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Elektromagnet | Instrument

Elektromagnet , Vorrichtung, die aus einem Kern aus magnetischem Material besteht, der von einer Spule umgeben ist, durch die ein elektrischer Strom geleitet wird, um den Kern zu magnetisieren. Ein Elektromagnet wird überall dort eingesetzt, wo steuerbare Magnete benötigt werden, wie bei Geräten, bei denen dieDer Magnetfluss ist zu variieren, umzukehren oder ein- und auszuschalten.

Das technische Design von Elektromagneten wird anhand des Konzepts der Magnetkreis . Im Magnetkreis ist eine magnetomotorische Kraft F oder F m definiert als die Amperewindungen der Spule, die die erzeugtMagnetfeld zur Erzeugung des Magnetflusses in der Schaltung. Somit kann , wenn eine Spule aus n Windungen pro Meter ein Strom trägt i Ampere, ist das Feld innerhalb der Spule ni Ampere pro Meter und die magnetomotorische Kraft erzeugt , dass es ist gleich Null Ampere-Windungen, wobei l die Länge der Spule ist. Bequemer ist die magnetomotorische Kraft Ni, wobei N die Gesamtzahl der Windungen in der Spule ist. Die magnetische Flussdichte B ist im Magnetkreis das Äquivalent der Stromdichte in einem Stromkreis. Im Magnetkreis ist das magnetische Äquivalent zum Strom der Gesamtfluss, der durch den griechischen Buchstaben phi, ϕ symbolisiert wirdgegeben durch BA, wobei A die Querschnittsfläche des Magnetkreises ist. In einem Stromkreis ist die elektromotorische Kraft ( E ) mit dem Strom i in dem Stromkreis durch E = Ri verbunden, wobei R der Widerstand des Stromkreises ist. Im Magnetkreis F = rϕ, wobei r die istReluktanz des Magnetkreises und entspricht dem Widerstand im Stromkreis. Die Reluktanz wird erhalten, indem die Länge des Magnetpfades l durch die Permeabilität multipliziert mit der Querschnittsfläche A geteilt wird ; somit ist r = l / μA, der griechische Buchstabe mu, μ, der die Permeabilität des Mediums symbolisiert, das den Magnetkreis bildet. Die Einheiten der Reluktanz sind Amperewindungen pro Weber. Diese Konzepte können verwendet werden, um die Reluktanz eines Magnetkreises und damit den Strom zu berechnen, der durch eine Spule benötigt wird, um den gewünschten Fluss durch diesen Kreis zu erzwingen.

Einige Annahmen, die mit dieser Art der Berechnung verbunden sind, machen sie jedoch bestenfalls zu einer ungefähren Richtlinie für das Design. Die Wirkung eines durchlässigen Mediums auf ein Magnetfeld kann so dargestellt werden, dass die magnetischen Kraftlinien in sich zusammengedrängt werden. Umgekehrt neigen die Kraftlinien, die von einem Bereich hoher zu einem Bereich niedriger Permeabilität verlaufen, dazu, sich auszubreiten, und dieses Auftreten findet an einem Luftspalt statt. Somit wird die Flussdichte, die proportional zur Anzahl der Kraftlinien pro Flächeneinheit ist, im Luftspalt durch die Linien verringert, die sich an den Seiten des Spaltes ausbeulen oder säumen. Dieser Effekt nimmt bei längeren Lücken zu. Unter Berücksichtigung des Randeffekts können grobe Korrekturen vorgenommen werden.

Es wurde auch angenommen, dass das Magnetfeld vollständig innerhalb der Spule begrenzt ist. Tatsächlich gibt es immer eine bestimmte Menge an Streufluss, dargestellt durch magnetische Kraftlinien um die Außenseite der Spule, die nicht zur Magnetisierung des Kerns beitragen. Der Streufluss ist im Allgemeinen gering, wenn die Permeabilität des Magnetkerns relativ hoch ist.

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In der Praxis ist die Permeabilität eines magnetischen Materials eine Funktion der darin enthaltenen Flussdichte. Daher kann die Berechnung für ein reales Material nur durchgeführt werden, wenn die tatsächliche Magnetisierungskurve oder nützlicher ein Diagramm von μ gegen B verfügbar ist.

Schließlich wird bei der Konstruktion davon ausgegangen, dass der Magnetkern nicht bis zur Sättigung magnetisiert ist. Wenn dies der Fall wäre, könnte die Flussdichte im Luftspalt bei dieser Konstruktion nicht erhöht werden, unabhängig davon, wie viel Strom durch die Spule geleitet wurde. Diese Konzepte werden in den folgenden Abschnitten zu bestimmten Geräten weiter ausgebaut.

Magnete .

Ein Magnet ist im Allgemeinen eine lange Spule, durch die Strom fließt und ein Magnetfeld erzeugt. Im engeren Sinne bezieht sich der Name auf ein elektromechanisches Gerät, das beim Erregen mit elektrischem Strom eine mechanische Bewegung erzeugt. In seiner einfachsten Form besteht es aus einem Eisenrahmen , der die Spule umschließt, und einem zylindrischen Kolben, der sich innerhalb der Spule bewegt, wie in Abbildung 1 gezeigt . Für eine Wechselstromversorgung, beschränken die Eisenverluste in einem festen Rahmen , der die Effizienz und einen laminierten Rahmen verwendet wird, der aus einem Stapel von dünnen Blechen aus Eisen geschnitten , um die geeigneten Form und gestapelt mit einer Schicht aus Isoliermaterial hergestellt ist Lackszwischen jedem Blatt. Wenn die Spule erregt ist, bewegt sich der Kolben aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen ihm und dem Rahmen in die Spule hinein , bis er Kontakt mit dem Rahmen hat.

Wechselstrommagnete sind in der vollständig geöffneten Position tendenziell stärker als Gleichstromaggregate. Dies tritt auf, weil der Anfangsstrom, der aufgrund der Induktivität der Spule hoch ist, durch den Luftspalt zwischen dem Kolben und dem Rahmen verringert wird. Wenn sich der Magnet schließt, nimmt dieser Luftspalt ab, die Induktivität der Spule nimmt zu und der Wechselstrom durch sie fällt ab. Wenn ein Wechselstrommagnet in der geöffneten Position steckt, ist es wahrscheinlich, dass die Spule durchbrennt.

Wenn ein Magnet vollständig geöffnet ist, hat er einen großen Luftspalt, und die hohe Reluktanz dieses Spaltes hält den Fluss im Magnetkreis für eine gegebene magnetomotorische Kraft niedrig, und die Kraft auf den Kolben ist entsprechend gering. Wenn sich der Kolben schließt, nimmt die Reluktanz ab und der Fluss nimmt zu, so dass die Kraft progressiv zunimmt. Hersteller von Magnetspulen bieten Kraft-Hub-Kurven, damit Benutzer die richtige Einheit für ihren Zweck auswählen können. Die Kurve kann durch Federbelastung des Kolbens modifiziert werden, so dass die während des Hubs bereitgestellte Kraft an die jeweilige mechanische Belastung angepasst werden kann.