电磁铁
电磁铁是可以通电流来产生磁力的器件,属非永久磁铁,可以很容易地将其磁性启动或是消除。例如:大型起重机利用电磁铁将废弃车辆抬起。
当电流通过导线时,会在导线的周围产生磁场。应用这性质,将电流通过螺线管时,则会在螺线管之内制成均匀磁场。假设在螺线管的中心置入铁磁性物质,则此铁磁性物质会被磁化,而且会大大增强磁场。
一般而言,电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时,会注重线圈的分布和铁磁体的选择,并利用电流大小来控制磁场。由于线圈的材料具有电阻,这限制了电磁铁所能产生的磁场大小,但随着超导体的发现与应用,将有机会超越现有的限制。
安培定则是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则,也叫右手螺旋定则。
1、通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流方向,四指指向通电直导线周围磁力线方向。
2、通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
电磁铁是电流磁效应(电生磁)的一个应用,与生活联系紧密,如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电子门锁、智能通道匝、电磁流量计等。
1、牵引电磁铁:主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门,以执行自动控制任务。
2、起重电磁铁:用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。
3、制动电磁铁:主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。
4、自动电器的电磁系统:如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。
5、其他用途的电磁铁:如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。
斯特金的电磁铁发明,使人们看到了把电能转化为磁能的光明前景,这一发明很快在英国、美国以及西欧一些沿海国家传播开来。
1829年,美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新,用磁电绝缘导线代替裸铜导线,因此不必担心被铜导线过分靠近而短路。由于导线有了绝缘层,就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起,由于线圈越密集,产生的磁场就越强,这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。到了1831年,亨利试制出了一块更新的电磁铁,虽然它的体积并不大,但它能吸起1吨重的铁块。
在奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下 ,安培认识到磁现象的本质是电流 ,把涉及电流 、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用,提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元无法直接测量的困难 ,安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析,得出了结果。但由于安培对电磁作用持超距作用观念,曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设,期望遵守牛顿第三定律,使结论有误。上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设,经修正后的结果。应按近距作用观点理解为,电流元产生磁场,磁场对其中的另一电流元施以作用力。
1、将软铁棒插入一螺线形线圈内部,则当线圈通有电流时,线圈内部的磁场使软铁棒磁化成暂时磁铁,但电流切断时,则线圈及软铁棒的磁性随着消失。
2、软铁棒磁化后所生成的磁场,加上原有线圈内的磁场,使得总磁场强度大为增强,故电磁铁的磁力大于 天然磁铁。
3、螺线形线圈的电流愈大,线圈圈数愈多,电磁铁的磁场愈强。
2、电话:下一节介绍。
3、安培计、伏特计、检流计
4、电铃等等。
5、自动化控制设备
6、工业自动化控制、办公自动化。
8、电磁继电器
9、磁悬浮列车
μ0 I1I2dι2 × (dι1 × γ12)
df12 = ── ───────────
