Шта је магнетно коло и где се користи

Два сложена корена "магнет" и "проводник" повезани словом "о" одређују сврху овог електричног уређаја, створеног да поуздано преноси магнетни флукс кроз посебан проводник са минималним или у неким случајевима одређеним губицима.

Електроиндустрија широко користи међузависност електричне и магнетне енергије, њихов прелазак из једног стања у друго. На овом принципу раде многи трансформатори, пригушнице, контактори, релеји, стартери, електромотори, генератори и други слични уређаји.

Њихов дизајн укључује магнетно коло које преноси магнетни флукс побуђен проласком електричне струје за даље претварање електричне енергије. То је једна од компоненти магнетног система електричних уређаја.

Магнетно језгро електричног производа (уређаја) (водич флукса калема) — магнетни систем електричног производа (уређаја) или скуп неколико његових делова у облику посебне структурне јединице (ГОСТ 18311-80).

Од чега је направљено магнетно језгро?

Магнетне карактеристике

Супстанце које су укључене у његов дизајн могу имати различита магнетна својства. Обично се деле у 2 типа:

1. слабо магнетна;

2. веома магнетна.

Да би се разликовали, користи се термин «Магнетна пермеабилност µ», који одређује зависност створене магнетне индукције Б (силе) од вредности примењене силе Х.

Горњи графикон показује да феромагнети имају јака магнетна својства, док су слаби у парамагнетима и дијамагнетима.

Међутим, индукција феромагнета са даљим повећањем напона почиње да се смањује, имајући изражену тачку са максималном вредношћу која карактерише тренутак засићења супстанце. Користи се у прорачуну и раду магнетних кола.

Након престанка деловања напона, део магнетних својстава остаје са супстанцом, а ако се на њу примени супротно поље, онда ће део њене енергије бити утрошен на превазилажење овог разломка.

Стога, у круговима наизменичног електромагнетног поља постоји индукционо кашњење од примењене силе. Сличну зависност од магнетизације супстанце феромагнета карактерише график тзв хистереза.

На њему тачке Хк показују ширину контуре која карактерише резидуални магнетизам (коерцитивну силу). Према својој величини, феромагнети се деле у две категорије:

1. мекана, коју карактерише уска петља;

2. тврд, са великом принудном силом.

Прва категорија укључује меке легуре гвожђа и пермола. Користе се за прављење језгара за трансформаторе, електромоторе и алтернаторе јер стварају минимални утрошак енергије за преокретање магнетизације.

Тврди феромагнети направљени од угљеничних челика и специјалних легура користе се у различитим дизајнима трајних магнета.

Приликом избора материјала за магнетно коло, губици се узимају у обзир за:

• хистереза;

• вртложне струје настале дејством ЕМФ индукованог магнетним флуксом;

• последица због магнетне вискозности.

Материјали (уреди)

Карактеристике легура

За дизајн магнетних кола наизменичне струје производе се специјални типови лимова или намотаних танкозидних челика са различитим степеном легирања, који се производе хладним или топлим ваљањем. Такође, хладно ваљани челик је скупљи, али има мање индукционе губитке.

Челични лимови и калемови се машински обрађују у плоче или траке. Покривени су слојем лака за заштиту и изолацију. Двострано покривање је поузданије.

За релеје, стартери и контакторе који раде у ДЦ колима, магнетна језгра су ливена у чврстим блоковима.

АЦ кола

Магнетна језгра трансформатора

Једнофазни уређаји

Међу њима су уобичајена два типа магнетних кола:

1. штап;

2. Арморед.

Први тип се израђује са две шипке, на сваком од којих су одвојено постављене по два намотаја са високонапонским или нисконапонским калемовима. Ако се НН и НН калем постави на шипку, онда се јављају велики токови дисипације енергије и компонента реактансе се повећава.

Магнетни флукс који пролази кроз шипке затворен је горњим и доњим јармом.

Оклопни тип има шипку са калемовима и јармовима из којих се магнетни флукс дели на две половине. Дакле, његова површина је двоструко већа од попречног пресека јарма.Такве структуре се чешће налазе у трансформаторима мале снаге, где се на структури не стварају велика топлотна оптерећења.

