Новое поколение электромагнитов.

Основываясь на опыте и практических испытаниях, основными недостатками ранее применяемых грузоподъемных электромагнитов, в частности М22, М42, М62 и их модификаций, являются неравномерный нагрев катушки электромагнита и неравномерное распределение магнитного поля по всей рабочей зоне электромагнита в процессе работы.

Неравномерный нагрев катушки электромагнита складывается из того, что использующиеся на данный момент конструкции катушек обладают высокой концентрацией магнитного потока по внутреннему полюсу электромагнита – в результате того, что здесь расположено наибольшее число витков катушки, которые значительно ухудшают условия теплоотвода. Температура у витков расположенных вблизи от полюсов, через которые происходит отвод тепла, – ниже, чем у витков расположенных в центре катушки.

Технические специалисты ООО “КЗЭ “ДимАл” решили данную проблему следующим образом: катушка электромагнита выполняется из трех частей, причем первая и третья выполнены из медного провода и размещены соответственно вдоль внутреннего и наружного полюса, а вторая размещена между первой и третьей частями и выполнена из алюминиевого провода большего сечения. Сущность разработки поясняется чертежом, где на рисунке 3 показан общий вид электромагнита.

Грузоподъемный электромагнит состоит из магнитопровода, образованного основанием 1, внутренним полюсом 2 и наружным полюсом 3, а также катушки, состоящей из трех частей 4, 5 и 6, размещенной в полости магнитопровода 7. При этом внутренняя часть катушки 4 расположена вдоль внутреннего полюса 2, наружная часть 6 – вдоль наружного полюса 3, а средняя часть 5 занимает все пространство в средней части полости, расположенное между частями 4 и 6. Части 4 и 6 выполнены из медного провода, а часть 5 – из алюминиевого провода большего сечения.

Выполнение из меди внутренней части 4 катушки, где средняя длина и вес витка невелики, позволяет разместить в небольшом объеме и при небольшой массе довольно много витков и создать значительную магнитодвижущую силу. Охлаждение этой части катушки производится преимущественно передачей тепла на магнитопровод через внутренний полюс. Наружная часть 6 катушки имеет большую длину витков и большее активное сопротивление, поэтому в ней выделяется больше тепла. В то же время эта часть катушки охлаждается лучше благодаря отводу тепла через наружный полюс, имеющий хорошее воздушное охлаждение.

Средняя часть 5 катушки выполнена из алюминиевого провода большого сечения, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия. Так как активное сопротивление этой части катушки при замене меди на алюминий не возросло, то и выделение в ней тепловой энергии осталось на прежнем уровне. Однако, за счет увеличения объема этой части катушки и площади ее поверхностей, удельное выделение тепла, приходящееся на единицу объема и на единицу поверхности охлаждения, уменьшилось, что привело к снижению температуры в этой части катушки, находящейся в наихудших условиях по отводу тепла.

Так же при теоретических расчетах, а затем и при практических испытаниях грузоподъемных электромагнитов с данным типом обмотки, было установлено, что значительное влияние на равномерный нагрев катушки, не превышающий допустимую рабочую температуру изоляции электромагнита, оказывает оптимальное соотношение витков в частях катушки 6 и 4 относительно общего числа витков катушки. Инженеры ООО “КЗЭ “ДимАл”, используя многолетний опыт работы в сфере производства и модернизации грузоподъемного электромагнитного оборудования, добились оптимизации данных значений.

Грузоподъемные электромагниты, выполненные с учетом вышеупомянутых требований, способны работать непрерывно неограниченное время, поскольку установившееся значение температуры в них не превышает допустимой для изоляции величины. Неравномерное распределение магнитного поля по всей рабочей зоне ранее применяемых электромагнитов приводит к тому, что при работе электромагнита со скрапом различной плотности, самая высокая его концентрация наблюдается в области внутреннего полюса, где площадь магнитного взаимодействия небольшая. На остальной части площади электромагнита магнитный поток значительно слабее, поэтому и грузоподъемность для скрапа различной плотности низкая. Такая конструкция электромагнита обеспечивает высокую грузоподъемность при работе с массивными предметами, не имеющими развитых плоских поверхностей, соприкасающихся с электромагнитом в одной точке, т.е. в зоне наибольшей концентрации магнитного потока.

