Elektromagnetne naprave: namen, vrste, zahteve, konstrukcija

Namen elektromagnetnih naprav

Proizvodnja, transformacija, prenos, distribucija ali poraba električne energije se izvaja z uporabo električnih naprav. Iz vse njihove raznolikosti izpostavljamo elektromagnetne naprave, katerih delo temelji o pojavu elektromagnetne indukcijespremlja pojav magnetnih tokov.

Statične elektromagnetne naprave vključujejo dušilke, magnetne ojačevalnike, transformatorje, releje, zaganjalnike, kontaktorje in druge naprave. Rotacijski - elektromotorji in generatorji, elektromagnetne sklopke.

Komplet feromagnetnih delov elektromagnetnih naprav, namenjenih prevajanju glavnega dela magnetnega toka, imenovan magnetni sistem elektromagnetne naprave… Posebna strukturna enota takega sistema je magnetno vezje… Magnetni tokovi, ki prehajajo skozi magnetna vezja, so lahko delno omejeni v nemagnetnem mediju in tvorijo blodeče magnetne tokove.

Magnetni tokovi, ki potekajo skozi magnetno vezje, se lahko ustvarijo z enosmernimi ali izmeničnimi električnimi tokovi, ki tečejo v enem ali več induktivne tuljave… Takšna tuljava je element električnega tokokroga, zasnovan za uporabo lastne induktivnosti in/ali lastnega magnetnega polja.

Nastane ena ali več tuljav likvidacija… Imenuje se del magnetnega vezja, na katerem ali okoli katerega se nahaja tuljava jedro, se imenuje del, na katerem ali okoli katerega se tuljava ne nahaja jarem.

Izračun glavnih električnih parametrov elektromagnetnih naprav temelji na zakonu skupnega toka in zakonu elektromagnetne indukcije. Pojav medsebojne indukcije se uporablja za prenos energije iz enega električnega kroga v drugega.

Oglejte si več podrobnosti tukaj: Magnetna vezja električnih naprav in tukaj: Čemu je namenjen izračun magnetnega kroga?

Zahteve za magnetna vezja elektromagnetnih naprav

Zahteve za magnetna jedra so odvisne od funkcionalnega namena elektromagnetnih naprav, v katerih se uporabljajo.

V elektromagnetnih napravah se lahko uporabljajo konstantni in/ali izmenični magnetni tokovi. Trajni magnetni tok ne povzroča izgub energije v magnetnih vezjih.

Magnetna jedra, ki delujejo v pogojih izpostavljenosti stalni magnetni tok (npr. ležišča za enosmerne stroje) lahko izdelamo iz litih surovcev z naknadno strojno obdelavo. S kompleksno konfiguracijo magnetnih vezij jih je bolj ekonomično izdelati iz več elementov.

Prehod skozi magnetna vezja izmeničnega magnetnega toka spremljajo izgube energije, ki se imenujejo magnetne izgube… Povzročajo segrevanje magnetnih vezij. Ogrevanje magnetnih jeder je mogoče zmanjšati s posebnimi ukrepi za njihovo hlajenje (na primer delo v olju). Takšne rešitve otežujejo njihovo zasnovo, povečujejo stroške njihove proizvodnje in delovanja.

Magnetne izgube so sestavljene iz:

• izguba histereze;

• izgube zaradi vrtinčnih tokov;

• dodatne izgube.

Histerezne izgube je mogoče zmanjšati z uporabo mehkih magnetnih feromagnetov z ozko histerezno vezje.

Izgube zaradi vrtinčnih tokov se običajno zmanjšajo z:

• uporaba materialov z nižjo specifično električno prevodnostjo;

• proizvodnja magnetnih jeder iz električno izoliranih trakov ali plošč.

Porazdelitev vrtinčnih tokov v različnih magnetnih tokokrogih: a — pri litju; b — v kompletu delov iz pločevinastih materialov.

Srednji del magnetnega vezja je v večji meri prekrit z vrtinčnimi tokovi v primerjavi z njegovo površino, kar vodi do "premika" glavnega magnetnega toka proti površini magnetnega vezja, kar pomeni, da se pojavi površinski učinek.

To vodi do dejstva, da bo pri določeni frekvenci, značilni za material tega magnetnega vezja, magnetni tok popolnoma koncentriran v tanki površinski plasti magnetnega vezja, katere debelina je določena z globino penetracije pri dani frekvenci. .

Prisotnost vrtinčnih tokov, ki tečejo v magnetnem jedru iz materiala z nizko električno upornostjo, povzroči ustrezne izgube (izgube zaradi vrtinčnih tokov).

