Elektromagnetilised seadmed: otstarve, tüübid, nõuded, disain

Elektromagnetiliste seadmete otstarve

Elektrienergia tootmine, muundamine, edastamine, jaotamine või tarbimine toimub elektriseadmete abil. Kõigist nende mitmekesisusest toome välja elektromagnetilised seadmed, mille töö põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtuse kohtamillega kaasneb magnetvoogude ilmumine.

Staatiliste elektromagnetiliste seadmete hulka kuuluvad drosselid, magnetvõimendid, trafod, releed, starterid, kontaktorid ja muud seadmed. Pöörlevad — elektrimootorid ja generaatorid, elektromagnetsidurid.

Elektromagnetiliste seadmete ferromagnetiliste osade komplekt, mis on ette nähtud magnetvoo põhiosa juhtimiseks, nimega elektromagnetilise seadme magnetsüsteem… Sellise süsteemi spetsiaalne struktuuriüksus on magnetahel… Magnetahelaid läbivad magnetvood võivad olla osaliselt piiratud mittemagnetilises keskkonnas, moodustades hajuvaid magnetvooge.

Magnetahelat läbivaid magnetvooge saab luua ühes või mitmes vooluringis voolava otse- või vahelduvvoolu abil. induktiivpoolid… Selline mähis on elektriskeemi element, mis on loodud kasutama oma induktiivsust ja/või oma magnetvälja.

Moodustatakse üks või mitu mähist likvideerimine… Nimetatakse magnetahela osa, millel või mille ümber mähis asub tuum, nimetatakse osaks, millel või mille ümber mähis ei asu ike.

Elektromagnetiliste seadmete peamiste elektriliste parameetrite arvutamisel lähtutakse koguvoolu seadusest ja elektromagnetilise induktsiooni seadusest. Vastastikuse induktsiooni nähtust kasutatakse energia ülekandmiseks ühest elektriahelast teise.

Vaata täpsemalt siit: Elektriseadmete magnetahelad ja siin: Mille jaoks on ette nähtud magnetahela arvutamine?

Nõuded elektromagnetiliste seadmete magnetahelatele

Magnetsüdamikele esitatavad nõuded sõltuvad elektromagnetiliste seadmete funktsionaalsest otstarbest, milles neid kasutatakse.

Elektromagnetilistes seadmetes saab kasutada nii konstantseid kui/või vahelduvaid magnetvooge. Püsimagnetvoog ei põhjusta magnetahelates energiakadusid.

Magnetsüdamikud, mis töötavad kokkupuutetingimustes pidev magnetvoog (nt alalisvoolumasinate voodid) saab valmistada valatud toorikutest koos järgneva töötlusega. Magnetahelate keeruka konfiguratsiooni korral on säästlikum valmistada neid mitmest elemendist.

Vahelduva magnetvoo magnetahelate läbimisega kaasnevad energiakadud, mis on nn. magnetkaod… Need põhjustavad magnetahelate kuumenemist. Magnetsüdamike kuumenemist on võimalik vähendada spetsiaalsete meetmetega nende jahutamiseks (näiteks õlis töötamine). Sellised lahendused raskendavad nende projekteerimist, suurendavad nende tootmis- ja käitamiskulusid.

Magnetkaod koosnevad:

• hüstereesi kaotus;

• pöörisvoolukaod;

• täiendavaid kaotusi.

Hüstereesi kadusid saab vähendada, kasutades pehme magnetiga ferromagneteid, millel on kitsas hüstereesi ahel.

Pöörisvoolukadusid vähendatakse tavaliselt järgmiselt:

• madalama erielektrijuhtivusega materjalide kasutamine;

• magnetsüdamike tootmine elektriisolatsiooniga ribadest või plaatidest.

Pöörisvoolude jaotus erinevates magnetahelates: a — valamisel; b — lehtmaterjalidest osade komplektis.

Magnetahela keskosa on selle pinnaga võrreldes suuremal määral kaetud pöörisvooludega, mis viib peamise magnetvoo «nihkumiseni» magnetahela pinna suunas ehk siis tekib pinnaefekt.

See toob kaasa asjaolu, et selle magnetahela materjali teatud sageduse korral kontsentreerub magnetvoog täielikult magnetahela õhukesesse pinnakihti, mille paksuse määrab läbitungimissügavus antud sagedusel. .

Madala elektritakistusega materjalist valmistatud magnetsüdamikus voolavate pöörisvoolude esinemine toob kaasa vastavad kaod (pöörisvoolukaod).

Pöörisvoolukadude vähendamise ja magnetvoo maksimaalse säilitamise ülesanne lahendatakse magnetahelate valmistamisega üksikutest detailidest (või nende osadest), mis on üksteisest elektriliselt isoleeritud. Sel juhul jääb magnetahela ristlõikepindala muutumatuks.