Для обеспечения оптимальной работы грузоподъемного электромагнита с пачками тонколистного металла и пакетированных металлических отходов инженерами ООО “КЗЭ “ДимАл”, была разработана и запатентована специальная трехполюсная конструкция электромагнита, позволяющая обеспечить высокую грузоподъемность не только при работе с вышеуказанными грузами, но и при работе электромагнита с массивными предметами. А размещение защитной шайбы с опорой на все три полюса обеспечивает ее высокую прочность. Это достигается тем, что в грузоподъемном электромагните, содержащем магнитопровод с основанием, внутренним, средним и наружным полюсами, наружную катушку управления, расположенную между наружным и средним полюсами, выполняют из алюминиевого провода, а внутреннюю катушку управления, расположенную между внутренним и средним полюсами выполняют из медного провода меньшего сечения.

Сущность разработки поясняется чертежом, где на рисунке 4 показан общий вид электромагнита. Электромагнит состоит из магнитопровода с основанием 1, внутреннего полюса 2, наружного полюса 3, среднего полюса 4, наружной катушки управления 5, выполненной из изолированного алюминиевого провода, внутренней катушки управления 6, выполненной из изолированного медного провода меньшего сечения, защитной шайбы 7, расположенной между внутренним и наружной полюсами, и опирающейся на средний полюс 4, а также заливочной массы 8, заполняющей зазоры вокруг катушек управления 5 и 6. Выполнение катушки 5 из более легкого и обладающего высокой теплопроводностью алюминиевого провода уменьшает вес электромагнита, улучшает его тепловой режим. Выполнение катушки 6 из медного провода небольшого сечения позволяет сконцентрировать в полости между внутренним и средним полюсам достаточно много витков. Кроме того, применение среднего полюса, позволило увеличить суммарный магнитный поток и обеспечить равномерное распределение магнитного поля по всей рабочей зоне электромагнита. Совокупность всех изложенных выше конструктивных решений и позволила обеспечить высокую грузоподъемность электромагнита для пачек тонколистного металла и для пакетированных металлических отходов.

Для обеспечения оптимальной работы грузоподъемного электромагнита со скрапом переменной плотности, бойным шаром и плитой инженерами ООО “КЗЭ “ДимАл”, была разработана и запатентована специальная конструкция электромагнита со ступенчатым полюсом и составной катушкой. Данная конструкция обладает основными преимуществами трехполюсной системы, но более проста в производстве.

Электромагнит состоит из магнитопровода 1 с основанием 2, внутренним полюсом 3,наружным полюсом 4, катушки управления 5 и защитной шайбы 6. Зазор 7 вокруг катушки управления 5 заполнен изоляционной заливочной массой – эпоксидным компаундом. Внутренний полюс 3 имеет прямоугольную ступень 8, расширяющую его основанию 2. Катушка 5 состоит из двух (рисунок 5) или трех частей (рисунок 6). Первая часть 9 катушки занимает положение вдоль внутреннего полюса до его ступени 8. Вторая часть 10 катушки намотана поверх первой части 9 и ступени 8 из алюминиевого провода большего сечения и занимает полость по всей высоте. Третья часть катушки 11 – это ее последние ряды, расположенные вдоль наружного полюса.

При подъеме сыпучих грузов, обладающих большим магнитным сопротивлением,часть груза, притянутая к торцу внутреннего полюса, находится в состоянии насыщения и не способна пропустить весь его мощный магнитный поток. Некоторая часть магнитного потока внутреннего полюса проходит на груз со ступени 8 через часть 9 катушки. Таким образом, в этом режиме ступень 8 увеличивает действующую площадь поперечного сечения полюса, что повышает грузоподъемность электромагнита для сыпучих грузов.

Несмотря на меньшую высоту полости возле внутреннего полюса, здесь размещено большое число витков первой части 9 катушки, выполненной из медного провода небольшого сечения, что создает высокую концентрацию магнитного потока и обеспечивает высокую грузоподъемность электромагнита для плиты или шара. Часть 9 катушки примыкает к внутреннему полюсу двумя своими поверхностями, что улучшает отвод тепла от нее.

Выполнение из алюминия большего сечения второй части 10 катушки приводит к увеличению ее объема и площади поверхности, при этом удельное на единицу объема и площади выделение тепловой энергии уменьшается, что приводит к некоторому снижению температуры в этой части катушки. Эта часть катушки может быть выполнена и из медного провода, но для обеспечения теплового режима катушки сечение провода должно быть гораздо большим, чем это требуется по допустимой для меди токовой нагрузке. При этом существенно вырастают масса и стоимость катушки. Использование алюминиевого провода в этой части катушки более рационально. Третья часть 11 катушки, представляющая собой несколько ее последних рядов, расположена вдоль наружного полюса и выполнена из медного провода, сечение которого выбирается исходя из допустимой токовой нагрузки для меди. За счет использования более тонкого провода в этой хорошо охлаждаемой зоне располагается довольно большое число витков и концентрируется выделение значительной части тепловой энергии, что улучшает тепловой режим работы электромагнита в целом.