Электромагниты: руководство по использованию

Электромагниты предназначены для поднимания или притягивания различных металлических предметов в заданные отрезки времени. Например, электрический магнит пригодится при изготовления умных электрозамков, в оборудовании квеструмов или управления роботизированными конечностями. Электромагниты также используются в автоматизированных производственных и распределительных линиях: сортировочных машинах, торговых автоматах, роботизированных конвейерах, а также в испытательном упаковочном и медицинском оборудовании.

Список моделей

В нашем магазине мы предлагаем целую линейку электромагнитов на любой вкус и цвет.

Модель	Напряжение питания	Потребляемый ток	Удерживаемый вес	Размеры
LS-P20/15	5 В	0,2 А	3 кг	20×15 мм
LS-P30/22	5 В	0,4 А	15 кг	30×22 мм
LS-P34/25	12 В	0,45 А	25 кг	34×25 мм
LS-P50/27	12 В	0,5 А	55 кг	50×27 мм

Общие сведения

Электромагнит — это устройство на базе соленоида, которое преобразует электрическую энергию в магнитное поле. Простыми словами, электромагнит — это магнит, который можно включать и выключать.

В основе соленоида — медная катушка намотанная на нейлоновый каркас, которая установлена в стальной корпус с сердечником. Если на катушку подать напряжение, в области рабочей поверхности сердечника возникнет магнитное поле, которое будет притягивать к себе металлические предметы. Как только напряжение на катушке пропадёт, магнитное поле — пропадёт и соответственно металлические предметы перестанут притягиваться к электромагниту.

Для правильной работы электромагнита соблюдайте условия из списка:

1. Притягиваемая поверхность должны быть максимально плоской.
2. Притягиваемая область объекта должны быть не меньше, чем рабочая поверхность электромагнита.
3. Притягиваемые объекты должны быть изготовлены магнитно проницаемых материалов.
4. Температура окружающей среды не выше 130 °C.
5. Электромагнит рассчитан на работу в повторно-кратковременном режиме.

Конструкция электромагнита

Электромагнит состоит из медной катушки намотанной на нейлоновый каркас, которая установлена в стальной корпус. В центре корпуса расположен сердечник в виде цилиндра или как его принято называть «рабочая поверхность электромагнита».

Катушка

Катушка электромагнита выполнена в цилиндрической форме, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Такое соотношение длины намотки к диаметру цилиндра, позволяет при подачи напряжения на обмотку создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле. При снятии напряжения — магнитное поле катушки естественно пропадает.

Стальной корпус с сердечником

Катушка соленоида установлена в металлическом корпусе c сердечником в центре в виде цилиндра. Для защиты от механических повреждений и лучшего теплоотвода, электромагнит залит теплостойким составом в виде эпоксидной смолы из которой выступает вершина поверхности сердечника.

Магнитное поле будет наиболее сильным непосредственно вокруг металлической поверхности сердечника электромагнита и будет ослабевать с увеличением расстояния.

Габариты соленоида и размеры отверстий смотрите в описании товара и чертежа на интересующую модель устройства.

Выходные провода

На выходе электромагнита расположено два провода, для подключения к питанию или коммутирующему устройству, например к реле или силовому ключу. При подаче питания — электромагнитное поле активируется, при отпускании — электромагнитное поле деактивируется. Полярность влияет на направления магнитного поля: притягивать или отталкивать предметы.

Характеристики электромагнита

Режимы работы

Электромагнит может быть только в двух состояниях:

• Режим ON: при подаче напряжения, возникнет магнитное поле, которое будет притягивать к себе все металлические предметы.
• Режим OFF: при снятии напряжения, пропадёт магнитное поле, которое больше не будет притягивать металлические предметы.

Удерживаемый вес

Удерживаемый вес — это максимальная нагрузка в килограммах, которую электромагнит способен удержать. В нашем магазине представлены модели с удерживаемым весом от 3 до 55 кг.

Рабочий цикл

Соленоидная катушка в режиме ON преобразует часть электрической энергии в «нагрев» из-за сопротивления проволоки. Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания проволока в катушке нагревается. Также, при увеличении температуры катушки, её электрическое сопротивление уменьшается, позволяя течь ещё большему току, повышая ещё больше её температуру.

Чтобы уменьшить самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением. Т.е. чередовать режимы ON и OFF — использовать так называемый рабочий цикл.

