Замок электромагнитный принцип работы

Одним из вариантов защиты двери помещения или ограждения от несанкционированного открытия является установка электромагнитного замка. Такое устройство устанавливают непосредственно на дверь, а управление им осуществляется дистанционно при помощи электрического сигнала. Электромагнитные замки пользуются большой популярностью благодаря своей высокой надёжности и отлично работают как внутри помещения, так и снаружи.

С появлением интеллектуальных систем контроля и управления доступом распространились и плотно вошли в обиход электромагнитные замки. Эти устройства вовсе не похожи на привычные запорные механизмы и работают совершенно по другому принципу. Они могут использоваться в составе штатной системы безопасности, совместно с домофоном или автономно. Благодаря подобной универсальности сегодня магнитные замки можно встретить на крупных предприятиях, в бизнес-центрах, общественных зданиях, в частных домах, дачных коттеджах, подъездах многоэтажек.

Электромагнитные замки имеют ряд неоспоримых преимуществ:

Наряду с достоинствами есть у подобных запорных устройств и некоторые недостатки. Основной из них – потребность в непрерывной подаче электропитания. В случае его отсутствия замок теряет способность удерживать дверь, и она открывается. Поэтому наличие резервного источника питания – обязательное условие эксплуатации такого устройства.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 октября 2020 года; проверки требуют 5 правок.

Магнитный замок и электромагнитный замок — запорные устройства, основанные на магнитном взаимодействии.

Пассивный магнитный замок не получает дополнительного питания, обладает небольшой силой, поэтому применяется для запирания дверей шкафов, в качестве кнопок на одежде, дамских сумочках и прочем.

Электромагнитный замок состоит из корпуса с электромагнитом и ответной планки (якоря) из металла с большой магнитной проницаемостью. Используется в качестве исполнительного устройства систем управления дверьми. Мощность электромагнита должна быть достаточной, чтобы исключить возможность силового открывания двери без видимых повреждений.

По типу запирания электромагнитные замки бывают:

По типу монтажа подразделяются на:

Конструкция магнитного замка

Запирающее устройство электромагнитного типа состоит из двух частей: корпуса замка и ответной планки (якоря). Последняя представляет собой сплошную металлическую пластину, сопоставимую по размерам с основным корпусом. Она крепится к дверному полотну и помогает удерживать его в запертом положении.

В корпусе электромагнитного замка располагается лишь сердечник, изготовленный из магнитомягкого материала, и катушка, состоящая из нескольких сотен витков медного провода, покрытого эмалью. Чаще всего применяются обмотки, имеющие от 300 до 1000 витков. Сам корпус устройства зачастую выполнен из нержавеющей стали, алюминия или других немагнитных сплавов. Существуют замки в пластиковых корпусах, однако в силу своей уязвимости они практически не используются.

Недостатки электромагнитного замка

Время на прочтение

Картинка rawpixel, Freepik

Периодически у каждого человека бывают такие ситуации, когда необходимо надолго уехать и запереть технический шкаф, гараж, дачу и т. д. и т. п.

Но дело осложняется тем, что навесной или врезной замок может быть нерационально размещать по тем или иным причинам, основной из которых является возможность взлома.

Любые электромагнитные замки требуют для своей работы питающего напряжения, а также недюжинной уверенности владельца в том, что всё «не замкнёт и не сгорит к чертям», пока владелец в счастливом неведении путешествует где-то «в прекрасных далях».

Достоинства электромагнитного замка

Электрический ток в обмотке устройства образуется в момент подачи напряжения. При этом сомкнутые ответная пластина (якорь) и сердечник представляют собой магнитную цепь, в которой возникает магнитное поле, удерживающее дверь в запертом положении. Для ее открывания необходимо краткосрочно разорвать магнитную цепь. Это возможно либо с помощью специального электронного ключа, либо путем силового отжима якоря. В последнем случае усилие, необходимое для разрыва цепи, рассчитывается по специальной формуле, а конечное значение указывается в технических характеристиках устройства.

Большое влияние на удерживающие свойства электромагнитного замка оказывает правильность его монтажа.

В случае неплотного прилегания якоря к корпусу устройства вследствие непрофессиональной установки или деформации дверного полотна образуется воздушный зазор. Он создает значительное сопротивление для электромагнитного поля и, как следствие, является причиной ослабления силы удержания замка. Стоит понимать, что это может существенно облегчить работу злоумышленников в случае попытки взлома двери.

Подключаются электромагнитные замки к слаботочной электрической сети с напряжением 12 В, реже – 24 В, через специальный преобразователь. В качестве источника резервного питания используются ИБП с аккумуляторами необходимой емкости.