Naloga zmanjšanja izgub zaradi vrtinčnih tokov in čim večjega ohranjanja magnetnega pretoka se rešuje z izdelavo magnetnih vezij iz posameznih delov (ali njihovih delov), ki so med seboj električno izolirani. V tem primeru površina prečnega prereza magnetnega vezja ostane nespremenjena.

Plošče ali trakovi, vtisnjeni iz pločevinastih materialov in naviti na jedro, se pogosto uporabljajo. Za izolacijo površin plošč (ali trakov) se lahko uporabljajo različne tehnološke metode, od katerih se najpogosteje uporablja nanos izolacijskih lakov ali emajlov.

Magnetno vezje iz ločenih delov (ali njihovih delov) omogoča:

• zmanjšanje izgub vrtinčnih tokov zaradi pravokotne razporeditve plošč glede na smer njihovega kroženja (v tem primeru se zmanjša dolžina tokokrogov, po katerih lahko krožijo vrtinčni tokovi);

• da dobimo zanemarljivo neenakomerno porazdelitev magnetnega pretoka, saj je pri majhni debelini pločevine, sorazmerni z globino prodiranja, zaščitni učinek vrtinčnih tokov majhen.

Za materiale magnetnih jeder se lahko naložijo druge zahteve: odpornost na temperaturo in vibracije, nizki stroški itd. Pri načrtovanju določene naprave je izbran mehki magnetni material, katerega parametri najbolje ustrezajo določenim zahtevam.

Oblikovanje magnetnih jeder

Glede na proizvodno tehnologijo lahko magnetna jedra elektromagnetnih naprav razdelimo v 3 glavne skupine:

• lamelni;

• trak;

• oblikovani.

Lamelna magnetna vezja so sestavljena iz ločenih, med seboj električno izoliranih plošč, kar omogoča zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov. Tračna magnetna jedra dobimo z navijanjem traku določene debeline. V takšnih magnetnih vezjih je učinek vrtinčnih tokov bistveno zmanjšan, saj so ravnine trakov prekrite z izolacijskim lakom.

Oblikovana magnetna jedra se proizvajajo z litjem (elektro jeklo), keramično tehnologijo (feriti), mešanjem komponent, ki mu sledi stiskanje (magneto-dielektriki) in drugimi metodami.

Pri izdelavi magnetnega vezja elektromagnetne naprave je treba zagotoviti njegovo specifično zasnovo, ki jo določajo številni dejavniki (moč naprave, delovna frekvenca itd.), vključno s prisotnostjo ali odsotnostjo neposredne ali povratne pretvorbe elektromagnetnega energije v mehansko energijo v napravi.

Zasnove naprav, v katerih pride do takšne transformacije (elektromotorji, generatorji, releji itd.), Vključujejo dele, ki se premikajo pod vplivom elektromagnetne interakcije.

Naprave, pri katerih elektromagnetna indukcija ne povzroči pretvorbe elektromagnetne energije v mehansko (transformatorji, dušilke, magnetni ojačevalniki itd.), imenujemo statične elektromagnetne naprave.

V statičnih elektromagnetnih napravah se glede na zasnovo najpogosteje uporabljajo oklepna, palična in obročna magnetna vezja.

Oblikovana magnetna jedra imajo lahko bolj zapleteno obliko kot plošče in trakovi.

Oblikovana magnetna jedra: a - okrogla; b - d - oklepno; d - skodelica; f, g - vrtenje; h - veliko odprtin

Oklepna magnetna jedra odlikujejo preprostost zasnove in posledično izdelljivost. Poleg tega ta zasnova zagotavlja boljšo (v primerjavi z drugimi) zaščito tuljave pred mehanskimi vplivi in ​​elektromagnetnimi motnjami.

Jedrna magnetna vezja so različna:

• dobro hlajenje;

• nizka občutljivost na motnje (ker je EMF motenj, induciranih v sosednjih tuljavah, nasprotnega znaka in je delno ali popolnoma kompenzirana);

• manjša (glede na oklep) teža z enako močjo;

• manjša (glede na oklep) disipacija magnetnega pretoka.

Pomanjkljivosti naprav, ki temeljijo na paličnih magnetnih tokokrogih (v primerjavi z napravami, ki temeljijo na oklepnih), vključujejo težavnost izdelave tuljav (še posebej, če so nameščene na različnih palicah) in njihovo šibkejšo zaščito pred mehanskimi vplivi.

Zaradi nizkih tokov uhajanja se obročna magnetna vezja odlikujejo po eni strani z dobro izolacijo hrupa, po drugi strani pa z majhnim vplivom na bližnje elemente elektronske opreme (REE). Zaradi tega se pogosto uporabljajo v izdelkih radijske tehnike.

