Instrument za elektromagnete

Elektromagnet, uređaj koji se sastoji od jezgre magnetskog materijala okruženog zavojnicom kroz koju prolazi električna struja radi magnetiziranja jezgre. Elektromagnet se koristi tamo gdje su potrebni magnet koji se može kontrolirati, kao u slučajevima u kojima magnetski tok treba mijenjati, preokretati ili uključivati ​​i isključivati.

Inženjerski dizajn elektromagneta sistematizira se pomoću koncepta magnetskog kruga. U magnetskom krugu magnetomotivna sila F, ili Fm, definirana je kao amperski okret svitka koji stvara magnetsko polje za stvaranje magnetskog toka u krugu. Prema tome, ako zavojnica od n okretaja na metar nosi struju i amperu, polje unutar zavojnice je ni ampera po metru, a magnetomotivna sila koju stvara je nil ampera-okreta, gdje je l duljina zavojnice. Pogodnije, magnetomotivna sila je Ni, gdje je N ukupni broj okreta u zavojnici. Gustoća magnetskog toka B ekvivalentna je u magnetskom krugu gustoće struje u električnom krugu. U magnetskom krugu magnetski ekvivalent struji ukupni je tok koji simbolizira grčko slovo phi, ϕ, dano od BA, gdje je A površina presjeka magnetskog kruga. U električnom krugu elektromotorna sila (E) povezana je sa strujom, tj., U krugu prema E = Ri, gdje je R otpor otpora kruga. U magnetskom krugu F = rϕ, gdje je r nevoljkost magnetskog kruga i ekvivalentna je otporu u električnom krugu. Nevoljkost se dobiva dijeljenjem duljine magnetske putanje l na propusnost s površinom A poprečnog presjeka; dakle r = l / μA, grčko slovo mu, μ, koje simbolizira propusnost medija koji tvori magnetski krug. Jedinice nevoljkosti su amperski zaokreti po weberu. Ovi se koncepti mogu upotrijebiti za izračunavanje odbojnosti magnetskog kruga, a time i struje potrebne kroz zavojnicu da bi se probio željeni tok kroz ovaj krug.

Međutim, nekoliko pretpostavki koje su uključene u ovu vrstu proračuna čine ih u najboljem slučaju samo približnim vodičem za dizajn. Učinak propusnog medija na magnetsko polje može se predočiti kao gutanje magnetskih linija sile u sebi. Suprotno tome, linije sila koje prolaze iz područja visoke do jedne s niskom propusnošću imaju tendenciju da se šire, i ta će se pojava odvijati na zračnom jastuku. Tako će se gustoća fluksa, proporcionalna broju sila linija po jedinici površine, u zračnom jastuku smanjiti linijama ispupčenim ili rubnim na bokovima. Ovaj će se učinak povećati za duže praznine; mogu se napraviti grube korekcije uzimajući u obzir efekt ograde.

Također se pretpostavlja da je magnetsko polje u potpunosti ograničeno unutar zavojnice. U stvari, uvijek postoji određeni protok curenja, predstavljen magnetskim silama oko vanjske strane zavojnice, koje ne doprinose magnetizaciji jezgre. Protok curenja općenito je mali ako je propusnost magnetske jezgre relativno velika.

U praksi je propusnost magnetskog materijala funkcija gustoće fluksa u njemu. Stoga se izračunavanje može izvršiti samo za stvarni materijal ako je dostupna stvarna krivulja magnetizacije ili, korisnije, graf μ prema B.

Konačno, dizajn pretpostavlja da magnetska jezgra nije magnetizirana do zasićenja. Da jest, gustoća fluksa se ne bi mogla povećati u zračnom jastuku u ovom dizajnu, bez obzira koliko struje je prošlo kroz zavojnicu. Ti se koncepti dalje proširuju u sljedećim odjeljcima o određenim uređajima.