На сегодняшний день производители выпускают накладные и врезные магнитные замки, предназначенные для монтажа внутри помещений и снаружи зданий. Последние защищены от воздействия негативных погодных факторов и успешно переносят перепады температуры, могут устанавливаться на входных дверях, калитках, воротах.

Разновидности электромагнитных замков

По типу конструкции электромагнитные замки бывают:

В зависимости от способа открывания двери замки могут быть:

Выбор силы удержания электромагнита будет зависеть от типа дверного полотна:

По типу применения электромагнитные замки бывают:

Замки с контроллером

Для обеспечения управления электромагнитным замком и получения возможности подключать к нему дополнительное оборудование, такое как считыватель, карточка или брелок, кнопка открывания, зуммер, на него устанавливается контроллер. Чтобы защитить контроллер от негативного воздействия внешних природных факторов, его необходимо поместить в специальный защитный корпус.

Электромагнитные замки с контроллером отличаются высокой надёжностью, поэтому обычно устанавливаются в помещениях, где к замку предъявляются высокие требования. Это могут быть входные двери в любое помещение, пожарные и запасные выходы и т. д.

Электромагнитный замок с контроллером устанавливают в помещении, где к запирающему устройству предъявляются высокие требования

Современные замки с контроллером имеют следующие характеристики:

Удерживающие электромагнитные замки

Особенность удерживающих замков в том, что при их установке не требуется особой точности и их легко регулировать. Главное преимущество удерживающих электромагнитных замков в том, что на их работу практически не влияет состояние двери. Благодаря своему простому устройству и надёжности, такие замки получили широкое распространение и обычно используются в местах массового присутствия людей, когда необходимо часто закрывать/открывать двери.

Обычно удерживающие замки устанавливают в верхней части двери, что на лёгких и непрочных полотнах может привести к нежелательным деформациям. Кроме того, их конструкция подвержена такому явлению, как остаточная намагниченность. Поэтому устройства удерживающего типа специалисты не рекомендуют использовать на полотнах, открывающихся внутрь или в обе стороны.

При установке удерживающего замка не требуется высокая точность и его легко регулировать

Замки сдвигового типа

Такой замок работает за счёт сдвигания плоского якоря. Основным преимуществом подобных моделей является то, что они могут устанавливаться внутрь дверного короба или полотна. А недостаток таких конструкций заключается в необходимости точно соблюдать зазор между взаимодействующими частями замка.

Сдвиговый замок можно устанавливать внутрь дверной рамы

Существует несколько основных параметров, на которые необходимо обращать внимание при выборе и эксплуатации сдвигового электромагнитного замка:

Кодовые электромагнитные замки

Основным их отличием от других типов замков является наличие кодовой клавиатуры, которая также может иметь считыватель карт/брелоков. Благодаря такому устройству открывать замок можно несколькими способами:

Кодовый замок, как и другие электромагнитные модели, отвечает правилам пожаробезопасности, так как при отключении питания происходит автоматическое открывание двери. Так как в конструкции такого замка нет трущихся деталей, он имеет большой срок службы и обычно устанавливается в помещениях, которые посещают 20 и более человек в день.

Кодовый электромагнитный замок имеет клавиатуру для ввода кода идентификации пользователя

При выборе электромагнитного замка надо обращать внимание на следующие критерии:

Обзор разных видов электромагнитных замков

https://youtube.com/watch?v=84S2o0u5jOg%3Ffeature%3Doembed

▍ Электромагнитные замки

Так как возможность механических замков мы уже отвергли (что, конечно же, не отрицает возможности их применения), однако раз у нас статья об электромагнитах, попробуем рассмотреть возможности их применения в наших целях. Заранее оговоримся, что это не совсем электромагнит без электричества, но, тем не менее, он удерживается без постоянного питания.

Всем хорошо известны электромагнитные устройства, встречающиеся практически на каждом шагу: электромагнитные замки на двери. Они применяются повсеместно:

Благодаря своей конструкции они позволяют надёжно удерживать дверь в закрытом состоянии, обеспечивают солидные величины сопротивления нагрузке на разрыв (насколько известно автору, более 200 кг для хороших систем), а также, благодаря своей конструкции, не содержащей никаких движущихся деталей, обладают высокой износостойкостью и долговечностью.

По сути подобные устройства представляют собой электромагнит с сердечником Ш-образной формы, на который намотана обмотка. Во время работы сердечник замыкается и размыкается якорем, в качестве которого выступает металлическая пластина, закреплённая на дверь:

Открывание и закрывание двери, запертой подобным замком, осуществляется с помощью подачи тока на электромагнит, а также его отключения. Возможен и чуть более сложный вариант, о нём будет ниже. Однако в упрощённом виде всё примерно так.

