Electroimanes y sus aplicaciones.
Un electroimán crea un campo magnético utilizando una bobina alimentada con corriente eléctrica. Para amplificar este campo y dirigir el flujo magnético a lo largo de un camino específico, la mayoría de los electroimanes tienen un circuito magnético hecho de acero magnético suave.
Aplicación de electroimanes
Los electroimanes se han generalizado tanto que es difícil nombrar un campo de la tecnología en el que se utilicen de una forma u otra. Se encuentran en muchos electrodomésticos: afeitadoras eléctricas, grabadoras, televisores, etc. Los dispositivos de tecnología de la comunicación —telefonía, telegrafía y radio— son impensables sin su uso.
Los electroimanes son una parte integral de las máquinas eléctricas, muchos dispositivos de automatización industrial, equipos de control y protección para diversas instalaciones eléctricas. Un campo de aplicación en desarrollo de los electroimanes es el equipo médico. Finalmente, se utilizan electroimanes gigantes para acelerar partículas elementales en sincrofasotrones.
El peso de los electroimanes varía desde fracciones de gramo hasta cientos de toneladas, y la energía eléctrica consumida durante su funcionamiento varía desde milivatios hasta decenas de miles de kilovatios.
Un campo especial de aplicación de los electroimanes son los mecanismos electromagnéticos. En ellos, los electroimanes se utilizan como accionamiento para realizar el movimiento de traslación necesario del elemento de trabajo, ya sea para girarlo en un ángulo limitado o para crear una fuerza de sujeción.
Un ejemplo de tales electroimanes son los electroimanes de tracción, diseñados para realizar ciertos trabajos al mover ciertos cuerpos de trabajo; cerraduras electromagnéticas; embragues y frenos electromagnéticos y solenoides de freno; electroimanes que activan dispositivos de contacto en relés, contactores, arrancadores, disyuntores; electroimanes de elevación, electroimanes vibratorios, etc.
En una serie de dispositivos, junto con electroimanes o en su lugar, se utilizan imanes permanentes (por ejemplo, placas magnéticas de máquinas cortadoras de metales, frenos, cerraduras magnéticas, etc.).
Clasificación de electroimanes
Los electroimanes tienen un diseño muy diverso, que difieren en sus características y parámetros, por lo que la clasificación facilita el estudio de los procesos que ocurren durante su funcionamiento.
Según el método de creación de un flujo magnético y la naturaleza de la fuerza magnetizante que actúa, los electroimanes se dividen en tres grupos: electroimanes neutros con corriente continua, electroimanes polarizados con corriente continua y electroimanes con corriente alterna.
Electroimanes neutros
En los electroimanes de CC neutros, se crea un flujo magnético de trabajo por medio de una bobina permanente.La acción del electroimán depende únicamente de la magnitud de este flujo y no depende de su dirección y por lo tanto de la dirección de la corriente en la bobina del electroimán. En ausencia de corriente, el flujo magnético y la fuerza de atracción que actúa sobre la armadura son prácticamente nulos.
Electroimanes polarizados
Los electroimanes de CC polarizados se caracterizan por la presencia de dos flujos magnéticos independientes: (polarizante y de trabajo. El flujo magnético de polarización en la mayoría de los casos se crea con la ayuda de imanes permanentes. A veces se utilizan electroimanes para este propósito. El flujo de trabajo se produce bajo la acción de la fuerza magnetizante de la bobina de trabajo o de control. Si no hay corriente en ellos, la fuerza de atracción creada por el flujo magnético polarizador actúa sobre la armadura. La acción de un electroimán polarizado depende tanto de la magnitud como de la dirección de la flujo de trabajo, es decir, la dirección de la corriente en la bobina de trabajo.
electroimanes de CA
En los electroimanes de corriente alterna, la bobina recibe energía de una fuente de corriente alterna. El flujo magnético creado por la bobina a través de la cual pasa la corriente alterna cambia periódicamente en magnitud y dirección (flujo magnético alterno), como resultado de lo cual la fuerza de atracción electromagnética pulsa desde cero hasta un máximo con una frecuencia dos veces la frecuencia del suministro actual.
Sin embargo, para los electroimanes de tracción, la reducción de la fuerza electromagnética por debajo de un cierto nivel es inaceptable, ya que esto provoca vibraciones en el inducido y, en algunos casos, la interrupción directa del funcionamiento normal.Por lo tanto, en electroimanes de tracción que funcionan con un flujo magnético alterno, es necesario recurrir a medidas para reducir la profundidad de la ondulación de la fuerza (por ejemplo, utilizar una bobina de blindaje que cubra parte del polo del electroimán).
Además de las variedades enumeradas, actualmente están muy extendidos los electroimanes de corrección de corriente, que pueden atribuirse a los electroimanes de corriente alterna en términos de potencia y se acercan a los electroimanes de corriente continua en términos de sus características. Porque todavía hay algunas características específicas de su trabajo.
