Как сделать электромагнит в домашних условиях
Любая однослойная или многослойная катушка из изолированной проволоки — соленоид — при пропускании по ней тока приобретает свойства магнита. Силу такого магнита при данном токе можно значительно увеличить, снабдив соленоид железной арматурой. Полученная система называется электромагнитом.
Делая отдельные части арматуры подвижными относительно других, получаем механизм, который может производить механическую работу при включении в его обмотку тока.
По конструкции электромагниты можно объединить в четыре основных группы:
с внешним якорем,
с поворотным якорем,
электромагниты для создания магнитных полей.
Электромагнит – искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения электрического тока по охватывающей его обмотке, т.е. при пропускании тока через катушку помещенный внутри нее сердечник приобретает свойства естественного магнита.
Область применения электромагнитов очень обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях. Наиболее часто электромагниты и соленоиды используются для перемещения каких-то механизмов, а на производствах для подъёма груза.
Так, например, грузоподъемный электромагнит является очень удобным, производительным и экономичным механизмом: для закрепления и освобождения транспортируемого груза не требуется обслуживающий персонал. Достаточно положить электромагнит на перемещаемый груз и включить электрический ток в катушку электромагнита и груз притянется к электромагниту, а для освобождения от груза необходимо лишь отключить ток.
Все типы электромагнитов применяют как для постоянного, так и для однофазного переменного тока, с той лишь разницей, что при переменном токе все железные части делают, для уменьшения потерь на токи Фуко, из листового железа, тогда как для постоянного тока их в большинстве случаев делают из сплошного железа.
Конструкция электромагнита легка для повторения и в сущности не представляет собой ничего кроме сердечника и катушки из проводника. В этой статье мы ответим на вопрос как сделать электромагнит своими руками.
Как работает электромагнит (теория)
Если по проводнику протекает электрический ток, то вокруг этого проводника образуется магнитное поле. Так как ток может течь только тогда, когда цепь замкнута, то проводник должен представлять собой замкнутый контур, как, например, круг, который является простейшим замкнутым контуром.
Раньше проводником, свернутым в круг, часто пользовались для наблюдения действия тока на магнитную стрелку, помещенную в его центре. В этом случае стрелка находится на равном расстоянии от всех частей проводника, благодаря чему легче можно наблюдать действие тока на магнит.
Чтобы усилить действие электрического тока на магнит, можно прежде всего увеличить ток. Однако, если обогнуть проводник, по которому протекает какой-то ток, два раза вокруг охватываемого им контура, то действие тока на магнит удвоится.
Таким образом можно во много раз увеличить это действие, огибая проводник соответствующее число раз вокруг данного контура. Получающееся при этом проводящее тело, состоящее из отдельных витков, число которых может быть произвольным, называется катушкой.
Вспомним курс школьной физики, а именно о том, что при протекании электрического тока через проводник возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку линии магнитной индукции всех витков сложатся, и результирующее магнитное поле будет сильнее чем для одиночного проводника.
Магнитное поле, порожденное электрическим током в принципе не имеет существенных отличий по сравнению с магнитным если вернуться к электромагнитам, то формула его тяговой силы выглядит так:
где F – сила тяги, кГ (сила измеряется также в ньютонах, 1 кГ =9,81 Н, или 1 Н =0,102 кГ); B – индукция, Тл; S – площадь сечения электромагнита, м2.
То есть сила тяги электромагнита зависит от магнитной индукции, рассмотрим её формулу:
Здесь U0 – магнитная постоянная (12.5*107 Гн/м), U – магнитная проницаемость среды, N/L – число витков на единицу длины соленоида, I – сила тока.
Отсюда следует, что сила с которой магнит притягивает что-либо зависит от силы тока, количества витков и магнитной проницаемости среды. Если в катушке нет сердечника – средой является воздух.
Ниже приведена таблица относительных магнитных проницаемостей для разных сред. Мы видим, что у воздуха она равна 1, а у других материалов в десятки и даже сотни раз больше.
В электротехнике используют специальный металл для сердечников, его часто называют электротехнической или трансформаторной сталью. В третьей строке таблицы вы видите «Железо с кремнием» у которого относительная магнитная проницаемость равна 7*103 или 7000 Гн/м.