Рабочий цикл электромагнита — это доля времени в процентах работы соленоида в режиме ON от общей продолжительности полного цикла ON + OFF. Например, показатель рабочего цикла равный 10% означает, что соленоид способен быть в режиме ON в течение 1 минуты из каждых 10 минут. Средний статистический рабочий цикл соленоидов от 10 до 25%.

Питание

В зависимости от модификации, электромагниты бывают расчитаны на три типа значения напряжения: 5 В, 12 В и 24 В. Рабочее напряжения конкретно вашего соленоида ищите в описании товара на интересующую модель устройства.

Примеры работы

Рассмотрим несколько примеров работы с электромагнитами.

Простой пульт

Работать с электромагнитными соленоидами можно даже без микроконтроллера. Соберём простую схему, где кнопка сможет рулить электромагнитным девайсом. Такой вариант можно использовать для тестирования магнитного поля.

Что понадобится

• 1× Электромагнит LS-P34/25 (12 В, 25 кг)
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Корпусная кнопка
• 1× Чёрная изолента

Схема устройства

Результат работы

В зависимости от состояния кнопки, магнитное поле будет менять своё состояние:

• При зажатой кнопке → цепь будет замкнута → магнитное поле активно.
• При отжатой кнопке → цепь будет разомкнута → магнитное поле не активно.

Автоматика с реле

Автоматизируем процесс, заставим электромагнит работать по заданному алгоритму. На роль контроллера для работы с соленоидом рассмотрим платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора — реле.

• 1× Электромагнит LS-P34/25 (12 В, 25 кг)
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Arduino Uno
• 1× Реле (Trema-модуль)
• 1× Кабель USB (A — B)
• 1× Соединительные провода «папа-мама»

Рекомендуем также обратить внимание на дополнительные платы расширения:

• Trema Shield поможет подключить реле к Arduino с помощью шлейфов из комплекта.
• Trema Set Shield поможет подключить реле к Arduino без проводов вовсе.

Схема устройства

Схема устройства с Trema Shield

Схема устройства с Trema Set Shield

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

// GPIO пин, к которому подключён реле
constexpr uint8_t RELAY_PIN = 3;

void setup() {
  // Назначаем пин с реле в режим выхода
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}
  
void loop() {
  // Подаём на реле высокий уровень
  // Электромагнит активен
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
  // Подаём на реле низкий уровень
  // Электромагнит не активен
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
}

Результат работы

После прошивки Arduino, магнитное поле каждую секунду будет менять своё состояние: активироваться или деактивироваться.

Автоматика с силовым ключом

Повторим прошлый эксперимент. На роль контроллера для работы с соленоидом рассмотрим всё туже платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора теперь возьмём силовой ключ.

• 1× Электромагнит LS-P34/25 (12 В, 25 кг)
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Arduino Uno
• 1× Силовой ключ (Trema-модуль)
• 1× Кабель USB (A — B)
• 1× Соединительные провода «папа-мама»

Рекомендуем также обратить внимание на дополнительные платы расширения:

• Trema Shield поможет подключить реле к Arduino с помощью шлейфов из комплекта.
• Trema Set Shield поможет подключить реле к Arduino без проводов вовсе.

Схема устройства

Схема устройства с Trema Shield

Схема устройства с Trema Set Shield

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

// GPIO пин, к которому подключён силовой ключ
constexpr uint8_t MOSFET_PIN = 3;

void setup() {
  // Назначаем пин с силовым ключом в режим выхода
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}
  
void loop() {
  // Подаём на силовой ключ высокий уровень
  // Электромагнит активен
  digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
  // Подаём на силовой ключ низкий уровень
  // Электромагнит не активен
  digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
}

Результат работы

После прошивки Arduino, магнитное поле каждую секунду будет менять своё состояние: активироваться или деактивироваться.

Габаритный чертёж

Размеры электромагнитов отличаются между собой. Габариты на конкретно ваш модуль, читайте в описании товара на интересующую модель устройства.

Ресурсы

• Электромагните в магазине:
  • Электромагнит LS-P20/15 (5 В, 3 кг)
  • Электромагнит LS-P30/22 (5 В, 15 кг)
  • Электромагнит LS-P34/25 (12 В, 25 кг)
  • Электромагнит LS-P50/27 (12 В, 55 кг)