6.2. Электромагниты

Ни один электронный замок не может обойтись без преобра­зования электрического сигнала в механическое воздействие. Наиболее удобным для этого является электромагнит. В ГДР люби­тели могут использовать выпускаемые в продаже втягивающие электромагниты народного предприятия «VEB Relaisteshik Grofi-breitenbach». Однако при отсутствии промышленных электромагни­тов их без труда можно сделать в любительских условиях.

Основные элементы электромагнита показаны на рис. 6.1. Прорезь и отверстие на внешнем конце якоря предназначены для крепления к нему деталей, передающих механическое усилие. Если же якорь использовать непосредственно в качестве ригеля замка, то для восприятия развивающихся при этом значительных усилий и из-за возможного перекоса якоря может понадобиться второй (внешний) подшипник, устанавливаемый на рамке.

Здесь следует напомнить принцип действия электромагнита, основанный на возникновении магнитного поля при протекании электрического тока через катушку. Поскольку сталь имеет гораз­до меньшее магнитное сопротивление, чем воздух, при вводе стального якоря в отверстие катушки первый втягивается в него до упора, причем сила втягивания якоря тем больше, чем меньше воздушный зазор между якорем и неподвижной частью электро­магнита. При слишком большом зазоре якорь может вообще не тронуться с места. Поэтому для каждого типа втягивающего магнита указывается максимальное значение зазора, обеспечивающего ход якоря. Максимальное усилие втягивания якоря возрастает с увели­чением силы тока в катушке. Если при фиксированном номиналь­ном напряжении использовать несколько катушек, то в катушке с наименьшим электросопротивлением развивается наибольшее усилие. Кроме того, для каждого электромагнита предусмотрена задаваемая в процентах максимальная продолжительность вклю­чения. Такое ограничение можно понять, если вспомнить, что выделяющееся в катушке тепло должно отводиться, при этом для определенной поверхности устанавливающаяся на ней темпе­ратура тем выше, чем больше энергия, преобразующаяся в тепло. То, что катушка включается лишь на короткое время, позволяет не превышать заданную предельную температуру. В рассмотрен­ных ниже примерах ток на магнит подается только в момент осво­бождения ригеля, и катушка не успевает перегреться.

Рис. 6.1. Конструкция втягивающе­го электромагнита (вид в сечении, Ялакс — максимальный ход якоря, зави­сит от типа электромагнита):

1 — катушка; 2 — корпус катушки; 3 — стальная рамка; 4 — сердечник с конусным углублением для входа яко­ря; 5 — якорь с конусным внутренним концом, а также прорезью и отвер­стием на внешнем; 6 — резьбовое от­верстие для крепления электромагнита

Известно, что объем катушки, диаметр и сопротивление про­вода, а также, следовательно, и напряжение, необходимое для создания определенного тока, тесно связаны друг с другом.

Рис. 6.2. График для ориентировочного определения максимально воз­можного диаметра провода при требуемом числе витков на 1 см3 продольного сечения катушки

Кроме того, приходится учитывать ограниченную механиче­скую прочность конструкции электромагнита, что сводится к сле­дующему:

1. Радиолюбитель, прежде чем устанавливать замок с электро­магнитом, должен оценить вероятность того, возникнут ли здесь, в данном конкретном выбранном им месте, какие-то силы, спо­собные повредить электромагнит.

2. Электромагнит должен освобождать ригель замка с мини­мально возможным усилием, полностью используя допустимый для него ход якоря. Начальное усилие определяется трением, иногда и натяжением пружины, обеспечивающей возвращение ригеля в исходное состояние.

3. Напряжение на электромагнит желательно подавать кратко­временно, только на период освобождения ригеля. В особых случаях, когда требуется постоянное притяжение ригеля, необхо­димо учитывать особенности 100 %-ной продолжительности включения в соответствии с техническими характеристиками электромагнита. Напряжение, достаточное для его срабатывания, можно определить экспериментально.

Рис. 6.3. Вариант установки втя­гивающего магнита в механический замок:

1 — ригель замка с вырезом для ввода якоря электромагнита; 2 — якорь электромагнита; 3 — слабая пружина (например, два витка про­волоки из пружинной стали диамет­ром 0,4 мм); 4 — корпус электро­магнита (закрепляется в замке)

В большинстве случаев любитель располагает электромагни­том какого-либо одного, определенного, типа, например реле GBM50, рассчитанным на напряжение 12 В при 25 %-ной про­должительности включения, или реле GBM100. Длина первого составляет примерно 30 мм. Винты ввинчены только для того, чтобы показать способ крепления электромагнита.

На рис. 6.2 приведен график, позволяющий определить число витков провода нужного диаметра, укладываемое примерно в 1 см² продольного сечения катушки, что необходимо при само­стоятельном изготовлении электромагнита.

Рис. 6.4. Варианты закрепления пружины якоря электромагнита: а — зацепление за корпус электромагнита; б — введение конца пружины в отвер­стие; в — припаивание

В описанных ниже примерах втягивающие магниты не всегда являются электромагнитами постоянного тока. Если использовать электромагнит переменного тока с пружиной возврата, могут на­ступить неприятные колебания, затрудняющие свободное втягива­ние якоря. На рис. 6.3 показана схема установки втягивающего электромагнита в случае последовательного включения механи­ческого и электромеханического замков. В том месте ригеля, где не могут появиться слишком большие силы, сделан вырез, в кото­рый входит якорь электромагнита, выполняя роль защелки. В этом положении якорь удерживается относительно слабой пружиной, отрегулированной с учетом усилия втягивания якоря при его со­ответствующем ходе. Верхний конец пружины входит в отвер­стие якоря, нижний может быть закреплен на корпусе электро­магнита. При этом нижний конец может быть выполнен удлинен­ным, что позволяет зацепить его за корпус, ввести в предусмотрен­ное здесь отверстие или просто припаять (рис. 6.4). В отдельных случаях возможно использование силы тяжести. Якорь удержи­вается с помощью пружины, позволяющей устанавливать электро­магнит в любом положении.