Енергетски трансформатори захтевају велику расхладну површину са намотајима због конверзије већих оптерећења. Консолидована шема је погоднија за њих.

Трофазни уређаји

За њих можете користити три једнофазна магнетна кола која се налазе на трећини обима или сакупљати калемове обичног гвожђа у њиховим кавезима.

Ако узмемо у обзир заједничко магнетно коло од три идентичне структуре које се налазе под углом од 120 степени, као што је приказано у горњем левом углу слике, онда ће унутар централне шипке укупни магнетни флукс бити уравнотежен и једнак нули.

У пракси се, међутим, чешће користи поједностављени дизајн који се налази у истој равни, када се три различита намотаја налазе на засебном штапу. У овој методи, магнетни флукс са крајњих намотаја пролази кроз велики и мали прстен, а од средине - кроз два суседна. Због формирања неравномерне расподеле растојања, ствара се одређена неравнотежа магнетних отпора.

Он намеће посебна ограничења за прорачуне дизајна и неке начине рада, посебно у празном ходу. Али генерално, таква шема магнетног кола се широко користи у пракси.

Магнетна кола приказана на горњим фотографијама су направљена од плоча, а калемови су постављени на склопљене шипке. Ова технологија се користи у аутоматизованим фабрикама са великим машинским парком.

У малим индустријама може се користити технологија ручне монтаже због празних трака, када се калем у почетку прави намотаном жицом, а затим се око њега поставља магнетно коло од траке од трансформаторског гвожђа са узастопним завојима.

Таква уврнута магнетна кола се такође стварају према типу шипке и оклопа.

За технологију трака, дозвољена дебљина материјала је 0,2 или 0,35 мм, а за уградњу са плочама може се изабрати 0,35 или 0,5 или чак више. То је због потребе да се трака чврсто намота између слојева, што је тешко урадити ручно када се ради са дебелим материјалима.

Ако при намотавању траке на колут њена дужина није довољна, онда је дозвољено да јој се споји наставак и поуздано притисне новим слојем. На исти начин се у ламеларна магнетна кола склапају плоче од шипки и јарма, при чему се у свим овим случајевима спојеви морају изводити минималних димензија, јер утичу на укупну релуктанцију и губитак енергије уопште.

За тачан рад покушава се избећи стварање таквих спојева, а када их је немогуће искључити, онда се користе брушење ивица, постижући блиско пристајање метала.

Приликом ручног састављања конструкције, прилично је тешко прецизно оријентисати плоче једна према другој. Због тога су у њима избушене рупе и убачене игле, чиме је обезбеђено добро центрирање. Али овај метод мало смањује површину магнетног кола, искривљује пролаз линија силе и магнетни отпор уопште.

Велика аутоматизована предузећа специјализована за производњу магнетних језгара за прецизне трансформаторе, релеје, стартера напустила су рупе за перфорирање унутар плоча и користе друге технологије монтаже.

Обложене и предње конструкције

Магнетна језгра направљена на основу плоча могу се саставити одвојеном припремом шипки јарма, а затим монтирањем намотаја са калемовима, као што је приказано на фотографији.

Поједностављени дијаграм монтаже кундака је приказан десно. Може имати озбиљан недостатак — „ватра у челику“, коју карактерише изглед вртложне струје у језгру до критичне вредности као што је приказано на слици испод лево са таласастом црвеном линијом. Ово ствара хитан случај.

Овај недостатак се елиминише изолационим слојем, што значајно утиче на повећање магнетизирајућег флукса. А то су непотребни губици енергије.

У неким случајевима, потребно је повећати овај јаз да би се повећала реактивност. Ова техника се користи у индукторима и пригушницама.

Из горе наведених разлога, шема монтаже лица се користи у некритичним структурама. За тачан рад магнетног кола користи се ламинирана плоча.

