Принцип действия электропостоянных магнитов
Электропостоянные магниты используются преимущественно в тяжелой промышленности для подъема и транспортировки грузов на производстве. Также широко применяются на транспортных погрузочно-разгрузочных узлах: в портах, на железной дороге. В этой статье мы расскажем об электропостоянных магнитах, производимых итальянской компанией Gauss Magneti, основанной в 1972 году в городе Брешиа.
Первый патент на электропостоянный магнит был выдан более полувека назад — в 1958 году во Франции. Это был подъемный магнит, состоящий из двух одинаковых постоянных магнитов, один из которых был окружен катушкой. Электрический импульс позволял изменять намагниченность половины магнитов и, следовательно, замыкать и размыкать магнитное поле.
Иными словами, после того как это случилось, исчезла необходимость в движущихся частях внутри магнитного захвата, а сама конструкция стала проще, надежнее и долговечнее. При всем этом — увеличилась грузоподъемность.
Дальше, как говорится, больше. Используя магнитные характеристики материалов, которые стали доступны благодаря исследованиям и технологиям этого сектора, индустрия производства промышленного оборудования двинулась существенно дальше, что привело к сочетанию нескольких групп магнитов с различными характеристикам.
Фото 1. Балка с электропостоянными магнитами для плит массой до 35Т.
Как работает электропостоянный магнит
Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле при прохождении электрического тока через него. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока. Главное отличие электромагнитов от привычных многим постоянных — возможность управлять магнитными свойствами: включать их и отключать.
А теперь обратимся к вопросу о том, что такое электропостоянный магнит?
На рис. 1 показана простая магнитная схема, позволяющая легко понять принцип работы электропостоянного магнита. Группа необратимых магнитов NdFeB / SmCo (1), связана с группой обратимых магнитов AlNiCo V (2). Они окружены катушкой. Обе группы способствуют подаче необходимой энергии, а вторая также выполняет функцию управления исследуемой магнитной цепью.
Система активируется коротким импульсом тока соответствующего знака. Ток намагничивает обратимую группу в том же направлении, что и намагничивание необратимой группы, и обе они работают параллельно. Суммарный поток проходит через полюсные наконечники (4), замыкаясь на нагрузке (5), которая притягивается.
Для деактивации на катушку подается импульс тока с противоположным направлением к предыдущему и две группы идут последовательно: магнитный поток одной группы, проходя через расширения (4), замыкается на другой группе, находящейся внутри подъемника, в результате чего нагрузка освобождается.
Рис. 1 Принцип действия электропостоянных магнитов
Так как импульс тока длится всего мгновение, это сообщает устройству два очевидных преимущества.
- Экономия электроэнергии.
- Отсутствие перегрева.
Поскольку такие магниты не зависимы от внешних источников энергии, они не могут освободить нагрузку, если нет напряжения или электрический кабель сломан, и поэтому обеспечивают максимальную безопасность в случае возникновения непредвиденных ситуаций.
Фото 2. Траверса с тремя электропостоянными магнитами для транспортировки рулонов.
Форма электропостоянных магнитов
На современном производстве применяют магниты разной формы. Форма зависит от выполняемых задач и характера груза. Магниты бывают:
- Плоскими, для плоских заготовок или листов,
- Наклонными для круглых или многоугольных заготовок,
- С подвижными гранями, когда нагрузка состоит из заготовок имеющих неровную форму по отношению к уровню контакта.
Для безопасности работы электромагнит может быть оснащен предохранительным устройством, которое предотвращает обесточивание во время рабочей фазы.
Фото 3. Электропостоянный магнит для транспортировки слитков массой до 30Т.
Индукция и калибровка постоянных электромагнитов
Значения индукции максимальны при идеальном контакте, но все-таки всегда присутствуют воздушные зазоры, которые снижают эффективный расход.
Спеченные магниты NdFeB или SmCo очень гибки к различным воздушным зазорам, работая на почти прямой кривой размагничивания, в то время как литые магниты имеют очень выраженное колено на кривой размагничивания, ниже которого собственные значения индукции сильно ухудшаются. Это является фактором риска при эксплуатации оборудования при выполнении работ по подъему и переносу грузов.
