แม่เหล็กไฟฟ้าและการประยุกต์ใช้

แม่เหล็กไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กโดยใช้ขดลวดที่ไหลด้วยกระแสไฟฟ้า เพื่อขยายสนามแม่เหล็กนี้และนำฟลักซ์แม่เหล็กไปตามเส้นทางที่เฉพาะเจาะจง แม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่มีวงจรแม่เหล็กที่ทำจากเหล็กแม่เหล็กอ่อน

การประยุกต์ใช้แม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าแพร่หลายมากจนยากที่จะตั้งชื่อสาขาเทคโนโลยีที่ใช้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง พบได้ในเครื่องใช้ในครัวเรือนหลายชนิด เช่น เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า เครื่องบันทึกเทป โทรทัศน์ ฯลฯ อุปกรณ์เทคโนโลยีการสื่อสาร เช่น โทรศัพท์ โทรเลข และวิทยุ เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่ได้ใช้งาน

แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของเครื่องจักรไฟฟ้า อุปกรณ์อัตโนมัติทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก อุปกรณ์ควบคุมและป้องกันสำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้าต่างๆ สาขาการพัฒนาของการประยุกต์ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าคืออุปกรณ์ทางการแพทย์ ในที่สุด แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์ถูกใช้เพื่อเร่งอนุภาคมูลฐานในซินโครฟาโซตรอน

น้ำหนักของแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างกันไปตั้งแต่เศษส่วนของกรัมไปจนถึงหลายร้อยตัน และพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างการทำงานจะแตกต่างกันไปตั้งแต่มิลลิวัตต์ไปจนถึงหลายหมื่นกิโลวัตต์

สาขาพิเศษของการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าคือกลไกทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในนั้นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกใช้เป็นไดรฟ์เพื่อดำเนินการแปลที่จำเป็นขององค์ประกอบการทำงานไม่ว่าจะหมุนผ่านมุมที่ จำกัด หรือเพื่อสร้างแรงยึด

ตัวอย่างของแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าว ได้แก่ แม่เหล็กไฟฟ้าแบบแรงดึง ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานบางอย่างเมื่อเคลื่อนย้ายชิ้นงานบางอย่าง ล็อคแม่เหล็กไฟฟ้า คลัตช์และเบรกแม่เหล็กไฟฟ้าและโซลินอยด์เบรก แม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่งงานอุปกรณ์หน้าสัมผัสในรีเลย์ คอนแทคเตอร์ สตาร์ทเตอร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ การยกแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น

ในอุปกรณ์จำนวนหนึ่งพร้อมกับแม่เหล็กไฟฟ้าหรือใช้แม่เหล็กถาวรแทน (เช่น แผ่นแม่เหล็กของเครื่องตัดโลหะ เบรก ตัวล็อกแม่เหล็ก เป็นต้น)

การจำแนกประเภทของแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้ามีความหลากหลายมากในการออกแบบ ซึ่งแตกต่างกันในลักษณะและพารามิเตอร์ ดังนั้นการจำแนกประเภทจึงอำนวยความสะดวกในการศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน

ขึ้นอยู่กับวิธีการสร้างฟลักซ์แม่เหล็กและธรรมชาติของแรงแม่เหล็กที่กระทำ แม่เหล็กไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: แม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นกลางพร้อมกระแสตรง แม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์ที่มีกระแสตรง และแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกระแสสลับ

แม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นกลาง

ในแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นกลาง ฟลักซ์แม่เหล็กที่ใช้งานได้จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ขดลวดถาวรการกระทำของแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับขนาดของฟลักซ์นี้เท่านั้น และไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในขดลวดของแม่เหล็กไฟฟ้า ในกรณีที่ไม่มีกระแส ฟลักซ์แม่เหล็กและแรงดึงดูดที่กระทำต่อกระดองนั้นแทบจะเป็นศูนย์

แม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์

แม่เหล็กไฟฟ้ากระแสตรงแบบโพลาไรซ์นั้นมีลักษณะของการมีอยู่ของฟลักซ์แม่เหล็กอิสระสองตัว: (โพลาไรซ์และการทำงาน ฟลักซ์แม่เหล็กโพลาไรซ์ในกรณีส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็กถาวร บางครั้งแม่เหล็กไฟฟ้าถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ฟลักซ์การทำงานเกิดขึ้นภายใต้การกระทำ ของแรงแม่เหล็กของการทำงานหรือขดลวดควบคุม หากไม่มีกระแส แรงดึงดูดที่เกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กโพลาไรซ์จะกระทำต่อกระดอง การกระทำของแม่เหล็กไฟฟ้าโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับทั้งขนาดและทิศทางของ ฟลักซ์การทำงาน นั่นคือทิศทางของกระแสในขดลวดทำงาน

