Электромагниты, электромагнитное реле, автоматы.

В начале XIX в. датский физик Г. Эрстед обнаружил, что вокруг проводника с током существует магнитное поле. На основании этого открытия впоследствии был сконструирован электромагнит — катушка с большим числом витков провода и помещенным внутри нее стальным сердечником. Стальной сердечник электромагнита значительно усиливает его магнитное поле, если по катушке течет электрический ток. Применение электромагнитов весьма широко: их используют для поднятия грузов, в электромагнитных выключателях и клапанах, муфтах сцепления, электроизмерительных приборах, тормозах, электромагнитных реле.
Рассмотрим, как используются электромагниты в обычном электрическом звонке, устройство которого схематично изображено на рисунке 25.
При подаче напряжения на гнезда звонка ток идет по цепи: гнездо «+» —> регулировочный винт —> якорь —> верхний вывод катушки электромагнита —> нижний вывод катушки электромагнита —> гнездо «- ». Протекающий электрический ток создает магнитное поле, которое притягивает якорь к сердечнику электромагнита. При этом молоточек якоря ударяет по чашечке звонка, и электрическая цепь разрывается. Из-за своей упругости якорь возвращается в первоначальное положение. Теперь ток опять течет по указанной цепи, якорь вновь притягивается к сердечнику, молоточек снова ударяет по чашечке звонка и т. д.

Рис. 25. Устройство электрического звонка

Одно из самых важных применений электромагнита — в электромагнитном реле.
Основная деталь электромагнитного реле (рис. 26) — электромагнит (катушка 3 с сердечником 2), установленный на стойке 1. Подвижная часть реле — якорь 4 — притягивается под действием магнитного поля, создаваемого катушкой реле (электромагнитом) 3. При этом якорь поворачивается вокруг оси вращения и замыкает или размыкает контакты реле 5 в зависимости от того, какие контакты имеет данное реле. При отключении тока якорь под действием пружины 6 возвращается в исходное состояние.
Контакты реле, которые до подачи тока в катушку были разомкнутыми, называются нормально разомкнутыми, а те, которые были замкнутыми, — нормально замкнутыми. Бывают также переключающие контакты, у них одна половина — нормально замкнутый контакт, а другая — нормально разомкнутый контакт. Если в цепи имеется электромагнитное реле К1, то принадлежность различных групп контактов к данному реле обозначается так: К1.1, К1.2, К1.3 и т. д. (рис. 27).
Рис. 26. Устройство электромагнитного реле: 1 — стойка; 2 — сердечник; 3 — катушка; 4 — якорь; 5 — контакты; 6 — пружина

Рис. 27. Условное обозначение элементов реле: а — катушка; 6 — нормально разомкнутый контакт; в — нормально замкнутый контакт; г — переключающий контакт

Электромагнитное реле используют для управления большими токами с помощью малых токов. Это происходит, например, при включении мощного электродвигателя станка. Электродвигатель, через который протекает большой ток, а также источник тока, питающий этот электродвигатель, включаются в цепь с помощью контактов реле. Замыкание контактов реле происходит при пропускании через его катушку небольшого тока от другого источника тока — таким образом осуществляется дистанционное управление (включение и выключение) потребителя электроэнергии и одновременно обеспечивается безопасность оператора станка. Существуют и другие, более сложные устройства запуска и остановки электродвигателей станков, например магнитные пускатели. Основная и главная их часть — все то же электромагнитное реле.
Другое направление использования электромагнитных реле — автоматика, автоматические устройства. Например, электромагнитное реле может использоваться как автомат, защищающий электрические цепи от чрезмерного тока в них. Каждый тип электромагнитного реле рассчитан на определенный ток срабатывания и определенный ток отпускания (ток, при котором якорь реле возвращается в первоначальное состояние). И если катушку реле включить в цепь основного тока 1, номинальное значение которого равно току срабатывания реле, а последовательно с катушкой включить его нормально замкнутый контакт, то при токе, превышающем номинальный, реле сработает и своим нормально замкнутым контактом разомкнет цепь (рис. 28).
В состав многих бытовых и промышленных устройств, оборудования входят автоматы — технические устройства, выполняющие определенные действия без непосредственного участия человека.

Рис. 28. Схема автомата — реле максимального тока

С одним из самых простых автоматов вы уже знакомы — это плавкий предохранитель в электрических цепях. Он разрывает электрическую цепь при возникновении в ней аварийной ситуации, когда ток становится недопустимо высоким. Это происходит, например, при коротком замыкании. Рассмотренный выше электрический звонок — также простой автомат.
Примерами других автоматов в бытовых устройствах являются терморегуляторы электрических утюгов, холодильников, реле времени (таймеры) в микроволновых печах, видеомагнитофонах. На производстве автоматы выполняют более сложные функции: сварочные автоматы сваривают кузова автомобилей; токарные, фрезерные станки-автоматы изготовляют различные детали и т. д. Многие автоматы заменяют человека там, где его присутствие невозможно: в открытом космосе, в условиях очень высоких или очень низких температур, очень низких или очень высоких давлений. Такие автоматы часто называют роботами.