Les électroaimants et leurs applications

Un électroaimant crée un champ magnétique à l'aide d'une bobine alimentée en courant électrique. Pour amplifier ce champ et diriger le flux magnétique le long d'un chemin spécifique, la plupart des électroaimants ont un circuit magnétique en acier magnétique doux.

Application des électroaimants

Les électro-aimants sont devenus si répandus qu'il est difficile de nommer un domaine technologique où ils sont utilisés sous une forme ou une autre. On les trouve dans de nombreux appareils électroménagers - rasoirs électriques, magnétophones, téléviseurs, etc. Les appareils de technologie de communication — téléphonie, télégraphie et radio — sont impensables sans leur utilisation.

Les électroaimants font partie intégrante des machines électriques, de nombreux dispositifs d'automatisation industrielle, des équipements de contrôle et de protection pour diverses installations électriques. Un domaine d'application en développement des électroaimants est l'équipement médical. Enfin, des électroaimants géants sont utilisés pour accélérer les particules élémentaires dans les synchrophasotrons.

Le poids des électroaimants varie de quelques fractions de gramme à des centaines de tonnes, et l'énergie électrique consommée lors de leur fonctionnement varie de milliwatts à des dizaines de milliers de kilowatts.

Un domaine d'application particulier des électroaimants est celui des mécanismes électromagnétiques. Dans ceux-ci, des électroaimants sont utilisés comme entraînement pour effectuer le mouvement de translation nécessaire de l'élément de travail, soit pour le faire tourner d'un angle limité, soit pour créer une force de maintien.

Un exemple de tels électroaimants sont les électroaimants de traction, conçus pour effectuer certains travaux lors du déplacement de certains organes de travail; serrures électromagnétiques; embrayages et freins électromagnétiques et solénoïdes de freins; électroaimants actionnant des dispositifs de contact dans des relais, des contacteurs, des démarreurs, des disjoncteurs; électroaimants de levage, électroaimants vibrants, etc.

Dans un certain nombre d'appareils, avec ou à la place des électroaimants, des aimants permanents sont utilisés (par exemple, des plaques magnétiques de machines à couper les métaux, des freins, des serrures magnétiques, etc.).

Classification des électroaimants

Les électroaimants sont de conception très diverse, qui diffèrent par leurs caractéristiques et leurs paramètres, par conséquent la classification facilite l'étude des processus se produisant lors de leur fonctionnement.

Selon la méthode de création d'un flux magnétique et la nature de la force magnétisante agissante, les électroaimants sont divisés en trois groupes: les électroaimants neutres à courant continu, les électroaimants polarisés à courant continu et les électroaimants à courant alternatif.

Électroaimants neutres

Dans les électroaimants à courant continu neutre, un flux magnétique de travail est créé au moyen d'une bobine permanente.L'action de l'électroaimant ne dépend que de l'amplitude de ce flux et ne dépend pas de son sens et donc du sens du courant dans la bobine de l'électroaimant. En l'absence de courant, le flux magnétique et la force d'attraction agissant sur l'induit sont pratiquement nuls.

Electroaimants polarisés

Les électroaimants CC polarisés se caractérisent par la présence de deux flux magnétiques indépendants: (polarisation et travail. Le flux magnétique polarisant est dans la plupart des cas créé à l'aide d'aimants permanents. Parfois, des électroaimants sont utilisés à cette fin. Le flux de travail se produit sous l'action de la force magnétisante de la bobine de travail ou de commande. S'il n'y a pas de courant dans celles-ci, la force d'attraction créée par le flux magnétique polarisant agit sur l'armature. L'action d'un électroaimant polarisé dépend à la fois de l'amplitude et de la direction de la flux de travail, c'est-à-dire la direction du courant dans la bobine de travail.

Électroaimants CA

Dans les électroaimants à courant alternatif, la bobine est alimentée par une source de courant alternatif. Le flux magnétique créé par la bobine à travers laquelle passe le courant alternatif change périodiquement d'amplitude et de direction (flux magnétique alternatif), à la suite de quoi la force électromagnétique d'attraction pulse de zéro à un maximum avec une fréquence double de la fréquence de l'alimentation actuel.

Cependant, pour les électroaimants de traction, la réduction de la force électromagnétique en dessous d'un certain niveau est inacceptable, car cela conduit à des vibrations d'induit, et dans certains cas à une perturbation directe du fonctionnement normal.Par conséquent, dans les électroaimants de traction fonctionnant avec un flux magnétique alternatif, il est nécessaire de recourir à des mesures pour réduire la profondeur de l'ondulation de force (par exemple, utiliser une bobine de blindage recouvrant une partie du pôle de l'électroaimant).

Outre les variétés répertoriées, les électroaimants à correction de courant sont actuellement répandus, ce qui peut être attribué aux électroaimants à courant alternatif en termes de puissance et se rapproche des électroaimants à courant continu en termes de caractéristiques. Car il y a quand même quelques spécificités à leur travail.

