диодах В 2-25 6-го —7-го классов, контактор К типа КПД 111с тяговой катушкой 220 В и дугогасительной катушкой 10 А и реле РФ типа РЭВ 816 с катушкой на ток 2,5, 5 или 10 А в зависимости от типа электромагнита.

Контакт РТ осуществляет управление процессом включения или отключения тормоза, действуя от схемы электропривода. Резисторы R1 и R2 рассчитываются для обеспечения необходимого режима нагрузки и форсировки. В частности, резистор R1 по значению и мощности выбирается равным сопротивлению и мощности катушки электромагнита, а сопротивление резистора R2 ограничивает ток при определенных режимах работы.

При питании по схеме на рис. 2 в случае номинального напряжения на катушке 110 В сопротивление резистора R1 выбирают по справочным таблицам, а сопротивление, Ом, и мощность, Вт, резистора R2 рассчитывают по формулам

где Uс — напряжение сети переменного тока, P25— мощность катушки электромагнита при режиме работы ПВ = 25%, Pх— мощность электромагнита в заданном режиме.

На основании многолетней практики установлено, что специальная защита цепей электромагнитов МП 100 — МП 300 при питании от выпрямителей ВСК 1 не требуется. При питании крупных электромагнитов от выпрямительных устройств, в том числе по схеме на рис. 2, необходимо осуществлять защиту цепей электромагнита с помощью автоматического выключателя типа на ток, составляющий не более 130% номинального тока электромагнита. При этом один из полюсов автоматического выключателя используется в цепи нулевой блокировки электропривода.


Электромагниты

Магнитное поле можно усилить, если провод, по которому идет ток, свернуть в форме винтовой спирали. Полученную в результате этого катушку с током называют соленоидом (от греч. Слова «солен» — трубка). Силовые линии магнитного поля соленоида изображены на рисунке 58, а. Направление этих линий определяют с помощью второго правила правой руки:

если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Сравнив магнитное поле соленоида с полем постоянного полосового магнита (рис. 58, б), можно заметить, что они очень похожи. Как и у магнита, у соленоида есть два полюса — северный (N) и южный (S). Северным полюсом соленоида называют тот, из которого магнитные линии выходят; южным полюсом — тот, в который они входят. Северный полюс у соленоида всегда располагается с той стороны, на которую указывает большой палец ладони при ее расположении в соответствии со вторым правилом правой руки.

На рисунке 59, а изображен соленоид в виде катушки из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Подобную катушку можно использовать в качестве магнита.

Для изучения магнитного действия катушки с током соберем цепь, изображенную на рисунке 59, б.

Используя реостат, изменим силу тока в цепи. Мы увидим, что при увеличении силы тока действие магнитного поля соленоида усиливается, при уменьшении ослабляется. Заменим катушку другой, с большим числом витков проволоки. Мы обнаружим, что к ней начнет притягиваться больше железных предметов. Это означает, что при увеличении числа витков магнитное действие соленоида усиливается.

Читайте также  Кварцованный передатчик на 433 мгц 10 мвт

Магнитное действие катушки с током можно усилить и не меняя силу тока и число витков в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железный сердечник значительно усиливает магнитное действие соленоида.

Соленоид с железным сердечником внутри называется электромагнитом.

Электромагниты могут содержать не одну, а несколько катушек (обмоток) и иметь при этом разные по форме сердечники. На рисунке 59, в изображен дугообразный электромагнит, удерживающий железную пластину (якорь) с подвешенным грузом. Впервые подобный электромагнит был сконструирован в 1825 г. английским изобретателем У. Стердженом. Его электромагнит имел массу 0,2 кг и удерживал груз весом 36 Н. В том же году Дж. Джоуль увеличил подъемную силу электромагнита до 200 Н, а через шесть лет американский ученый Дж. Генри построил электромагнит массой 300 кг, способный удерживать груз массой 1 т!

Современные электромагниты могут поднимать грузы массой несколько десятков тонн.

Электромагниты находят широкое применение в технике. Мощные электромагниты, обладающие очень большой подъемной силой, используют на заводах при перемещении тяжелых изделий из чугуна и стали (рис. 60, а). При включении тока эти изделия притягиваются к электромагниту подъемного крана, при выключении свободно отсоединяются.

