Jak działa elektromagnes i gdzie pracuje w przemyśle

Elektromagnes to urządzenie, w którym pole magnetyczne powstaje dzięki przepływowi prądu przez zwojowy przewód, czyli cewkę. Zwykle w cewce znajduje się rdzeń z miękkiej stali, który wzmacnia to pole. Po wyłączeniu zasilania siła przyciągania niemal całkowicie znika, i to odróżnia elektromagnes od magnesu trwałego. W przemyśle wykorzystuje się go tam, gdzie ładunek trzeba złapać, przytrzymać i na rozkaz puścić.

Budowa elektromagnesu

Podstawowy układ ma trzy części. Cewka to nawinięty izolowany przewód miedziany lub aluminiowy. Rdzeń wykonuje się z materiału ferromagnetycznego, który łatwo się namagnesowuje i równie łatwo rozmagnesowuje, czyli ze stali niskowęglowej albo żelaza technicznego. Obudowa kieruje strumień pola ku powierzchni roboczej i chroni uzwojenie przed uszkodzeniem mechanicznym.

W elektromagnesach chwytających obudowa tworzy bieguny w postaci pierścieni lub listew, a między nimi leży cewka. Przedmiot z blachy zamyka obwód magnetyczny i wtedy siła jest największa. Gdy zostaje szczelina, na przykład przez rdzę, okujnę czy farbę, przyciąganie wyraźnie słabnie.

Jak działa i od czego zależy siła

Prąd płynący w przewodzie wytwarza wokół niego pole magnetyczne. Zwinięcie przewodu w cewkę sumuje pola poszczególnych zwojów, a rdzeń ferromagnetyczny wielokrotnie je wzmacnia. Siła przyciągania rośnie wraz z liczbą zwojów i natężeniem prądu, zależy też od przekroju rdzenia i od szczeliny powietrznej. Rdzeń nie przyjmuje jednak pola bez końca: po przekroczeniu nasycenia dalsze zwiększanie prądu daje już niewiele, a rośnie tylko nagrzewanie.

Ciepło wydzielane w uzwojeniu wynika z prawa Joule'a (moc cieplna równa się kwadratowi prądu razy rezystancja), dlatego elektromagnesy przemysłowe podaje się z określonym cyklem pracy. Przy pracy ciągłej cewka nagrzewa się, jej rezystancja rośnie, a prąd i siła spadają. Producent opisuje to jako czas włączenia w stosunku do całego cyklu. Od tego, jak liczy się realny udźwig w zależności od materiału i szczeliny, zależy bezpieczna praca, o czym mówi tekst o udźwigu chwytaka magnetycznego.

Elektromagnes, magnes trwały i przełączalny

Elektromagnes daje pełną kontrolę nad polem, ale zasilanie musi trwać przez cały czas trzymania. Przy zaniku napięcia ładunek spada, co w dźwigu czy suwnicy wymaga zabezpieczeń, na przykład zasilania awaryjnego. Magnes trwały trzyma bez prądu, jednak trudno go zwolnić. Rozwiązaniem pośrednim są chwytaki z przełączalnym polem magnetycznym, w których pole włącza się i wyłącza mechanicznie, a trzymanie nie zużywa energii. Zasadę takiego przełączania opisuje artykuł jak działa chwytak magnetyczny.

Zastosowania elektromagnesów w przemyśle

• Podnoszenie złomu, kęsów i blach na suwnicach, w hutach, składach złomu i stalowniach.
• Separatory magnetyczne w recyklingu, górnictwie i przetwórstwie, które wyłapują elementy stalowe z masy sypkiej.
• Hamulce i sprzęgła elektromagnetyczne w napędach, windach i maszynach pakujących.
• Zawory i styczniki, w których cewka porusza zwory.
• Uchwyty i stoły magnetyczne w szlifierkach oraz frezarkach.
• Przekaźniki, zamki elektromagnetyczne i wzbudniki w automatyce.

Jak zrobić elektromagnes samodzielnie

Prosty model do pokazu zrobisz w kilka minut. Na gwóźdź lub śrubę ze stali niskowęglowej nawiń kilkadziesiąt zwojów izolowanego drutu miedzianego i podłącz końce do baterii. Gwóźdź zacznie przyciągać spinacze, a po odłączeniu baterii szybko je puści. Więcej zwojów i mocniejsze źródło oznaczają silniejsze pole.

Taki model nie nadaje się do niczego poza demonstracją. Przy zwarciu bateria i drut mocno się grzeją, więc zachowaj ostrożność i nie zostawiaj układu włączonego. Nie wolno wyciągać z niego wniosków o elektromagnesach przemysłowych, które liczy się inaczej, z uwzględnieniem obwodu magnetycznego, nagrzewania i zabezpieczeń.

Najczęstsze pytania