Selon la manière dont l'enroulement est activé, une distinction est faite entre les électroaimants à enroulements série et parallèles.

Les enroulements en série fonctionnant à un courant donné sont réalisés avec un petit nombre de spires sur une grande section. Le courant traversant une telle bobine ne dépend pratiquement pas de ses paramètres, mais est déterminé par les caractéristiques des consommateurs connectés en série avec la bobine.

Les enroulements parallèles fonctionnant à une tension donnée ont, en règle générale, un très grand nombre de spires et sont constitués de fils de faible section.

De par la nature de la bobine, les électroaimants sont divisés en ceux fonctionnant en mode long, périodique et à court terme.

En termes de vitesse d'action, les électroaimants peuvent être à vitesse d'action normale, à action rapide et à action lente. Cette division est quelque peu arbitraire et indique principalement si des mesures particulières ont été prises pour atteindre la rapidité d'action requise.

Toutes les caractéristiques ci-dessus laissent leur marque sur les caractéristiques de conception des électroaimants.

Électroaimants de levage

Appareil électromagnétique

En même temps, avec toute la variété des électroaimants rencontrés dans la pratique, ils sont constitués des pièces principales ayant le même objectif. Ils comprennent une bobine avec une bobine magnétisante située dessus (il peut y avoir plusieurs bobines et plusieurs bobines), une partie fixe d'un circuit magnétique en matériau ferromagnétique (culasse et noyau) et une partie mobile d'un circuit magnétique (induit). Dans certains cas, la partie fixe du circuit magnétique est constituée de plusieurs parties (embase, boîtier, brides, etc.). un)

L'armature est séparée du reste du circuit magnétique par des entrefers et fait partie de l'électroaimant qui, percevant la force électromagnétique, la transfère aux parties correspondantes du mécanisme actionné.

Le nombre et la forme des entrefers séparant la partie mobile du circuit magnétique de la partie fixe dépendent de la conception de l'électroaimant.Les entrefers où une force utile se produit sont appelés travailleurs; les entrefers où il n'y a pas de force dans la direction du mouvement possible de l'ancre sont parasites.

Les surfaces de la partie mobile ou fixe du circuit magnétique qui limitent l'entrefer de travail sont appelées pôles.

Selon l'emplacement de l'armature par rapport au reste de l'électroaimant, on distingue les électroaimants à armature attractive externe, les électroaimants à armature rétractable et les électroaimants à armature externe à déplacement transversal.

Une caractéristique des électroaimants à armature attractive externe est l'emplacement externe de l'armature par rapport à la bobine. Ceci est principalement affecté par le flux de travail passant de l'armature au côté extrémité du noyau.Le mouvement de l'armature peut être de rotation (par exemple, un solénoïde de vanne) ou de translation. Les courants de fuite (fermant en plus de l'espace de travail) dans de tels électroaimants ne créent pratiquement pas de forces de traction et ont donc tendance à être réduits. Les électroaimants de ce groupe peuvent développer une force assez importante, mais sont généralement utilisés avec des courses d'armature relativement petites.

Une caractéristique distinctive des électroaimants à armature rétractable est le placement partiel de l'armature dans sa position initiale à l'intérieur de la bobine et son mouvement ultérieur dans la bobine pendant le fonctionnement. Les flux de fuite de tels électroaimants, en particulier avec de grands entrefers, créent une certaine force de traction, à la suite de laquelle ils sont utiles, en particulier pour des courses d'induit relativement importantes. De tels électroaimants peuvent être réalisés avec ou sans butée, et la forme des surfaces formant l'entrefer peut être différente selon la caractéristique de traction à obtenir.

Les plus courants sont les électroaimants à pôles plats et tronconiques, ainsi que les électroaimants sans limiteur. Comme guide de l'armature, on utilise le plus souvent un tube en matériau amagnétique, ce qui crée un espace parasite entre l'armature et la partie supérieure fixe du circuit magnétique.

Les solénoïdes à armature rétractable peuvent développer des forces et avoir des courses d'armature variant sur une très large plage, ce qui les rend largement utilisés.

Électro-aimants V avec une armature à armature mobile transversalement externe se déplace à travers les lignes de force magnétiques, tournant d'un certain angle limité.De tels électroaimants développent généralement des forces relativement faibles, mais permettent, par une adaptation appropriée des formes de pôle et d'armature, d'obtenir des modifications de la caractéristique de traction et un coefficient de retour élevé.

Dans chacun des trois groupes d'électroaimants répertoriés, il existe à son tour un certain nombre de variétés de conception liées à la fois à la nature du courant traversant la bobine et à la nécessité de garantir les caractéristiques et paramètres spécifiés des électroaimants.

Lire aussi : À propos du champ magnétique, des solénoïdes et des électroaimants