С помощью электромагнита удается очищать зерна некоторых растений (лен, клевер, люцерна и др.) от сорняков и случайно попавших в них железных предметов. Для этого используют магнитный сепаратор зерна (рис. 60, б). Когда зерна 1 с подмешанными заранее очень мелкими железными опилками высыпают из бункера на вращающийся барабан 2, то находящийся в нем электромагнит притягивает железные опилки 4 вместе с прилипшими к ним сорняками, отсеивая их таким образом от гладких зерен 3, к которым опилки не прилипают.

Еще одно применение электромагнита — его использование в электрическом звонке. Схема такого звонка изображена на рисунке 60, в. На этой схеме обозначены: ЭМ — дугообразный электромагнит; Я — железная пластинка, называемая якорем; М — молоточек; 3 — звонковая чаша; П — контактная пружина, касающаяся винта В. При нажатии кнопки цепь звонка замыкается, якорь притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше. При этом контакт с винтом В нарушается, ток в электромагните прекращается и пружина П возвращает якорь в прежнее положение. Затем все повторяется снова. Быстро повторяющиеся удары молоточка по чаше 3 заставляют ее непрерывно звенеть.

В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъемниках, лифтах и некоторых насосах сила тока достигает тысяч ампер. Для включения таких цепей применяют электромагнитное реле. Его устройство показано на рисунке 61. На этом рисунке обозначены: 1 — электромагнит; 2 — якорь; 3 — контакты рабочей цепи, включаемой с помощью реле; 4 — пружина; 5 — электродвигатель; 6 — контакты, к которым подключен источник тока, питающий электродвигатель. Электромагнитное реле приводится в действие малой силой тока, и поэтому оператор оказывается защищенным от контакта с цепью большого тока.

. 1. Что такое соленоид? 2. Сформулируйте второе правило правой руки. 3. Перечислите способы усиления магнитного действия катушки с током. 4. Что называют электромагнитом? 5. Для каких целей используют электромагниты на заводах? 6. Как работает магнитный сепаратор зерна? 7. Объясните, как действует электрический звонок. 8. Для чего используется электромагнитное реле? Как оно действует? 9. Чему была равна масса груза, удерживаемого первым дугообразным электромагнитом Стерджена?

Экспериментальное задание. Изготовьте самодельный электромагнит. Для этого возьмите большой гвоздь, обмотайте его проволокой, а ее концы присоедините к источнику тока (например, батарее от карманного фонаря). Испытайте действие электромагнита, поднося его к различным железным предметам. Попробуйте определить подъемную силу электромагнита по наибольшему числу гвоздиков, удерживаемых им.

КОНТРОЛЛЕР ПОДЪЕМНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА

При работе с электромагнитами лучше не просто подавать/снимать питание, а использовать специальные схемы для управления. Именно так наиболее правильно управлять электромагнитами — с помощью специальных микросхем контроллеров. Это резко улучшает общую производительность и снижает потребление энергии.

Подъемный электромагнит

Подъемный электромагнит поднимет любой металлический материал, который может притягиваться магнитным полем. Основное преимущество электромагнита перед постоянным магнитом состоит в том, что магнитное поле можно быстро изменить, контролируя величину электрического тока в обмотке. Но в отличие от постоянного магнита, которому не требуется питание, электромагнит требует непрерывной подачи тока для поддержания магнитного поля. Подъемный электромагнит на самом деле представляет собой переносной электромагнит, предназначенный только для удержания материала на месте.

Вот круглый электро-подъемный магнит (RELM). Он обеспечивает концентрированную удерживающую силу и магнитное поле для подъема толстых предметов из железа. Этот подъемник является очень полезным инструментом для работы с материалами, поскольку он также имеет переключатель управления для функций «включения-выключения-отпускания» магнита.

Как управлять подъемным электромагнитом

Подъемные электромагниты используют электричество для зарядки магнита и удерживания материала на поверхности магнита. В них есть электрическая катушка под напряжением, обернутая вокруг стального сердечника, чтобы ориентировать частицы в железных материалах в общем направлении, создавая таким образом магнитное поле. Тем не менее, подъемные электромагниты требуют не только постоянного источника энергии, но и возможности изменять ток, подаваемый на него, что дает пользователю большую гибкость, чем обычный постоянный магнит.

Самый простой способ управлять подъемным электромагнитом — напрямую подавать питание от соответствующего источника постоянного тока. Притяжение и удержание ферромагнитного материала происходит при включении катушки, а при выключении катушки объект падает.

Здесь стоит отметить, что подходящий силовой резистор может быть подключен последовательно с подъемным электромагнитом для ограничения рабочего тока.