Ремонт замков электромагнитного типа

Хотя электромагнитный замок и имеет длительный срок службы и высокую надёжность, как и любое другое оборудование, через некоторое время он может выйти из строя. Основные факторы, которые могут привести к поломке замка:

Основные поломки электромагнитного замка связаны с ослаблением или пропаданием удерживающего усилия или с появлением остаточной намагниченности. Усилие может исчезать в связи с обрывом проводов, обеспечивающих питание замка, поломкой источника питания или с выходом из строя катушки электромагнита.

Основные неисправности электромагнитного замка и способы их устранения:

Ремонт электромагнитного замка

https://youtube.com/watch?v=umORmEDOJ70%3Ffeature%3Doembed

Советы по эксплуатации

Если электромагнитный замок был правильно установлен, то в процессе его эксплуатации обычно никаких проблем не возникает. Необходимо лишь придерживаться несложных правил по уходу за оборудованием:

▍ Магнитный хранитель

А теперь, когда мы немного разобрались, что представляет собой электромагнит, обратимся к интересному изобретению, окружённому ореолом таинственности, которое будоражит умы многих: так называемому «магнитному хранителю Эдварда Лидскалнина».

Как нарисовал это устройство сам автор в одной из своих работ «магнитный ток» (или «магнитный поток» в другом переводе), оно представляет собой подковообразный сердечник, который замыкается с одной стороны прямым бруском. На сердечник надеты катушки с проводом:

Работало устройство следующим образом: при подаче даже кратковременного импульса электроэнергии на катушки и его отключении замыкающая U-образный сердечник прямая часть не отваливалась и продолжала удерживаться (хотя после всего того, что мы узнали об электромагнитах выше, нас это никоим образом не должно удивлять).

Сам изобретатель объяснял это явление «вечным замыканием» магнитного потока внутри сердечника и даже провёл интересный эксперимент, в ходе которого подобным образом намагниченный сердечник у него продержался в течение 6 месяцев, причём, как он сам описывал дальнейшие события, при отсоединении замыкающей перемычки даже произошло проскакивание искры на контактах катушки (самоиндукция, о которой мы говорили выше). Всё это позволяло судить о сохранности величины «запасённого» магнитного поля, нисколько не уменьшившегося за полгода.

Работы этого изобретателя послужили толчком к собственным экспериментам множества других энтузиастов, которые выяснили, что подобный хранитель хорошо работает как с обычным чёрным металлом, так с алюминием и медью (по крайней мере, насколько известно о подобных экспериментах автору). Эффективность наверняка отличается ввиду разной магнитной проницаемости разных материалов сердечника, однако об этом у автора никакой более точной информации нет.

Как приходилось видеть автору, подобным способом склеивали между собой как металлические пластины, бруски, так даже и оцинкованные гайки.

Весьма ярким демонстратором подобного эффекта является следующий видеоролик, в котором были взяты два металлических бруска, между которыми проложен толстый проводник (в качестве которого, похоже, взят обычный сварочный электрод или что-то наподобие), уложенный внутри профрезерованного паза.

Как мы уже говорили выше, любой проводник, по которому течёт ток, окружён собственным магнитным полем, и оно тем сильнее, чем больший ток протекает через проводник. Поэтому совсем необязательно, чтобы для наблюдения эффекта «запирания магнитного потока», как его называют (но, на взгляд автора, наверное, будет правильнее назвать это «явлением ориентации доменов»), была применена мощная катушка. Достаточно пропустить мощный ток через прямой проводник, даже на весьма короткое время, что приведёт к весьма серьёзному склеиванию брусков между собой:

Кстати говоря, как можно видеть выше, несмотря на слегка экстравагантный вид этих двух брусков, выглядящих не как стандартный сердечник и якорь, к виду которых мы привыкли (Ш- образный, U-образный и т. д.), они по своей сути ничем не отличаются от обычного электромагнита. Поэтому, теоретически, если пропустить через проводник между склеившимися брусками ток в другом направлении (поменять контакты клемм аккумулятора местами), это должно привести к отклеиванию брусков друг от друга (жалко, что подобный опыт в видео выше не приводится, хотя он весьма логичен и хорошо бы довершил картину):

А дальше вы уже, наверное, поняли логику действий: если подобную систему из двух брусков мы будем использовать в качестве электромагнитного замка (один брусок на двери, а другой брусок — на неподвижной части дверной рамы; к тому же, они могут быть выполнены не в виде двух брусков, а в виде двух пластин), то мы можем получить весьма дешёвый и простой замок, который к тому же практически невозможно взломать, так как мало кому понятен принцип его действия!