Laialdaselt kasutatakse lehtmaterjalidest stantsitud ja südamikule keritud plaate või ribasid. Plaatide (või ribade) pindade isoleerimiseks saab kasutada erinevaid tehnoloogilisi meetodeid, millest kõige sagedamini kasutatakse isoleerlakkide või emailide pealekandmist.

Eraldi osadest (või nende osadest) koosnev magnetahel võimaldab:

• pöörisvoolukadude vähendamine, mis on tingitud plaatide risti asetsemisest nende ringluse suuna suhtes (sel juhul väheneb ahelate pikkus, mida mööda pöörisvoolud võivad ringelda);

• et saavutada magnetvoo ebaühtlane jaotus, kuna lehtmaterjali väikese paksuse korral, mis on proportsionaalne läbitungimissügavusega, on pöörisvoolude varjestusefekt väike.

Magnetsüdamike materjalidele võib esitada muid nõudeid: temperatuuri- ja vibratsioonikindlus, madal hind jne. Konkreetse seadme projekteerimisel valitakse see pehme magnetmaterjal, mille parameetrid vastavad kõige paremini etteantud nõuetele.

Magnetsüdamike disain

Sõltuvalt tootmistehnoloogiast võib elektromagnetiliste seadmete magnetsüdamikud jagada kolme põhirühma:

• lamell;

• lint;

• vormitud.

Lamelaarsed magnetahelad komplekteeritakse eraldi, üksteisest elektriliselt isoleeritud plaatidelt, mis võimaldab vähendada pöörisvoolukadusid. Lindi magnetsüdamikud saadakse teatud paksusega lindi kerimisel. Sellistes magnetahelates väheneb pöörisvoolude mõju märkimisväärselt, kuna ribade tasapinnad on kaetud isoleeriva lakiga.

Moodustunud magnetsüdamikud valmistatakse valamise (elektriteras), keraamilise tehnoloogia (ferriidid), komponentide segamise, millele järgneb pressimine (magnetodielektrikud) ja muude meetoditega.

Elektromagnetilise seadme magnetahela valmistamisel on vaja tagada selle spetsiifiline konstruktsioon, mille määravad paljud tegurid (seadme võimsus, töösagedus jne), sealhulgas elektromagnetilise kiirguse otsese või vastupidise muundamise olemasolu või puudumine. energia mehaaniliseks energiaks seadmes.

Seadmete konstruktsioonid, milles selline transformatsioon toimub (elektrimootorid, generaatorid, releed jne), sisaldavad osi, mis liiguvad elektromagnetilise interaktsiooni mõjul.

Seadmeid, milles elektromagnetiline induktsioon ei põhjusta elektromagnetilise energia muundamist mehaaniliseks energiaks (trafod, drosselid, magnetvõimendid jne), nimetatakse staatilisteks elektromagnetseadmeteks.

Staatilistes elektromagnetilistes seadmetes kasutatakse olenevalt konstruktsioonist kõige sagedamini soomustatud, varraste ja rõngaste magnetahelaid.

Vormitud magnetsüdamikud võivad olla keerukama kujundusega kui lehed ja ribad.

Moodustatud magnetsüdamikud: a — ümarad; b — d — soomustatud; d — tass; f, g — pöörlemine; h — palju avasid

Soomustatud magnetsüdamikud eristuvad nende disaini lihtsuse ja sellest tulenevalt ka valmistatavuse poolest. Lisaks pakub see disain (võrreldes teistega) mähiste paremat kaitset mehaaniliste mõjude ja elektromagnetiliste häirete eest.

Südamiku magnetahelad on erinevad:

• hea jahutus;

• madal tundlikkus häirete suhtes (kuna naaberpoolides esile kutsutud häirete EMF on vastupidise märgiga ja osaliselt või täielikult kompenseeritud);

• sama võimsusega väiksem (soomuse suhtes) kaal;

• väiksem (soomuse suhtes) magnetvoo hajumine.

Varraste magnetahelatel põhinevate seadmete puudused (võrreldes soomustatud seadmetega) on poolide valmistamise töömahukus (eriti kui need on paigutatud erinevatele vardadele) ja nende nõrgem kaitse mehaaniliste mõjude eest.

Madalate lekkevoolude tõttu eristuvad ringmagnetahelad ühelt poolt hea müra isolatsiooni ja teisest küljest väikese mõjuga elektroonikaseadmete (REE) läheduses asuvatele elementidele. Sel põhjusel kasutatakse neid laialdaselt raadiotehnikatoodetes.

