Studiul unui Electromagnet de Curent Continuu

1 Introducere

Comisia Internatională de Electrotehnica (C.E.I.) defineşte electromagneţii astfel: "Electromagnetul este un magnet excitat de un curent". Dezvoltând această definiţie, putem spune că electromagnetul este un magnet temporar, a carui acţiune de atragere sau eliberare a unei armături feromagnetice este determinată de prezenţa curentului electric într-un circuit de excitaţie.

Forţele de interacţiune între electromagneţi şi corpurile din materiale feromagnetice sau conductoarele parcurse de curenţi, situate în câmpul magnetic al acestora sunt denumite forţe electromagnetice.

Mecanismul format din înfăsurări (bobine) de excitaţie şi corpuri feromagnetice acţionate prin forţe electromagnetice este denumit mecanism electromagnetic. Partea fixă a mecanismului, din material feromagnetic, supusă polarizării magnetice produse de câmpul magnetic al bobinei de excitaţie este denumită armătură fixă, iar partea mobilă, armatură mobilă .

Forţa electromagnetica corespunzatoare distanţei maxime (întrefier maxim) între armătura mobilă şi cea fixă este denumită forţă de atracţie initială iar forţa corespunzătoare distanţei minime între armătura mobilă şi cea fixă este denumita forţă de atracţie finală sau forţă portantă.

Drumul străbătut de armătura mobilă, din poziţia deschis pâna la poziţia închis a electromagnetului, este denumit cursa electromagnetului.

Electromagneţii sunt utilizaţi atât în construcţia aparatelor de comutaţie, cât şi a unor echipamente de ridicare şi transport, la realizarea cuplelor electromagnetice, la fixarea pe maşini unelte a unor piese ce urmează a suferi prelucrari etc.

În construcţia aparatelor electrice de comutaţie, electromagneţii sunt utilizaţi ca organ motor al contactoarelor, ruptoarelor, declanşatoarelor, întreruptoarelor, servind la stabilirea sau întreruperea mecanică a unor contacte, în mod direct, sau prin intermediul unui percutor care eliberează energia unui resort precomprimat. De asemenea, electromagneţii intră in construcţia electrovalvelor şi a dispozitivelor de acţionare ale aparatelor electrice.

Clasificarea electromagneţilor se face după mai multe criterii şi anume:

a) După tipul constructiv în:

- electromagneţi de tip plonjor, la care armătura mobilă execută o mişcare de translaţie în axa bobinei de excitaţie;

- electromagneţi la care armătura mobilă execută o mişcare de translaţie;

- electromagneţi la care armătura mobilă execută o mişcare de rotaţie.

La aceste construcţii armătura fixă poate avea formă de I, U sau E.

b) Dupa felul curentului de excitaţie:

- electromagneţi de curent continuu;

- electromagneţi de curent alternativ monofazaţi;

- electromagneţi de curent alternativ trifazaţi.

c) După modul de lucru:

- electromagneţi de acţionare;

- electromagneţi elevatori.

d) După tipul de acţionare:

- electromagneţi cu acţionare rapidă (3-4 ms);

- electromagneţi cu acţionare normală;

- electromagneţi cu acţionare întârziată (t>0.3 s).

Excitaţia electromagneţilor de curent continuu se realizează sub curent constant indiferent de poziţia armăurii, abstracţie făcând de fenomenele dinamice care apar la deplasarea rapidă a armăturii. Intensitatea curentului este determinată de tensiunea de alimentare si rezistenţa infăşurării de excitaţie.

1.1 Tipuri constructive de electromagneţi de curent continuu şi caracteristica statică

Diagramele forţei de atracţie în funcţie de cursa armăturii, pentru poziţii imobile ale acesteia, se numeşte caracteristica statică a electromagnetului. Principalele tipuri constructive de electromagneţi de curent continuu şi caracteristica statică corespunzătoare:

a) Electromagnet plonjor fără armătură fixă (figura 1.1). Armătura mobilă 1 din material feromagnetic execută o mişcare de translaţie în interiorul bobinei 2. Câmpul magnetic fiind maxim în centrul bobinei, armătura mobilă este supusă unei forte care tinde să o aducă într-o poziţie simetrică în raport cu bobina. Caracteristica electromagnetului poate lua trei aspecte l>h, l=h şi l<h. Caracteristic pentru acest tip de electromagnet este forţa relativ mică şi chiar nulă dacă h=l, la cursa δ=0.

Fig. 1.1. Electromagnet plonjor fără armătură fixă

b) Electromagnet plonjor cu armătură fixă (figura 1.2). Forţa este relativ redusă, dar practic constantă pe toată cursa, care este relativ mare, adica de ordinul sutelor de mm. Din cauza formei în triunghi de con a armăturii mobile, forţa pentru δ=0 nu este nulă. Armătura 3 este construită dintr-un material feromagnetic şi are o formă cilindrică terminată cu un trunchi de con.