Конечно, никто не заставляет носить с собой автомобильный аккумулятор «на горбу» 🙂 Это может быть выполнено, например, в следующем варианте: он находится внутри помещения и на двери имеются контактные площадки либо прорези, которых необходимо коснуться или просунуть в них соответственно, U-образный замыкающий ключ. В самом простом варианте — сам «ключник» на глаз регулирует время замыкания. Это, конечно, не совсем хорошо, и рано или поздно может привести к «бабаху» аккумулятора. Поэтому целесообразно использовать некоторую электронную схему, которая по замыканию контактов как запитывается сама, так и на короткое время подаёт питание на катушку. Всё остальное время она остаётся обесточенной.

Ещё одним интересным вариантом является возможность исключения аккумулятора из закрытого помещения. Вместо этого мы запитываем электронную схему и подаём питание на катушку с помощью носимого компактного источника энергии, например power bank, автомобильного пуско-зарядного устройства и т. д.

Для надёжного смыкания двух брусков или пластин друг с другом они могут быть установлены таким образом, чтобы их расположение было подпружиненным, в то же время исключающим возможность скользящего смещения относительно друг друга (так как это может привести к отклеиванию брусков друг от друга).

Кстати говоря, тем же самым экспериментатором, видео которого было приведено выше, был проведён эксперимент, являющийся частным случаем перемагничивания электромагнита: когда магнитный сердечник представляет собой стабильную систему, соединённую с помощью постоянных магнитов (если он к тому же содержит катушку электромагнита), то при подаче напряжения на катушку происходит перенаправление магнитного потока внутри сердечника, и к сердечнику может приклеиться новый элемент.

Например, таким образом мы можем открывать/закрывать дверь, используя в качестве удерживающей силы неодимовые магниты. Хотя автору этой статьи гораздо больше нравится первый вариант, так как он намного проще и дешевле.

Завершая рассказ, хочется сказать, что несмотря на широкое распространение стандартных способов ограничения доступа, в ряде случаев может быть интересным использование и альтернативного способа, рассмотренного в статье, так как он даёт как надёжность, так и устранение опасений, что в твоё отсутствие может произойти некое негативное событие с электронными системами, находящимися под напряжением. В любом случае, подобный вариант видится достаточно любопытным для обращения на него более пристального внимания.

Устройство и принцип работы электромагнитных замков

Хотя электромагнитные замки разных производителей могут отличаться по конструкции, принцип действия у них одинаковый. Дверь закрывается и открывается благодаря наличию внутри устройства электромагнита. Управлять таким запорным устройством можно при помощи нажатия на кнопку или путём введения специального кода.

Качество и надёжность замка будет зависеть от силы используемого электромагнита. Чем она будет больше, тем надёжнее фиксируется металлическая пластина, удерживающая двери.

При внезапном отключении электропитания электромагнитный замок не сможет выполнять своё непосредственное назначение, поэтому рекомендуется дополнительно устанавливать автономный источник питания или обычный механический замок.

Надёжность фиксации двери электромагнитным замком зависит от силы удержания встроенного магнита

Чтобы обеспечивать надёжную защиту дома, промышленного предприятия или территории, для управления электромеханическим замком должен быть обязательно установлен независимый источник энергии. В случае отключения основного питания система автоматически переходит в автономный режим, поэтому безопасности дома ничего угрожать не будет.

Принцип работы электромагнитного замка прост и понятен. Основная часть с магнитным устройством закрепляется непосредственно на дверной коробке и запитывается от источника постоянного напряжения. Запорная пластина крепится на дверное полотно. Когда подаётся питание, срабатывает электромагнит и к нему притягивается пластина ответной планки, благодаря чему обеспечивается надёжное запирание двери. При нажатии на кнопку, которой управляется замок, происходит отключение электропитания, после чего пластина отодвигается, позволяя двери открыться.

Внутреннее устройство

Электромагнитный замок состоит из следующих элементов:

Для питания практически любого электромагнитного замка необходимо постоянное напряжение 12 В. Оно может незначительно меняться, но это нежелательно. Если происходит снижение напряжения, уменьшается удерживающая сила электромагнита и надёжность замка также снижается. При повышении напряжения происходит перегрев обмотки, что может привести к её выходу из строя. Качественные современные электромагнитные замки потребляют всего несколько ватт, поэтому их установка не очень сильно отразится на общем потреблении электроэнергии.

