Электромагниты. 
Электрические аппараты для коммутации электрических устройств и машин

Катушка с железным (правильнее, стальным) разомкнутым сердечником образует электромагнит. Простейший электромагнит изображен на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Электромагнит

Ток в катушке образует магнитный поток. Этот поток проходит по сердечнику и замыкается через его подвижную часть, которую называют якорем. Якорь намагничивается и притягивается к сердечнику. Если ток в катушке прерывается, якорь отпадает от сердечника под действием собственной тяжести или специальной возвратной пружины. Якорь магнита, изображенного на рис. 1.6, поворачивается на оси. Такой электромагнит называют электромагнитом клапанного типа. Существуют прямоходовые электромагниты, в которых якорь движется поступательно. Сконструированы также электромагниты со сложным движением якоря. Электромагниты используют в электротехнике очень широко. Школьный звонок и звонок телефона — это электромагнитные механизмы. Существуют электромагнитные тормоза, электромагнитные муфты. Точные электромагниты используют в измерительной технике. Очень сильные электромагниты применяют в физических экспериментах. Если в электромагните убрать якорь, то его можно применять для подъема ферромагнитных предметов. Такие магниты (их называют подъемными) работают на металлургических заводах, поднимают металлолом и другие детали.

Электромагнит, о котором мы говорили, работает на постоянном токе. Если же обмотку включить на переменный ток, то сила тяги также станет переменной. Из наших формул видно, что сила тяги пропорциональна квадрату тока, поэтому и в положительный, и в отрицательный полупериод сила тяги будет положительной, т. е. направлена она будет в одну и ту же сторону. Якорь будет притягиваться к сердечнику. Однако величина силы тяги изменяется в больших пределах и в тот момент, когда ток проходит через нуль и сила тяги равна нулю. Якорь будет то притягиваться, то отпадать. Мы получим вибратор. Интересно, что частота вибрации якоря вдвое превышает частоту сети. Если сеть имеет частоту 50 Гц, то колебания якоря будут происходить с частотой 100 Гц.

Вибраторы находят в технике самое широкое распространение, поэтому амплитуду колебаний якоря часто стараются увеличить, создать колебательную систему.

Подумаем о том, как сделать силу тяги постоянной при питании обмотки электромагнита переменным током. Одно решение напрашивается само: нужно применить выпрямитель (рис. 1.7, а).

аб Рис. 1. 7.

Тогда обмотка электромагнита будет питаться выпрямленным током, который имеет постоянную и переменную составляющие. Если индуктивность обмотки электромагнита достаточно велика, то переменная составляющая тока окажется малой и вибрации якоря исчезнут.

Другое решение требует переделки сердечника электромагнита (рис. 1.7, б) в торце сердечника, т. е. на его полюсе, делают пропил, в который вставляют демпферный виток. Это — замкнутая медная шайба, сопротивление которой очень мало.

Общий магнитный поток сердечника Ф0 можно разделить на две части. Один поток (Ф0 минует демпферный виток, а второй (Ф2) проходит через него. Переменный поток Ф2 наводит в демпферном витке ЭДС. Под действием этой ЭДС в витке возникает большой ток IK, который также создает свой магнитный поток Фк.

Все дело заключается в том, что ЭДС отстает от магнитного потока Ф2 на четверть периода, а ток IK и поток Фк практически совпадают с ЭДС по фазе.

Это приводит к тому, что в тот момент, когда основной магнитный поток Ф0 проходит через нуль, поток Фк отличен от нуля и удерживает якорь электромагнита в притянутом положении.

Очень мощные электромагниты имеют трехфазную обмотку, расположенную на трех сердечниках. Токи в обмотках сдвинуты по фазе на 1/3 периода. Этого достаточно, чтобы постоянно удерживать якорь электромагнита в притянутом положении.