แม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ

ในแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ขดลวดจะได้รับพลังงานจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดซึ่งกระแสสลับผ่านการเปลี่ยนแปลงขนาดและทิศทางเป็นระยะ (ฟลักซ์แม่เหล็กสลับ) อันเป็นผลมาจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าของแรงดึงดูดของแรงดึงดูดจากศูนย์ถึงสูงสุดโดยมีความถี่สองเท่าของความถี่ของแหล่งจ่าย ปัจจุบัน.

อย่างไรก็ตาม สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้แรงดึง การลดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าให้ต่ำกว่าระดับที่กำหนดเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ เนื่องจากสิ่งนี้นำไปสู่การสั่นสะเทือนของกระดอง และในบางกรณีอาจทำให้การทำงานปกติหยุดชะงักได้โดยตรงดังนั้น ในแม่เหล็กไฟฟ้าแรงดึงที่ทำงานด้วยฟลักซ์แม่เหล็กสลับ จึงจำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อลดความลึกของแรงกระเพื่อม (เช่น ใช้ขดลวดป้องกันที่ครอบคลุมส่วนของขั้วแม่เหล็กไฟฟ้า)

นอกเหนือจากประเภทต่างๆ ที่ระบุไว้แล้ว แม่เหล็กไฟฟ้าแก้ไขกระแสยังมีอยู่อย่างแพร่หลาย ซึ่งสามารถนำมาประกอบกับแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับในแง่ของพลังงาน และใกล้เคียงกับแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสตรงในแง่ของลักษณะเฉพาะ เนื่องจากยังมีคุณสมบัติเฉพาะบางประการในการทำงาน

ขึ้นอยู่กับวิธีการเปิดขดลวด ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขดลวดแบบอนุกรมและแบบขนาน

ขดลวดแบบอนุกรมที่ทำงานที่กระแสที่กำหนดจะทำด้วยจำนวนรอบเพียงเล็กน้อยในส่วนขนาดใหญ่ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ แต่จะพิจารณาจากลักษณะของผู้บริโภคที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับขดลวด

ขดลวดขนานที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดมีจำนวนรอบมากและทำจากลวดที่มีหน้าตัดเล็ก

โดยธรรมชาติของขดลวด แม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็นประเภทที่ทำงานในโหมดระยะยาว เป็นระยะ และระยะสั้น

ในแง่ของความเร็วของการกระทำ แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีความเร็วของการกระทำปกติ ออกฤทธิ์เร็วและออกฤทธิ์ช้า การแบ่งส่วนนี้ค่อนข้างเป็นไปตามอำเภอใจและส่วนใหญ่บ่งชี้ว่ามีการใช้มาตรการพิเศษเพื่อให้บรรลุความรวดเร็วในการดำเนินการตามที่กำหนดหรือไม่

ลักษณะทั้งหมดข้างต้นทิ้งร่องรอยไว้ในลักษณะการออกแบบของแม่เหล็กไฟฟ้า

ยกแม่เหล็กไฟฟ้า

อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

ในเวลาเดียวกัน แม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดที่พบในทางปฏิบัติ พวกมันประกอบด้วยส่วนหลักที่มีจุดประสงค์เดียวกัน ประกอบด้วยขดลวดที่มีขดลวดแม่เหล็กอยู่ (อาจมีหลายขดลวดและหลายขดลวด) ส่วนคงที่ของวงจรแม่เหล็กที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า (แอกและแกนกลาง) และส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของวงจรแม่เหล็ก (กระดอง) ในบางกรณี ส่วนที่อยู่กับที่ของวงจรแม่เหล็กประกอบด้วยหลายส่วน (ฐาน ตัวเรือน หน้าแปลน ฯลฯ) ก)

กระดองถูกแยกออกจากส่วนที่เหลือของวงจรแม่เหล็กด้วยช่องว่างอากาศและเป็นส่วนหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรับรู้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าแล้วส่งไปยังส่วนที่เกี่ยวข้องของกลไกกระตุ้น