Это и есть усредненное значение для трансформаторной стали. Она отличается от обычной как раз-таки содержанием кремниями. На практике её относительная магнитная проницаемость зависит от приложенного поля, но не будем углубляться в подробности. Что даёт сердечник в катушке? Сердечник из электротехнической стали усилит магнитное поле катушки примерно в 7000-7500 раз!
Всё что нужно запомнить для начала – это то, что от материала сердечника внутри катушки зависит магнитная индукция, а от неё зависит сила с которой будет тянуть электромагнит.
Практика
Одним из наиболее популярных опытов, которые проводят для демонстрации возникновения магнитного поля вокруг проводника является опыт с металлической стружкой. Проводник накрывают листом бумаги и на него насыпают магнитную стружку, потом через проводник пропускают электрический ток, и стружка изменяет своё располагаясь каким-то образом на листе. Это уже почти электромагнит.
Но для электромагнита просто притягивать металлические стружки недостаточно. Поэтому нужно его усилить, исходя из вышесказанного – нужно сделать катушку, намотанную на металлический сердечник. Простейшим примером – будет изолированный медный провод, намотанный на гвоздь или болт.
Такой электромагнит способен притягивать разные булавки, скрепи и тому подобное.
В качестве провода можно использовать либо любой провод в ПВХ или другой изоляции, либо медный провод в лаковой изоляции типа ПЭЛ или ПЭВ, которые используются для обмоток трансформаторов, динамиков, двигателей и прочее. Найти его можно либо новый в катушках, либо смотать с тех же трансформаторов.
10 Нюансов изготовления электромагнитов простыми словами:
1. Изоляция по всей длине проводника должна быть однородной и целой, чтобы не было межвитковых замыканий.
2. Намотка должна идти в одну сторону как на катушке с нитками, то есть нельзя изогнуть провод на 180 градусов и пойти в обратном направлении. Это связано с тем что результирующее магнитное поле будет равно алгебраической сумме полей каждого витка, если не вдаваться в подробности, то витки, намотанные в обратную сторону, будут порождать электромагнитное поле противоположное по знаку, в результате поля будут вычитаться и в результате сила электромагнита будет меньше, а если витков в одном и другом направлении будет одинаковое количество – магнит совсем ничего не будет притягивать, так как поля подавят друг друга.
3. Сила электромагнита также будет зависеть от силы тока, а он от напряжения приложенного к катушке и её сопротивления. Сопротивление катушки зависит от длины провода (чем длиннее, тем оно больше) и площади его поперечного сечения (чем больше сечение, тем меньше сопротивление) приблизительный расчёт можно провести по формуле – R=p*L/S
4. Если ток будет слишком большим – катушка сгорит
5. При постоянном токе – ток будет больше, чем при переменном из-за влияния реактивного сопротивления индуктивности.
6. При работе на переменном токе – электромагнит будет гудеть и дребезжать, его поле будет постоянно менять направление, а его тяговая сила будет меньше (в два раза) чем при работе на постоянном. При этом сердечник для катушек переменного тока выполняется из тонколистового металла, собираясь в единое целое, при этом пластины друг от друга изолируются лаком или тонким слоем окалины (оксида), т.н. шихты – для уменьшения потерь и токов Фуко.
7. При одинаковой тяговой силе электрический магнит переменного тока будет весить в два раза больше, соответственно возрастают и габариты.
8. Но стоит учесть, что электромагниты переменного тока обладают большим быстродействием чем магниты постоянного тока.
9. Сердечники электромагнитов постоянного тока
10. Оба типа электромагнитов могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, вопрос только какой силой он будет обладать, какие потери и нагрев будут происходить.
3 идеи для электромагнита из подручных средств на практике
Как уже было сказано самый простой способ сделать электромагнит – использовать металлический стержень и медный провод подобрав и один и другой под нужную мощность. Напряжение питания этого устройства подбирается опытным путем исходя из силы тока и нагрева конструкции. Для удобства можно использовать пластиковую катушку от ниток или подобного, а под её внутренее отверстие подобрать сердечник – болт или гвоздь.
Второй вариант – использовать почти готовый электромагнит. Вспомните об электромагнитных коммутационных приборах – реле, магнитных пускателях и контакторах. Для использования на постоянном токе и напряжении 12В удобно использовать катушку от автомобильных реле. Всё что нужно сделать – снять корпус выломать подвижные контакты и подключить питание.
Для работы от 220 или 380 вольт удобно использовать катушки магнитных пускателей и контакторов, они намотаны на оправке и легко вынимаются. Сердечник подберите исходя из площади поперечного сечения отверстия в катушке.