Преимущества и недостатки

У электромагнитных замков много преимуществ, чем и объясняется их большая популярность:

Как и у любого другого типа замка, есть у этого запорного устройства и свои недостатки:

▍ Суть электромагнитов

Любой электромагнит построен на одних и тех же принципах, в основе которых лежит магнитное поле, возникающее вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку электромагнита, вызывает изменение вектора намагниченности доменов ферромагнетика сердечника. Под «доменами» понимаются образования из множества атомов, в которых направление намагниченности однородно и занимает определённое положение относительно соседних доменов:

Картинка «Процесс намагничивания домена» — Zureks, Chris Vardon, wikipedia.org

В общем случае можно сказать, что сила удержания электромагнита зависит от того, насколько короткими будут силовые линии магнитного потока, будут ли на его пути разрывы в виде воздушных промежутков, какова магнитная проницаемость материала, каково его сечение (чем больше сечение, тем меньше сопротивляемость магнитному потоку), а также какова величина тока, который проходит через катушку.

В качестве примера сказанного можно привести два случая: левый — электромагнит поднимает металлическую плиту, правый — металлолом:

Хорошо видно, что в первом случае магнитные линии гораздо короче, чем во втором. Практическим следствием этого является то, что в первом случае возможно поднять вес гораздо больше, чем во втором.

Именно поэтому в практически используемых электромагнитах стараются замыкающую сердечник часть (якорь) расположить как можно ближе к сердечнику, сделать смыкающиеся части наиболее гладкими, чтобы они могли плотно прилегать друг к другу.

При отключении питания электромагнита магнитный поток в нём начинает быстро уменьшаться, преобразуясь в электромагнитную силу самоиндукции, что вызывает возникновение электрического тока в катушке электромагнита, который может даже достигать величин в 3-4 тыс. вольт, превосходя в десятки раз тот, которым катушка запитывалась. В ряде случаев это даже может приводить к пробою катушки, для предотвращения чего иногда подключают к катушке специальное сопротивление, называемое разрядным.

Ещё одним интересным свойством электромагнита является то, что в некоторых случаях даже у промышленных электромагнитов для подъёма металлолома не всегда удаётся освободить груз, даже когда отключено питание электромагнита. Это связано с явлениями остаточного магнетизма как в самом сердечнике электромагнита, так и в поднимаемом грузе.

Для борьбы с этой проблемой используют способ «перемагничивания» электромагнита, который заключается в пропускании тока через его катушку в обратном направлении, относительного того тока, который вызвал намагничивание.

Причём для перемагничивания требуется достаточно небольшой ток, величина которого составляет приблизительно от 12 до 20% от величины рабочего тока.

Насколько удалось выяснить автору статьи, для электромагнитов тоже существует свой аналог «точки Кюри». Как для постоянных магнитов, то есть это температура, при которой происходит их размагничивание, которая составляет приблизительно 750°. При этой температуре магнитная проницаемость сердечника электромагнита стремится к нулю, соответственно, нулевой является и его грузоподъёмность.

Монтаж электромагнитного замка

Если у вас есть элементарные слесарные навыки и вы умеете работать с электрическими цепями, то установить такой замок самостоятельно несложно. Перед тем как приступить к выполнению работ, необходимо определиться с такими параметрами:

Наиболее распространённым является вариант, когда дверная коробка имеет выступ от края полотна в закрытом состоянии шириной 5–6 см и она открывается наружу. В таком случае проблем с самостоятельным монтажом электромагнитного замка не возникает, но сначала надо приобрести все необходимые инструменты:

Процесс установки электромагнитного замка делится на два этапа: монтаж ответной планки и самого магнита. Последовательность выполнения работ будет следующей:

В том случае когда двери открываются внутрь и полотно находится заподлицо с коробом, для монтажа замка надо использовать специальные монтажные уголки.

Установка электромагнитного замка своими руками

https://youtube.com/watch?v=7o6i7CPsPJw%3Ffeature%3Doembed

На дверях офисных, торговых, производственных помещений, автоматических воротах, в качестве исполнительных устройств домофонов, систем контроля и управления доступом, автономных дверных контроллеров, электронных замков, либо иных систем управления дверьми.

Отзывы пользователей

Установка электромагнитного замка обеспечивает повышенную безопасность в доме, квартире или офисе. Такие запорные устройства имеют высокую надёжность, большой срок службы и дистанционное управление. При выборе электромагнитного замка надо учитывать область его применения. Помните, что защищённость вашего дома будет зависеть не только от типа замка, но и от того, насколько правильно он установлен, а также от качества и надёжности входной двери.