Његов принцип се заснива на јасној расподели слојева и стварању једнаких празнина у шипки и јарму на начин да се приликом монтаже све настале шупљине попуне са минималним спојевима. У овом случају, плоче шипке и јарма су међусобно преплетене, формирајући снажну и круту структуру.

Претходна фотографија изнад приказује ламинирану методу повезивања правоугаоних плоча.Међутим, нагнуте структуре, обично створене на 45 степени, имају мање губитке магнетне енергије. Користе се у моћним магнетним колима енергетских трансформатора.

Фотографија приказује монтажу неколико нагнутих плоча са делимичним растерећењем укупне конструкције.

Чак и са овом методом, потребно је пратити квалитет потпорних површина и одсуство неприхватљивих празнина у њима.

Метода коришћења косих плоча обезбеђује минималне губитке магнетног флукса у угловима магнетног кола, али значајно компликује процес производње и технологију монтаже. Због повећане сложености посла, користи се веома ретко.

Метода ламиниране монтаже је поузданија. Дизајн је робустан, захтева мање делова и склапа се унапред припремљеном методом.

Овом методом се ствара заједничка структура од плоча. Након комплетне монтаже магнетног кола, постаје неопходно уградити завојницу на њега.

Да бисте то урадили, потребно је раставити већ састављени горњи јарам, сукцесивно уклањајући све његове плоче. Да би се елиминисала таква непотребна операција, технологија склапања магнетног кола је развијена директно унутар припремљених намотаја са калемовима.

Поједностављени модели ламелираних конструкција

Трансформатори мале снаге често не захтевају прецизну магнетну контролу. За њих се бланкови креирају методама штанцања према припремљеним шаблонима, након чега следи премазивање изолационим лаком и то најчешће на једној страни.

Леви склоп магнетног кола се ствара уметањем празнина у завојнице изнад и испод, а десни вам омогућава да савијете и убаците средишњу шипку у унутрашњи отвор завојнице. У овим методама, између потпорних плоча формира се мали ваздушни јаз.

Након склапања комплета, плоче су чврсто притиснуте причвршћивачима. Да би се смањиле вртложне струје са магнетним губицима, на њих се наноси слој изолације.

Карактеристике магнетних кола релеја, стартера

Принципи стварања пута за пролаз магнетног флукса остали су исти. Само магнетно коло је подељено на два дела:

1. покретни;

2. трајно фиксиран.

Када дође до магнетног флукса, покретна арматура, заједно са на њој причвршћеним контактима, привлачи се по принципу електромагнета, а када нестане, враћа се у првобитно стање под дејством механичких опруга.

Кратак спој

Наизменична струја се стално мења по величини и амплитуди. Ове промене се преносе на магнетни флукс и покретни део арматуре, који може да бруји и вибрира. Да би се елиминисао овај феномен, магнетно коло се одваја уметањем кратког споја.

У њему се формира бифуркација магнетног флукса и фазни помак једног од његових делова. Затим, приликом преласка нулте тачке једне гране, у другој делује сила која спречава вибрације, и обрнуто.

Магнетна језгра за уређаје једносмерне струје

У овим колима нема потребе да се бавимо штетним дејством вртложних струја, које се манифестују у хармонијским синусоидним осцилацијама.За магнетна језгра се не користе склопови танких плоча, већ се израђују са правоугаоним или заобљеним деловима методом једноделних ливења.

У овом случају, језгро на које се монтира калем је округло, а кућиште и јарам су правоугаони.

Да би се смањила почетна сила вучења, ваздушни јаз између одвојених делова магнетног кола је мали.

Магнетна кола електричних машина

Присуство покретног ротора који се ротира у пољу статора захтева посебне карактеристике дизајн електромотора и генератори. Унутар њих је потребно распоредити калемове кроз које протиче електрична струја, тако да се обезбеде минималне димензије.

У ту сврху се праве шупљине за полагање жица директно у магнетна кола. Да бисте то урадили, одмах приликом штанцања плоча, у њима се стварају канали, који су након монтаже спремне линије за завојнице.

Дакле, магнетно коло је саставни део многих електричних уређаја и служи за пренос магнетног флукса.