Необходимо хорошо знать условия работы в соответствии с этими воздушными зазорами, чтобы уменьшить или вовсе свести к нулю их воздействие. Уменьшение зазора осуществляется с помощью калибровки оборудования.
Как работает и зачем нужно устройство обнаружения магнитного потока
Безопасность электропостоянных магнитов повышается еще больше, если на производстве используется устройство обнаружения магнитного потока (RDF). Это устройство позволяет путем непосредственного измерения магнитного потока, генерируемого подъемным магнитом, определить силу самого магнита, а затем, сравнивая эту силу с весом поднимаемого груза, определить реальный коэффициент безопасности при каждой погрузке.
В основе конструкции устройства катушка и преобразователь напряжения / тока. Генерируемый сигнал обрабатывается ПЛК внутри оборудования с целью получения требуемого значения силы.
Таким образом, можно рассчитать реальный коэффициент безопасности при каждой погрузочно-разгрузочной операции. Это важно для предотвращения возможных рисков, связанных с нестабильной работой магнита или неправильном расчете массы перемещаемого груза.
Фото 4. Траверса с электропостоянными магнитами для горячих заготовок температурой до 600°С и массой до 14Т.
Особенности электропостоянных магнитов
Особенностью электропостоянных магнитных захватов является максимальная безопасность без каких-либо энергозатрат во время работы. Они суммируют преимущества постоянного магнита: безопасность и автономность и электромагнита: мощность.
Работа по подъему и удержанию объекта в случае использования электропостоянных магнитов осуществляется за счет собственных полей магнитов, содержащихся в оборудовании без какого-либо вмешательства извне. Вмешательство для намагничивания и размагничивания имеет электрическую природу и осуществляется с помощью импульса тока, который длится всего несколько сотых секунды.
Достоинства электропостоянных магнитов очевидны:
- Потребление энергии только в момент возбуждения и снятия возбуждения с магнитов, а не в фазе работы, при практически нулевых относительных затратах.
- Наличие предохранительного устройства, предотвращающего обесточивание во время рабочей фазы.
- Минимальное техническое обслуживание.
- Абсолютная безопасность эксплуатации.
- Постоянная производительность без какого-либо снижения.
Мы рады, что вы дочитали статью. Мы стараемся писать только о самых эффективных и современных решениях. Проконсультируйтесь со специалистами ГК “22ВЕК” и сделайте правильный выбор, ведь от качества работы электромагнита зависит не только безопасность персонала и оборудования, но и эффективность производственного процесса в целом.
Подпишитесь на наши статьи
Мы периодически публикуем полезные статьи и интересные обзоры о европейском оборудовании для промышленных предприятий. Подпишитесь на наш блог и первыми получайте свежую информацию:
От каких факторов зависит магнитное действие электромагнита?
Магнитное действие напрямую зависит от силы тока, протекающего по его обмотке, чем он сильнее, тем больше магнитный поток.
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Как зависит магнитное действие электромагнита от силы тока,числа витков и наличия железного сердечника
И при возрастании силы тока, и при увеличении числа витков, и при внесении железного сердечника магнитное действие электромагнита ВОЗРАСТАЕТ.
Новые вопросы в Физика
Лабораторная работа Помогите
Як змінюється вертикальна складова швидкості при русі тіла, кинутого горизонтально?
Мідний кубик із довжиною ребра 10 см підвішено за нитку і частково занурено у воду. Яка частина кубика перебуває над водою, якщо сила натягу нитки дор … івнює 81 Н? переведите пожалуйста в CI Формулу и решение пожалуйста даю 75!
фізика хто розбирається допоможіть
фізика домоможіть будьласка
Принцип действия электромагнита.
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, %:
| Стальные плиты и болванки | 100 |
| Рельсы и бруски | 50 |
| Копровый шар | 40-60 |
| Чугунные чушки | 4-6 |
| Скрап стальной | 2-7 |
| Скрап чугунный | 3 |
| Стружка | 1,5-2,5 |
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.
- Продукция
- Виброразгрузчики
- Грейферы
- Грузоподъемные электромагниты
- Дроссельный регулируемый электропривод
- Железоотделители (магнитные сепараторы)
- Захваты
- Источники резервного питания
- Кабельные барабаны