Electromagnetii

Electromagnetii

Electromagnetul este un magnet temporar ce actioneaza asupra unei armaturi feromagnetice mobile datorita trecerii curentului electric printr o bobina (de excitatie) .

Pentru cresterea fortei de actionare, ce depinde de inductia magnetica din zona armaturii mobile, se utilizeaza un circuit magnetic (armatura fixa) ce are rolul de concentratod al fluxului magnetic util. Rezulta ca principalele elemente constructive ale unui electromagnet sunt:bobina de excitatie parcursa de curent electric (continuu sau alternativ) armatura fixa si armatura mobila.

1.1Principiul de functionare

Un curent electric trecand printr-un conductor produce in jurul sau un camp magnetic.Realizand o bobina cu acest conductor si introducand in interiorul acesteia un miez feromagnetic, la extremitatile bobinei apare un camp magnetic ce poate actiona asupra unei armaturi feromagnetice mobile.Forta de actionare asupraarmaturii mobile dispare la disparitia curentului prin bobina.

Electromagnetii prezinta doua avantaje importante fata de magnetii permanenti: -campul magnetic poate fi stabilit sau intrerupt, inversat sau nu, marit sau micsorat, in functie de curentul din bobina de excitatie; -se poate genera un camp magnetic mult mai puternic, deci si forte mai importante, decat cu ajutorul magnetilor permanenti, la aceleasi dimensiuni constructive. Dezavantajul utilizarii electromagnetilor fata de magnetii permenenti ilreprezinta necesitatea prezentei unei surse de alimentare a bobinei si existenta unuiconsum de energie electrica( care se transforma in final, cu un anumit randament, in energie mecanica)

1.2.Domenii de utilizare, clasificare

Posibilitatea aparitiei unei forte ce poate deplasa o armatura face ca electromagnetii sa aiba o importanta aparte in constructia echipamentelor electrice.Dintre domeniile de utilizare se pot aminti: -parti componente ale aparatelor electrice de comutatie (ce servesc la stabilirea sau intreruperea mecanica a unor contacte ):organ motor in relee,contactoare, intrerupatoare si declansatoare; -parti componente ale unor servomecanisme utilizate pentru ridicare si transport, la cuplele electromagnetice, la fixarea pieselor pe masini-unelte etc.;

-parti componente ale electrovalvelor destinate a dirija circulatia de aer comprimat sau a lichidelor.

Clasificarea electromagnetilor se poate face dupa mai multe criterii: -dupa modul de lucru: electromagneti de atragere-armatura mobila este atrasa cand bobina de excitatie este alimentata; electromagneti de respingere-armatura mobila este respinsa cand bobina este alimentata. -dupa forma constructiva; de tip plonjor-armatura mobila executa o miscare de translatie in axa bobinei; cu armatura-armatura mobila executa o miscare de translatie sau de rotatie, armatura fixa avand forma de I,U,E sau in manta. -dupa felul curentului de excitatie: de curent continuu; de curent alternativ. -dupa durata de exploatare: continuu; intermitent. -dupa rapiditatea de actionare: normal; rapid, intarziat. Un circuit magnetic este o cale de inchidere a liniilor de camp magnetic.El cuprinde zone de material feromagnetic (otel electrotehnic ,magneti permanenti ), zone de aer (intrefieruri) si alte zone de materiale nemagnetice (conductoare ,izolanti).Un exemplu de circuit magnetic este prezentat in fig2.1, circuitul aparand sub forma unui inel toroidal din material feromagnetic (miez feromagnetic ) cu un intrefier de lungimeδ si cu o infasurare conductoare avand N spire.

Camp magnetic.La trecerea unui curent electric de intensitate I printr-un conductor liniar apare in jurul acestuia un camp magnetic avand inductia magnetica В.Liniile de camp magnetic sunt circulare, cu centrul situat pe conductor, aflate in plan perpendicular pe conductor si avand sensul dependent de sensul curentului din conductor(fig2.2.a). Realizand cu ajutorul conductorului o spira(fig2.2.b)se observa ca in interiorul spirei numarul liniilor de camp este mai mare si , in consecinta , inductia magnetica creste.

Campul magnetic produs de o bobina (solenoid) parcursa de curent electric este similar cu cel produs de un magnet permanent-fig2.3a.Un miez feromagnetic introdus in bobina conduce la cresterea inductiei magnetice B fata de situatia in care in interiorul bobinei este aer-fig 2.3b.

1.Electromagnetii de curent continuu

Constructiv, acest tip de electromagnet contine o bobina de excitatie parcursa de curent continuu si un circuit magnetic realizat, de regula, din piese masive de otel-carbon.Cand se doreste o actionare rapida miezul magnetic se realizeaza din tole, adica este lamelat.