จำนวนและรูปร่างของช่องว่างอากาศที่แยกส่วนที่เคลื่อนที่ของวงจรแม่เหล็กออกจากส่วนที่อยู่กับที่ขึ้นอยู่กับการออกแบบของแม่เหล็กไฟฟ้า ช่องว่างอากาศ ซึ่งเกิดแรงที่เป็นประโยชน์เรียกว่าคนงาน ช่องว่างอากาศที่ไม่มีแรงในทิศทางการเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้ของสมอถือเป็นกาฝาก

พื้นผิวของส่วนที่เคลื่อนที่หรือหยุดนิ่งของวงจรแม่เหล็กที่จำกัดช่องว่างอากาศทำงานเรียกว่าขั้ว

ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของกระดองที่สัมพันธ์กับแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนที่เหลือ มีการสร้างความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้ากระดองภายนอกที่น่าสนใจ แม่เหล็กไฟฟ้ากระดองที่ยืดหดได้ และแม่เหล็กไฟฟ้ากระดองภายนอกที่เคลื่อนที่ตามขวาง

คุณลักษณะเฉพาะของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกระดองภายนอกที่น่าสนใจคือตำแหน่งภายนอกของกระดองที่สัมพันธ์กับขดลวด สิ่งนี้ได้รับผลกระทบหลักจากเวิร์กโฟลว์ที่ส่งผ่านจากส่วนกระดองไปยังส่วนท้ายของแกนกลางการเคลื่อนที่ของกระดองสามารถหมุนได้ (เช่น โซลินอยด์วาล์ว) หรือแบบแปล กระแสไฟรั่ว (ปิดนอกเหนือจากช่องว่างการทำงาน) ในแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวแทบไม่สร้างแรงดึง ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะลดลง แม่เหล็กไฟฟ้าในกลุ่มนี้สามารถพัฒนาแรงได้ค่อนข้างมาก แต่มักจะใช้กับกระดองที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก

คุณลักษณะที่โดดเด่นของแม่เหล็กไฟฟ้ากระดองแบบยืดหดได้คือการจัดวางบางส่วนของกระดองในตำแหน่งเริ่มต้นภายในขดลวดและการเคลื่อนไหวต่อไปในขดลวดระหว่างการทำงาน ฟลักซ์การรั่วไหลจากแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับช่องว่างอากาศขนาดใหญ่สร้างแรงดึงซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกเขามีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับจังหวะกระดองที่ค่อนข้างใหญ่ แม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวสามารถทำโดยมีจุดหยุดหรือไม่ก็ได้ และรูปร่างของพื้นผิวที่สร้างช่องว่างในการทำงานอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะการยึดเกาะที่จะได้รับ

ที่พบมากที่สุดคือแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขั้วรูปกรวยแบนและปลายแหลม เช่นเดียวกับแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่มีตัวจำกัด ในฐานะที่เป็นแนวทางสำหรับกระดอง มักใช้ท่อของวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กซึ่งสร้างช่องว่างกาฝากระหว่างกระดองและส่วนบนซึ่งเป็นส่วนที่อยู่กับที่ของวงจรแม่เหล็ก

โซลินอยด์ของกระดองแบบยืดหดได้สามารถพัฒนาแรงและมีจังหวะของกระดองที่แตกต่างกันไปในช่วงกว้างมาก ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

แม่เหล็กไฟฟ้า V ที่มีกระดองกระดองเคลื่อนที่ตามขวางภายนอกเคลื่อนที่ผ่านเส้นแรงแม่เหล็ก หมุนผ่านมุมที่จำกัดแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวมักจะพัฒนาแรงที่ค่อนข้างเล็ก แต่โดยการจับคู่ที่เหมาะสมของเสาและรูปร่างของกระดอง เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะการยึดเกาะและค่าสัมประสิทธิ์การกลับตัวสูง

ในแต่ละกลุ่มของแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งสามกลุ่ม ในทางกลับกัน มีการออกแบบที่หลากหลายที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดและความต้องการในการตรวจสอบคุณสมบัติและพารามิเตอร์ที่ระบุของแม่เหล็กไฟฟ้า

อ่านเพิ่มเติม: เกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก โซลินอยด์ และแม่เหล็กไฟฟ้า