§ 07 · Elektrické stroje a přístroje
Elektromagnety
Konstrukce, princip, rozdělení a využití elektromagnetů v elektrických přístrojích a strojích.
01Elektromagnety
- Elektromagnet je základním stavebním kamenem moderní elektrotechniky.
- Na rozdíl od trvalých permanentních magnetů vykazuje magnetické vlastnosti pouze tehdy, pokud jím prochází elektrický proud.
- Tento princip umožňuje snadné řízení magnetického pole, což nachází uplatnění v silnoproudé elektrotechnice, automatizaci i v elektrických strojích.
02Základní konstrukce a princip funkce
- Každý průchod elektrického proudu vodičem kolem sebe vytváří magnetické pole.
- Abychom toto pole zesílili a soustředili do jednoho místa, využíváme specifickou konstrukci sestávající ze tří hlavních částí:
- Cívka/Vinutí – Vodič navinutý v mnoha závitech a počet závitů přímo ovlivňuje sílu magnetického pole.
- Feromagnetické jádro – Materiál s vysokou permeabilitou, který magnetické siločáry koncentruje a vede.
- Kotva – Pohyblivá část magnetického obvodu, která je silově přitahována k jádru a vykonává mechanickou práci.
03Rozdělení elektromagnetů
- Podle druhu napájecího proudu dělíme elektromagnety na dvě hlavní skupiny, přičemž každá se chová odlišně:
- Stejnosměrné (DC) elektromagnety – Magnetický tok je stálý a síla je konstantní. Jádro může být z jednoho kusu masivního materiálu, protože zde nevznikají vířivé proudy. Jejich nevýhodou je pomalejší přitah.
- Střídavé (AC) elektromagnety – Magnetický tok se mění s frekvencí sítě, což způsobuje, že přidržná síla periodicky klesá k nule. Pro potlačení vibrací se používá stínící kroužek na části pólu. Jádro musí být složeno z izolovaných plechů kvůli omezení ztrát vířivými proudy.
04Využití v elektrických přístrojích
- V elektrických přístrojích slouží elektromagnety jako pohony, které spínají, rozpínají nebo jistí elektrické obvody:
- Relé a stykače – Elektromagnet po přivedení proudu přitáhne kotvu, která mechanicky sepne výkonové nebo pomocné kontakty.
- Jističe – Obsahují elektromagnetickou spoušť, která při zkratu okamžitě zatáhne za mechanismus a odpojí, čímž ho chrání před zničením.
- Elektromagnetické ventily a brzdy – Využívají se k mechanickému otevírání potrubí s kapalinou/plynem nebo k uvolnění/zablokování mechanických brzdných systémů.
05Role v elektrických strojích
- U elektrických strojů mluvíme spíše o elektromagnetických obvodech:
- Transformátory – Nepohyblivý stroj, kde elektromagnetické pole primární cívky indukuje napětí v cívce sekundární přes společné magnetické jádro.
- Elektromotory a generátory – Elektromagnety ve statoru nebo rotoru vytvářejí silná magnetická pole. Vzájemným silovým působením těchto polí dochází k přeměně elektrické energie na mechanickou nebo naopak.
interaktivní schéma
Elektromagnet zvedá kotvu
Indukce B = μ₀·N·I / δ
0,628 T
Přítažná síla F = B²·S / 2μ₀
62,8 N
Tíha břemene G = m·g
49,1 N
Zjednodušený model: magnetický odpor železa a nasycení jsou zanedbány, proto skutečný elektromagnet nad cca 1,5–2 T sílu dál nezvyšuje. Síla roste s druhou mocninou proudu a rychle klesá s mezerou.