Slabosti krožnih magnetnih vezij so povezane z njihovo nizko tehnologijo (težave pri navijanju tuljav in namestitvi elektromagnetnih naprav na mestu uporabe) in omejeno močjo - do sto vatov (slednje je razloženo s segrevanjem magnetnega kroga, ki nima neposrednega hlajenja zaradi na njem nameščenih zavojev tuljave).

Izbira vrste in tipa magnetnega vezja se izvede ob upoštevanju možnosti pridobitve najmanjših vrednosti njegove mase, prostornine in stroškov.

Dovolj zapletene strukture imajo magnetna vezja naprav, v katerih je neposredna ali povratna pretvorba elektromagnetne energije v mehansko (na primer magnetna vezja vrtljivih električnih strojev). Takšne naprave uporabljajo oblikovana ali ploščata magnetna vezja.

Vrste elektromagnetnih naprav

Plin — naprava, ki se uporablja kot induktivni upor v tokokrogih izmeničnega ali pulzirajočega toka.

Magnetna jedra z nemagnetno režo se uporabljajo v AC dušilkah, ki se uporabljajo za shranjevanje energije, in v gladilnih dušilkah, namenjenih glajenju valovanja popravljenega toka. Hkrati obstajajo dušilke, v katerih je mogoče nastaviti velikost nemagnetne reže, kar je potrebno za spreminjanje induktivnosti dušilke med njenim delovanjem.

Naprava in princip delovanja električnega plina

Magnetni ojačevalnik — naprava, sestavljena iz enega ali več magnetnih vezij s tuljavami, s pomočjo katerih je mogoče spreminjati velikost toka ali napetosti v električnem tokokrogu, ki ga napaja izmenična napetost ali vir izmeničnega toka, na podlagi pojava nasičenja feromagneta pod delovanjem trajnega pristranskega polja.

Načelo delovanja magnetnega ojačevalnika temelji na spremembi diferencialne magnetne prepustnosti (merjene na izmeničnem toku) s spremembo enosmernega prednapetostnega toka, zato je najpreprostejši magnetni ojačevalnik nasičena dušilka, ki vsebuje delovno tuljavo in krmiljenje tuljava.

Transformator se imenuje statična elektromagnetna naprava, ki ima dve (ali več) induktivno sklopljenih tuljav in je zasnovana za pretvorbo z elektromagnetno indukcijo enega ali več AC sistemov v enega ali več drugih AC sistemov.

Moč transformatorja je določena z največjo možno indukcijo materiala magnetnega jedra in njegovih dimenzij. Zato so magnetna jedra (običajno paličastega tipa) močnih energetskih transformatorjev sestavljena iz pločevine električnega jekla z debelino 0,35 ali 0,5 mm.

Naprava in princip delovanja transformatorja

Elektromagnetni rele se imenuje elektromehanski rele, katerega delovanje temelji na učinku magnetnega polja mirujoče tuljave na gibljivi feromagnetni element.

Vsak elektromagnetni rele vsebuje dva električna vezja: vhodno (krmilno) signalno vezje in izhodno (krmiljeno) signalno vezje. Glede na načelo naprave krmiljenega vezja ločimo nepolarizirane in polarizirane releje. Delovanje nepolariziranih relejev, za razliko od polariziranih relejev, ni odvisno od smeri toka v krmilnem vezju.

Kako deluje in deluje elektromagnetni rele

Razlike med elektromagnetnimi releji DC in AC

Rotacijski električni stroj — naprava za pretvorbo energije na podlagi elektromagnetne indukcije in medsebojnega delovanja magnetnega polja z električnim tokom, ki vsebuje vsaj dva dela, ki sodelujeta v glavnem procesu pretvorbe in se lahko vrtita ali vrtita relativno drug glede na drugega.

Del električnih strojev, ki vključuje mirujoče magnetno vezje s tuljavo, imenujemo stator, vrteči se del pa imenujemo rotor.

Električni stroj, namenjen pretvarjanju mehanske energije v električno energijo, se imenuje električni stroj generator. Električni stroj, namenjen pretvarjanju električne energije v mehansko, se imenuje rotacijski elektromotor.

Načelo delovanja in naprava elektromotorjev

Načelo delovanja in naprava generatorjev

Zgornji primeri uporabe mehkih materialov za izdelavo elektromagnetnih naprav niso izčrpni. Vsa ta načela veljajo tudi za načrtovanje magnetnih vezij in drugih električnih izdelkov, ki uporabljajo induktorje, kot so električne stikalne naprave, magnetne ključavnice itd.