In fig.2.4 este prezentat un electromagnet de curent continuu cu armatura mobila de tip planjor, in doua variante: -fara limitator- caracterizat de o deplasare importanta a armaturii mobile si de obtinerea unei forte mici, dar practic constanta pe toata distanta;

-cu limitator drept- caracterizat de o deplasare mica si o forta mare.Este tipul constructiv de electromagnet folosit pentru actionarea electrovalvelor.

Timpul de actionare al unui electromagnet de curent continuu depinde de regimul dinamic al acestuia, regim ce se refera la fenomenele electrice si mecanicecare au loc in intervalul de timp in care armatura mobila se deplaseaza.Actionarea rapida la atragerea armaturii se realizeaza, din punct de vedere constructiv, prinreducerea la minimum a masei armaturii aflate in miscare si prin utilizarea miezului magnetic din tole.Actionarea rapida la eliberarea armaturii se poate realiza prin conectarea unui condensator in paralel cu bobina de excitatie.Actionarea intarziata se realizeaza prin introducerea unei bobine suplimentare in serie (intarziere la inchidere) sau in paralel(intarziere la deschidere)cu bobina de excitatie a electromagnetului. Alte avantaje prezentate de utilizarea electromagnetuilui de curent continuu:

-putere mica consumata pentru actionare si pentru mentinere; -durata lunga de buna functionare, corespunzatoare la aproximativ 10 ⁸ comutari.

Dintre dezavantajele utilizarii electromagnetilor de curent continuu: -poate sa apara arc electric, a carui stingere este dificila in curent continuu si se pot produce supratensiuni, -uzura prin frecare este mare;-timpul de comutare este mare;-in cazul alimentarii bobinei de la o sursa de curent alternativ este necesara utilizarea unui redresor.

1.4 Electromagnetii de curent alternativ

Electromagnetii de curent alternativ se alimenteaza, in general, de la reteaua de 50 Hz, cu un curent sinusoidal.Cand intensitatea curentuluiprin bobina are o variatie sinusoidala, forta dezvoltata in fiecare moment are o frecventa dubla si in anumite momente ia valoarea zero (fig2.5.). Din aceasta cauza armatura mobila a electromagnetului are tendinta de indepartare sub actiunea fortei antagoniste a resortului si de a vibra cu frecventa de 100 Hz , lucru inacceptabil in utilizare.

Pentru a elimina aceste neajunsuri se folosesc urmatoarele solutii: -la electromagnetul monofazat de curent alternativ se plasaza o spira in scurtcircuit pe miezul magnetic , in zona interfierului fig2.6.Datorita fluxului magnetic de reactie produs de spira in scurtcircuit, in intrefier inductia magnetica nu va avea niciodata valoare nula iar forta va avea intotdeauna o valoare pozitiva.IN afara constructiei tip U/1 prezentata in fig 2.6, la care spira in scurtcircuit esteplasata pe o coloana a miezului de tip U, se mai intalnesc in practica electromagneti tipU/2(cu spire in scurtcircuit pe ambele coloane),in forma de E(cu spire in scurtcircuit pe coloane extreme ,iar bobina de excitatie plasata pe coloana centrala)etc. -electromagnetul de curent alternativ trifazat are trei coloane si pe fiecare din acestea sunt prevazute bobine de excitatie alimentate cu tensiuni defazate simetric-fig2.7.Forta totala dezvoltata de un asemenea electromagnet este constanta in timp, fiind suma fortelor dezvoltate pe cele trei coloane.

Acest tip de electromagnet se utilizeaza daca este necesara o forta mare, de exemplu 10²10⁴N la intrefier minim.

Avantajele prezentate de folosirea electromagnetului de curent alternativ: -timpul mic de comutare; -dezvoltarea unei forte importante de tractiune -fenomenul de arc electric este redus iar stingerea arcului electric este mai usoara; -nu este necesara redresarea curentului . Dezavantaje specifice utilizarii electromagnetilor de curent alternativ trifazati: -solicitari mecanice importante ale constructiei si functionare zgomotoasa; -temperatura bobinajului variaza direct proportional cu intrefierul, numarul ciclurilor de functionare fiind limitat de incalzire; -aparitia unor curenti de intensitate ridicata in regimuri tranzitorii sisensibilitate crescuta la abateri fata de tensiunea nominala a bobinei de excitatie; -durata de viata scazuta.

1.5.Aspecte privind urmarirea functionarii si intretinerea electromagnetilor

Intretinerea electromagnetilor nu ridica probleme deosebite ,cu conditia ca sa fie alese si folosite in mod corect:sa aiba gradul de protectie corespunzator mediului in care se lucreaza, sa fie alimentate si protejate corespunzator din punct de vedere electric. In decursul functionarii electromagnetilor trebuie avute in vedere: -verificarea periodica a conexiunile electrice (o conexiune imperfecta poate genera caderi de tensiune ce perturba functionarea solenoidului);-verificarea periodica a starii carcasei si a suruburilor de prindere:carcasa poate suferi deformari sau spargeri prin lovire accidentala, iar suruburile de prindere se pot slabi datorita socurilor si vibratiilor;