4π γ123
式中dι1.dι2的方向都是电流的方向;γ12是从I1dι 指向I2dι 的径矢。安培定律可分为两部分。其一是电流元Idι(即上述I1dι )在γ(即上述γ12)处产生的磁场为
μ0 Idι × γ
dB = ── ─────
4π γ3
这是毕萨拉定律。其二是电流元Idl(即上述I2dι2)在磁场B中受到的作用力df(即上述df12)为:
df = Idι × B
1、线圈中心处的磁场方向可将线圈上某一小段导线视为直线,由安培右手定则判定之。
2、通有电流的圆形线圈上每一小段电流所产生的磁场,在线圈内都指向同一方向,故线圈内的磁场较直导线电流产生的磁场强度大。
3、圆形导线通入电流时,线圈外的磁场因各小段电流产生磁场的方向不一致, 因此产生的合成磁场较圈内磁场弱。
4、圆形线圈的电流愈大,半径愈小,则线圈中心处的磁场强度即愈大。
5、圆形线圈和圆盘形薄磁铁的磁力线形状相似。
二、螺线形线圈电流的磁场
1、用一条长导线绕成螺线形的长线圈,相当于由很多个圆形线圈所串联而成,每一圆形导线在中心处所建立的磁场均为同向,可以增强效应,故线圈中心处的磁场较单匝圆形线圈为强。
2、线圈内部磁力线形成方向相同的直线,在线圈约两端磁力线则渐弯曲向外。
3、螺线形线圈的磁力线特性与棒形磁铁的磁力线相似,线圈内的磁力线与线圈外方向恰相反。
4、线圈内磁场的强度与线圈上的电流及单位长度内线圈的圈数成正比。
三、螺线形线圈电流内磁场方向的右手螺旋定则(安培定理):以右手掌握住线圈,四指指向电流方向,大拇指所指的方向即为线圈内磁力线方向。
处理方法:
1、有励磁按钮的按一下励磁按钮,
2、无励磁按钮的,用电瓶对其充磁,
3、带一个灯泡负荷,超速运转几秒钟。
通过对常规发电机的构造及工作原理进一步研究分析后,我们最终找到了突破口,既是在常规发电原理构造的基础上运用"能量缓存转移法"来实现上述目的;也就是将部分固定方向的感应电流进行暂存处理后,再在滞后的时间内释放,所释放的能量不仅可以继续输出供给负载,而且在电枢续流绕组中所产生的附加磁能还可以对转子做正功(产生正转矩)。这就是低轴阻发电机正转矩磁能的来源。
由于异步运行,发电机的转子机械转速大于同步转速,由于出现转差,定子绕组电流增大,转子绕组产生感应电流,引起定、转子绕组的附加发热。分析表明,发电机失磁后对电力系统及发电机本身都会造成程度不同的危害,归纳起来有以下几方面。
对发电机本身的危害:
1、发电机失磁后,定子端部漏磁增强,使端部的部件和端部铁芯过热。
2、异步运行后,发电机的等效电抗降低,由 变为 。因而从系统中吸收的无功增加,使定子绕组过热。
3、发电机转子绕组出现的差频电流在转子绕组中产生额外损耗,引起转子绕组发热。
4、对大型直接冷却式汽轮发电机,平均异步转矩的最大值较小,惯性常数也相对降低,转子在纵横轴方面明显不对称。由于这些原因,在重负荷下失磁发电机的转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重。
对电力系统的危害:
1、发电机失磁后,由于有功功率摆动及系统电压的降低,可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步,引起系统振荡。
2、发电机失磁造成系统中大量无功缺少,当系统中无功储备不足,将引起电压下降。严重时引起电压崩溃,系统瓦解。
3、一台发电机失磁造成电压下降,系统中的其他发电机在自动调节励磁装置作用下,将增加其无功输出。从而使某些发电机、变压器、输电线路过电流,后备保护可能因过流动作,扩大了故障范围。
许多加工操作在厚重的块形材料上进行,这些用途需要永久磁铁。许多机械工厂的用户认为,这些磁铁的最大优点是不需要电气连接。
永久磁铁以330~10000磅升举能力为特色,而且只须旋转一个手柄就能接通或断开磁路。磁铁一般装有安全锁,确保磁铁不会在提升时意外断开。磁铁组可以用于比较重、而且单个磁铁应付不了的长载荷。
还有,在很多时候准备加工的零件非常细(0.25英寸或更细),而且要从一堆相似的零件中提取出来。永久磁铁不适合于每次从一堆零件中只提一件的工作。永久磁铁尽管在正确使用的情况下极其可靠,但是不能改变磁力大小。在这个方面,电磁铁通过可变电压控制装置使操作者能够控制磁场强度,并且能够从堆码的零件中选出一件。自含式电磁铁是按单位升举能力最划算的磁铁,其升举能力可以延伸到10500磅。
由蓄电池供电的磁铁是有用的,它们采用自含式胶体蓄电池增大升举能力,而且可以处理扁形、圆形和构件形状的产品。由蓄电池供电的磁铁能重复完成提升的动作,在没有外接电源的情况下提供相当大的升举能力。
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