Dependiendo de la forma en que se enciende el devanado, se hace una distinción entre electroimanes con devanados en serie y paralelos.
Los devanados en serie que funcionan con una corriente determinada se fabrican con un pequeño número de vueltas en una sección grande. La corriente que pasa a través de dicha bobina prácticamente no depende de sus parámetros, sino que está determinada por las características de los consumidores conectados en serie con la bobina.
Los devanados paralelos que funcionan a un voltaje dado tienen, por regla general, una gran cantidad de vueltas y están hechos de alambre con una sección transversal pequeña.
Por la naturaleza de la bobina, los electroimanes se dividen en aquellos que operan en modo largo, periódico y de corto plazo.
En términos de velocidad de acción, los electroimanes pueden ser de velocidad de acción normal, de acción rápida y de acción lenta. Esta división es algo arbitraria e indica principalmente si se han tomado medidas especiales para lograr la velocidad de acción requerida.
Todas las características anteriores dejan su huella en las características de diseño de los electroimanes.
Electroimanes de elevación
dispositivo electromagnético
Al mismo tiempo, con toda la variedad de electroimanes que se encuentran en la práctica, consisten en partes principales con el mismo propósito. Incluyen una bobina con una bobina de magnetización ubicada en ella (puede haber varias bobinas y varias bobinas), una parte fija de un circuito magnético hecho de material ferromagnético (yugo y núcleo) y una parte móvil de un circuito magnético (armadura). En algunos casos, la parte estacionaria del circuito magnético consta de varias partes (base, carcasa, bridas, etc.). a)
La armadura está separada del resto del circuito magnético por entrehierros y forma parte del electroimán que, al percibir la fuerza electromagnética, la transfiere a las partes correspondientes del mecanismo accionado.
El número y la forma de los entrehierros que separan la parte móvil del circuito magnético de la estacionaria dependen del diseño del electroimán.Los entrehierros donde se produce una fuerza útil se denominan trabajadores; los espacios de aire donde no hay fuerza en la dirección del posible movimiento del ancla son parásitos.
Las superficies de la parte móvil o estacionaria del circuito magnético que limitan el entrehierro de trabajo se denominan polos.
Dependiendo de la ubicación de la armadura en relación con el resto del electroimán, se hace una distinción entre electroimanes de armadura de atracción externa, electroimanes de armadura retráctil y electroimanes de armadura externos que se mueven transversalmente.
Un rasgo característico de los electroimanes con una armadura de atracción externa es la ubicación externa de la armadura en relación con la bobina. Esto se ve afectado principalmente por el flujo de trabajo que pasa desde la armadura hasta el extremo del núcleo.El movimiento de la armadura puede ser de rotación (por ejemplo, un solenoide de válvula) o de traslación. Las corrientes de fuga (que se cierran además del espacio de trabajo) en dichos electroimanes prácticamente no crean fuerzas de tracción y, por lo tanto, tienden a reducirse. Los electroimanes de este grupo pueden desarrollar una fuerza bastante grande, pero generalmente se usan con carreras de armadura relativamente pequeñas.
Una característica distintiva de los electroimanes de armadura retráctil es la colocación parcial de la armadura en su posición inicial dentro de la bobina y su posterior movimiento en la bobina durante el funcionamiento. Los flujos de fuga de tales electroimanes, especialmente con entrehierros grandes, crean una cierta fuerza de tracción, como resultado de lo cual son útiles, especialmente para carreras de armadura relativamente grandes. Dichos electroimanes pueden fabricarse con o sin tope, y la forma de las superficies que forman el espacio de trabajo puede ser diferente según la característica de tracción que se desee obtener.
Los más comunes son los electroimanes con polos planos y troncocónicos, así como los electroimanes sin limitador. Como guía para la armadura, se usa con mayor frecuencia un tubo de material no magnético, que crea un espacio parásito entre la armadura y la parte superior estacionaria del circuito magnético.
Los solenoides de armadura retráctil pueden desarrollar fuerzas y tener carreras de armadura que varían en un rango muy amplio, lo que los hace ampliamente utilizados.
V electroimanes con una armadura externa que se mueve transversalmente La armadura se mueve a través de las líneas de fuerza magnéticas, girando a través de un cierto ángulo limitado.Dichos electroimanes suelen desarrollar fuerzas relativamente pequeñas, pero permiten, mediante la combinación apropiada de las formas del polo y la armadura, obtener cambios en la característica de tracción y un alto coeficiente de retorno.
En cada uno de los tres grupos de electroimanes enumerados, a su vez, hay una serie de variedades de diseño relacionadas tanto con la naturaleza de la corriente que fluye a través de la bobina como con la necesidad de garantizar las características y parámetros especificados de los electroimanes.
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