Помните, что когда питание отключено, магнитное поле будет иметь тенденцию к коллапсу и при этом будет генерироваться обратная ЭДС (BEMF) или противо-EMF (CEMF) в обмотках катушки электромагнита. Если эта обратная ЭДС не подавлена, она будет генерировать очень большие напряжения, которые могут повредить связанные электронные части. Диод очень хорошо справляется с подавлением обратной ЭДС и ограничивает напряжение, что неплохо для небольших электромагнитов. Также можно подключить варистор с номинальным напряжением, немного превышающим нормальное напряжение питания на катушке электромагнита, тоже для подавления обратной ЭДС.

Контроллер подъемного электромагнита

Для опытов будем использовать небольшой электромагнит. Большинство подъемных электромагнитов постоянного тока, обычно используют напряжение от 5 В. Например 12 В и 24 В очень распространены. Тот, который будет для тестов — 2,5 кг со следующими характеристиками:

  • Подъемный электромагнит: DC 12V KK-P20 / 15
  • Рабочее напряжение: 12 В постоянного тока
  • Рабочий ток: = 10)
    <

int PWM_DutyCycle =
((float)PWMValue / 255.0) * 100.0;

Serial.print(«PWM
Duty Cycle = «);

Далее тестовая установка контроллера, собранная из Arduino Uno + Proto Shield.

Обратите внимание, что при подъеме или перемещении тяжелых грузов должен соблюдаться минимальный запас безопасности, вес груза не должен превышать 30-40% магнитной силы.

Как выбрать электромагнит

Зная доступные напряжение и ток, можете выбрать подходящий подъемный электромагнит, идеально соответствующий проектным требованиям. Но также нужно знать о его силе, которая обычно обозначается числом с суффиксом «N». Например, ознакомьтесь с техническими характеристиками популярного китайского подъемного электромагнита, продаваемого на Алиэкспресс.

Надпись на этикетке означает, что это подъемный электромагнит постоянного тока 12 В, 250 мА, 25 Н. то есть его рабочее напряжение 12 В, а потребляемый ток 250 мА (0,25 А), поэтому сопротивление катушки у него близко к 48 Ом. А «25N» означает 25 Ньютон. 1 Ньютон в земной гравитации эквивалентен 1 / 9,80665 кг на Земле. Это получено с использованием второго закона Ньютона f = ma и с учетом силы тяжести Земли 9,80665 м / с2. 1 Н (Земля) = 0,101971621297793 кг. Переведя 25 Н в кг, получим 25 Н x 0,102 = 2,55 кг, а это значит, что электромагнит может поднять 2,55 кг на земле. Предположим, нужно поднять на земле груз весом 80 кг, тогда выбрать подъемный электромагнит 800N.

Самодельный подъемный электромагнит

Можно сделать простейший подъемный электромагнит из лома, намотав эмалированный медный провод вокруг цилиндрического сердечника. Направление электрического тока через катушку приводит к возникновению магнитного поля, которое оказывает силу на близлежащие ферромагнитные объекты, такие как куски железа или стали. А проще взять готовый, например электромагнит переменного тока обычного аквариумного воздушного насоса.

Это катушка с сопротивлением постоянному току 7 Ом и индуктивностью около 7 мГн. Удивительно, но он начинает намагничиваться от напряжения постоянного тока всего 1 В и обладает потрясающей подъемной и удерживающей мощностью, если приложенное напряжение увеличивается до 6 — 12 В.

Диаграмма соотношения напряжения и тока самодельного подъемного электромагнита 20N:

Предпочтительна работа на среднем уровне 6 В, а не на верхнем 12 В постоянного тока, поскольку последний нагревает электромагнит намного быстрее. На самом деле такой привод с высоким напряжением и током здесь излишни, потому что электромагнит кажется мощным даже с 6 В / 860 мА.

Подводя итоги заметим, что даже с небольшими подъемными электромагнитами можно создавать интересные и полезные вещи, такие как магнитные подъемники, подъемные магниты для захвата и перемещения, маленькие краны, автоматические переключатели дроссельной заслонки, электромагнитные дисплеи, электромеханические часы и так далее. Кроме того, подъемными магнитами с дистанционным управлением можно управлять с помощью беспроводного пульта дистанционного управления или интеллектуального устройства IoT.

Форум по обсуждению материала КОНТРОЛЛЕР ПОДЪЕМНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА