Zastosowanie elektromagnesów

Elektromagnesy to pręty żelazne, na które nawinięte są zwoje drutu. Przepływ prądu elektrycznego przez zwoje powoduje, że pręt zachowuje się jak magnes. Tego typu magnesy, wytwarzające szczególnie duże pole magnetyczne, mają bardzo wiele zastosowań.

Przekaźniki elektromagnetyczne to urządzenia zasilane prądem o niewielkim natężeniu, mogące otwierać i zamykać obwody, w których płynie prąd o dużym natężeniu. Podstawą budowy każdego z nich jest właśnie elektromagnes. W momencie, gdy przez obwód urządzenia płynie prąd, płytka żelazna (twornik) jest przyciągana do zwojnicy. Twornik zamyka obwód i do urządzenia może wpłynąć prąd o wielokrotnie większym natężeniu. Pozwala nam to sterować np. duże urządzenia małymi mikroprocesorami.

Bardzo nowoczesnym urządzeniem są pociągi poruszające się tuż nad torami. Dzieje się tak dzięki wykorzystaniu sił działających między potężnymi elektromagnesami w pojeździe i w torach. Gdy przez elektromagnesy płynie prąd elektryczny, wytwarzane jest silne pole magnetyczne. Oddziaływanie tych pól powoduje uniesienie się pociągu. Elektromagnesy utrzymywane w bardzo niskich temperaturach stają się nadprzewodnikami, nie stawiają, więc żadnego oporu przepływającemu prądowi.

Chwytaki elektromagnetyczne to urządzenia przeznaczone do transportu stali w hutach, stoczniach i złomowiskach. Wykorzystywane są do tego elektromagnesy okrągłe oraz podłużne. Montowane są one na dźwigu, żurawiu lub suwnicy. Przenoszą złom, kręgi drutu, wiązki prętów, blachy oraz wlewki.

Elektromagnesy są łatwe w sterowaniu. Zwiększając liczbę zwojów drutu oraz natężenie przepływającego prądu, możemy uzyskać jeszcze silniejsze pole. Z możliwości, jakie dają nam elektromagnesy korzystamy wszędzie tam, gdzie potrzebne są silne magnesy; tam gdzie musimy mieć możliwość regulowania pola magnesu oraz we wszystkich urządzeniach, w których magnesy trwałe zbyt szybko uległyby rozmagnesowaniu (potrzebujemy wtedy urządzeń, które elektryzują się tylko na dany moment, po chwili się rozmagnesowując).

Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe, mierniki natężenia prądu elektrycznego stałego (lub innych wielkości fizycznych przetwarzanych na prąd elektryczny), w których pomiar odbywa się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego (magnes) z polem wytworzonym przez mierzony prąd płynący w ruchomej cewce połączonej ze wskazówką.

Wzajemne oddziaływanie pól tworzy moment obrotowy kompensowany przez moment sił zwrotnych powstających dzięki sprężystemu zamocowaniu cewki, położenie równowagi momentów sił jest proporcjonalne do natężenia płynącego w cewce prądu. Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe stosuje się jako amperomierze, woltomierze i omomierze.

1. Amperomierz, przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Działanie amperomierza opiera się na pomiarach efektów elektromagnetycznych, cieplnych itp., wywołanych przepływającym prądem. Włącza się go szeregowo do obwodu elektrycznego, w związku, z czym istotną cechą jest jego niewielka oporność wewnętrzna, nie wpływająca na wartość mierzonego prądu. Amperomierze klasyfikuje się ze względu na: rodzaj mierzonego prądu (amperomierze prądu stałego i przemiennego - te ostatnie mierzą wartość skuteczną, rzadziej średnią), wartość mierzonego prądu (mikro-, miliamperomierze lub kilo amperomierze - duży zakres pomiaru uzyskuje się przez zastosowanie boczników lub przekładników prądowych w przypadku prądu zmiennego), konstrukcję (np. magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, cieplny), rodzaj wskazań (analogowy, cyfrowy).

2. Woltomierz, miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się poprzez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu zmiennego i woltomierze prądu stałego.

Miernikami magnetoelektrycznymi nazywamy mierniki, w których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu trwałego i ruchomej cewki, przez którą płynie prąd.

Magnes trwały z nabiegunnikami, wykonanymi ze stali magnetycznie miękkiej, stanowi element nieruchomy miernika. Organem ruchomym jest cewka nawinięta cienkim przewodem miedzianym, izolowanym.

Cewka jest ułożyskowiona w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią geometryczną szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki jest przymocowana wskazówka.

Miernik magnetoelektryczny jest typowym miernikiem prądy stałego reagującym na zwrot przepływającego prądu. Dlatego też w miernikach magnetoelektrycznych zaznacza się biegunowość jednego z zacisków, np. zacisku plus ( +). Mierniki tego typu mogą być używane jako amperomierze lub jako woltomierze. Zaletami mierników magnetoelektrycznych są: duża czułość, mały pobór mocy oraz duża dokładność.

Zalety ustroju magnetoelektrycznego spowodowały również jego zastosowanie do pomiarów prądu przemiennego. Z uwagi na to, że mierniki te nie reagują bezpośrednio na przepływ prądu przemiennego, którego wartość średnia jest równa zeru, konieczne jest wyprostowanie prądu przed doprowadzeniem go, do cewki miernika. W tym celu używa się prostowników (diod germanowych). W miernikach elektrycznych prostownikowych stosuje się zwykle układ mostkowy, złożony z czterech diod. Ze względu na zmiany rezystancji prostowników ze zmianą temperatury łączy się zwykle je w szereg z wbudowanym opornikiem. Mierniki magnetoelektryczne prostownikowe są używane powszechnie jako mierniki uniwersalne, tj. wolto amperomierze z przełącznikiem do pomiarów przy prądzie stałym i przemiennym. Bocznik wielozakresowy i opornik szeregowy wielozakresowy są wmontowane w obudowę miernika. Mierniki uniwersalne odznaczają się małym poborem mocy, ale też małą dokładnością.

Elektromagnesy mają zastosowanie w wielu urządzeniach. Są one wykorzystywane w hutach do przenoszenia złomu żelaznego, w stoczniach do transportu blach stalowych, w halach do utrzymywania ciężkich części stalowych. Często się z nimi spotykamy w budowie słuchawek, dzwonków, automatycznych przedmiotów itp. Znalazły zastosowanie również w nauce, medycynie, a także w dźwigach elektromagnetycznych, cyklotronach, instalacjach alarmowych oraz w przekaźnikach elektromagnetycznych. Z elektromagnesami bardzo często spotykamy się w życiu codziennym, gdyż montowany są one w przeróżnych urządzeniach.