Так вы можете включать магнит от розетки, а регулировать его силу удобно если использовать реостат или ограничивать ток с помощью мощного сопротивления, например, нихромовой спирали.
Источник
Как сделать простое реле из геркона и медной проволоки своими руками, самодельное герконовое реле.
Бывают случаи когда нужно реле на определенное напряжение, а его нет в наличии. Это не проблема, ведь простой вариант электромагнитного реле можно сделать и своими руками. В этой статье предлагаю вам один из вариантов самодельного реле, которое я сам делал из геркона (герконового переключателя) и обычной катушки из медного провода. В моем случае мне понадобилось реле на относительно низкое напряжение, примерно 5 вольт. Под рукой был геркон, для тех кто не знает что это такое, то подскажу. Это электрический переключатель, который срабатывает при воздействии на него магнитного поля. То есть, когда мы берем обычный магнит и подносим его к такому герконовому переключателя, то его контакты замыкаются (хотя есть и перекидного типа, где средний контакт под воздействием поля с одного контакта перекидывается на второй).
Герконовые переключатели имеют широкую разновидность. Хотя даже относительно массивные герконы легко срабатывают от относительно небольшого магнитного поля. Так что для того, чтобы сделать простое реле достаточно на геркон намотать обычную катушку. Но тут имеются свои нюансы. Дело в том, что если катушка будет неправильно намотана (иметь слишком толстый провод или недостаточную длину), то вы рискуете получить нестабильную работу своего самодельного реле. Итак, чтобы не пользоваться какими-то сложными расчетами, то можно сделать так. Берем свой геркон. Поверх него желательно намотать бумажный каркас, зафиксировав его скотчем или клеем. Ну, а далее взять медный, изолированный провод (лакированный) диаметром около 0,1 мм (более тонкий будет сложнее мотать, большая вероятность его обрывов при намотке, хотя если делать аккуратно, то можно брать и более тонкий провод). Более толстый провод будет иметь большее количество витков и катушка в итоге массивнее станет. Хотя тоже можно.
Итак, взяли имеющийся провод. К одному концу изначально стоит припаять более толстый многожильный провод, который будет служить в роле одно из выводов катушки реле. После этого мы начинаем намотку. Поскольку намотка будет происходить методом подбора, то сначала берем длину провода где-то около двух метров. Намотали, далее второй конец этого провода (намотки) аккуратно зачистили и к нашей катушке кратковременно подали свое напряжение. Смотрим за качеством срабатывания герконового переключателя (если оно вообще есть), но более важным является нагрев этой катушки. Мы должны иметь такую катушку, с которой наш геркон будет четко срабатывать и при этом не должно быть никакого нагрева этой катушки при своей длительной работе. В крайнем случае допускается нагрев еле ощутимый.
Допустим у меня для постоянного напряжения в 5 вольт понадобилось около 15 метров обмоточной проволоки диаметром 0,1 мм. При этом я также производил намотку по частям. Намотал 2 метра, сделал проверку. Реле хорошо замыкалась и при двух метрах, но вот был значительный нагрев этой катушки. Далее к концу вывода аккуратно припаял очередной кусок провода в 2 метра, заизолировал место соединения. Опять намотал. Проверил. Нагрев есть, но уже меньше. И таким образом у меня вышло около 15 метров. При этом четкость срабатывания реле была достаточно хорошей, и имеющийся нагрев был очень мал, при длительной работе реле (при поданном на его катушку питающего напряжения). Когда катушка полностью намотана, то к выходному ее концу так же припаиваем небольшой кусок многожильного, изолированного провода, который будет служить вторым выводом катушки реле.
По поводу самих катушек стоит сказать следующее. Если взять две одинаковых катушки по длине но с разным диаметром провода, то у катушки с более толстым проводом будет больше сила тока. С одной стороны, чем больше ток, тем сильнее будет и электромагнитное поле катушки. Но и выделяемое тепло также будет больше. Помимо этого с увеличением толщины провода будет увеличиваться размеры самой катушки, что повлияет на общие размеры реле. И чтобы намотать нормальную катушку на реле, имея большой диаметр провода, нужно будет увеличить длину этого провода. А это помимо увеличения размеров катушки приведет еще и к излишнему расходу провода. Так что наиболее оптимальным вариантом будет использование провода диаметром около 0,1 мм.
Видео по этой теме:
Источник