Ringikujuliste magnetahelate miinused on seotud nende madala tehnoloogiaga (raskused mähise keeramisel ja elektromagnetiliste seadmete paigaldamisel kasutuskohta) ja piiratud võimsusega - kuni sadu vatti (viimast seletatakse magnetahela kuumenemisega, millel puudub otsejahutus sellel asuvate mähise pöörete tõttu).

Magnetahela tüübi ja tüübi valikul võetakse arvesse võimalust saada selle massi, mahu ja maksumuse väikseimad väärtused.

Piisavalt keerukates struktuurides on seadmete magnetahelad, milles toimub elektromagnetilise energia otsene või vastupidine muundamine mehaaniliseks energiaks (näiteks pöörlevate elektrimasinate magnetahelad). Sellistes seadmetes kasutatakse vormitud või plaaditud magnetahelaid.

Elektromagnetiliste seadmete tüübid

Drosselklapp — seade, mida kasutatakse vahelduv- või pulssvooluahelates induktiivse takistusena.

Mittemagnetilise vahega magnetsüdamikke kasutatakse vahelduvvoolu drosselites, mida kasutatakse energia salvestamiseks, ja tasandusdrosselites, mis on mõeldud alaldatud voolu pulsatsiooni tasandamiseks. Samal ajal on drosselid, milles saab reguleerida mittemagnetilise pilu suurust, mis on vajalik drosselite induktiivsuse muutmiseks selle töö ajal.

Elektrilise gaasihoova seade ja tööpõhimõte

Magnetvõimendi — seade, mis koosneb ühest või mitmest magnetahelast koos mähistega, mille abil saab vahelduvpinge või vahelduvvooluallikaga toidetavas elektriahelas voolu või pinge suurust muuta, võttes aluseks ferromagneti küllastusnähtuse. püsiva nihkevälja toimel.

Magnetvõimendi tööpõhimõte põhineb diferentsiaalse magnetilise läbilaskvuse muutumisel (mõõdetuna vahelduvvoolul) koos alalispingevoolu muutumisega, seetõttu on lihtsaim magnetvõimendi küllastunud drossel, mis sisaldab töömähist ja juhtseadet. mähis.

Trafo nimetatakse staatiliseks elektromagnetiliseks seadmeks, millel on kaks (või enam) induktiivselt ühendatud mähist ja mis on ette nähtud ühe või enama vahelduvvoolusüsteemi muundamiseks elektromagnetilise induktsiooni abil üheks või mitmeks muuks vahelduvvoolusüsteemiks.

Trafo võimsuse määrab magnetsüdamiku materjali maksimaalne võimalik induktsioon ja selle mõõtmed. Seetõttu on võimsate jõutrafode magnetsüdamikud (tavaliselt varraste tüüpi) kokku pandud 0,35 või 0,5 mm paksusest elektriterasest lehtedest.

Trafo seade ja tööpõhimõte

Elektromagnetiline relee nimetatakse elektromehaaniliseks releeks, mille töö põhineb statsionaarse mähise magnetvälja mõjul liikuvale ferromagnetilisele elemendile.

Iga elektromagnetrelee sisaldab kahte elektriahelat: sisend- (juhtimis-) signaaliahel ja väljund (juhitav) signaaliahel. Vastavalt juhitava vooluahela seadmepõhimõttele eristatakse polariseerimata ja polariseeritud releed. Polariseerimata releede töö, erinevalt polariseeritud releedest, ei sõltu juhtahela voolu suunast.

Kuidas elektromagnetrelee töötab ja töötab

Erinevused DC ja AC elektromagnetiliste releede vahel

Pöörlev elektrimasin — seade, mis on ette nähtud energia muundamiseks elektromagnetilise induktsiooni ja magnetvälja vastasmõjul elektrivooluga, mis sisaldab vähemalt kahte põhimuundamisprotsessis osalevat osa ning on võimeline üksteise suhtes pöörlema ​​või pöörlema.

Elektrimasinate seda osa, mis sisaldab mähisega statsionaarset magnetahelat, nimetatakse staatoriks ja pöörlevat osa nimetatakse rootoriks.

Elektrimasinat, mis on loodud mehaanilise energia muundamiseks elektrienergiaks, nimetatakse elektrimasina generaatoriks. Elektrimasinat, mis on ette nähtud elektrienergia muundamiseks mehaaniliseks energiaks, nimetatakse pöörlevaks elektrimootoriks.

Elektrimootorite tööpõhimõte ja seade

Generaatorite tööpõhimõte ja seade

Ülaltoodud näited pehmete materjalide kasutamisest elektromagnetiliste seadmete loomiseks ei ole ammendavad. Kõik need põhimõtted kehtivad ka magnetahelate ja muude induktiivpooli kasutavate elektritoodete (nt elektrilised lülitusseadmed, magnetlukud jne) projekteerimisel.