Електромагнетни уређаји: намена, врсте, захтеви, дизајн

Намена електромагнетних уређаја

Производња, трансформација, пренос, дистрибуција или потрошња електричне енергије врши се помоћу електричних уређаја. Из све њихове разноликости издвајамо електромагнетне уређаје, чији је рад заснован о феномену електромагнетне индукцијепраћено појавом магнетних флукса.

Статички електромагнетни уређаји укључују пригушнице, магнетна појачала, трансформаторе, релеје, стартери, контакторе и друге уређаје. Ротирајући — електромотори и генератори, електромагнетна квачила.

Скуп феромагнетних делова електромагнетних уређаја дизајнираних да проводе главни део магнетног флукса, Намед магнетни систем електромагнетног уређаја… Посебна структурна јединица таквог система је магнетно коло… Магнетни флуксови који пролазе кроз магнетна кола могу бити делимично ограничени у немагнетној средини, формирајући залутале магнетне флуксове.

Магнетни флуксови који пролазе кроз магнетно коло могу се створити коришћењем директних или наизменичних електричних струја које теку у једном или више индуктивни калемови… Такав калем је елемент електричног кола дизајниран да користи сопствену индуктивност и/или сопствено магнетно поље.

Формира се један или више намотаја ликвидације… Део магнетног кола на коме се или око кога се налази калем назива се језгро, назива се део на коме или око којег се калем не налази јарам.

Прорачун главних електричних параметара електромагнетних уређаја заснива се на закону укупне струје и закону електромагнетне индукције. Феномен међусобне индукције се користи за пренос енергије из једног електричног кола у друго.

Више детаља погледајте овде: Магнетна кола електричних уређаја и овде: За шта је прорачун магнетног кола?

Захтеви за магнетна кола електромагнетних уређаја

Захтеви за магнетна језгра зависе од функционалне намене електромагнетних уређаја у којима се користе.

У електромагнетним уређајима могу се користити и константни и/или наизменични магнетни флуксови. Стални магнетни флукс не узрокује губитке енергије у магнетним колима.

Магнетна језгра која раде у условима изложености константни магнетни флукс (нпр. кревети за ДЦ машине) могу се направити од ливених залогаја уз накнадну машинску обраду. Са сложеном конфигурацијом магнетних кола, економичније је производити их од неколико елемената.

Пролазак кроз магнетна кола наизменичног магнетног флукса праћен је губицима енергије, који се тзв. магнетни губици… Они узрокују загревање магнетних кола. Могуће је смањити загревање магнетних језгара посебним мерама за њихово хлађење (на пример, рад у уљу). Таква решења компликују њихов дизајн, повећавају трошкове њихове производње и рада.

Магнетни губици се састоје од:

• губитак хистерезе;

• губици на вртложне струје;

• додатни губици.

Губици хистерезе могу се смањити употребом феромагнета меког магнета са уским хистерезисно коло.

Губици вртложних струја се обично смањују за:

• употреба материјала са нижом специфичном електричном проводљивошћу;

• производњу магнетних језгара од електрично изолованих трака или плоча.

Расподела вртложних струја у различитим магнетним колима: а — у ливењу; б — у комплету делова од лимених материјала.

Средњи део магнетног кола је у већој мери покривен вртложним струјама у односу на његову површину, што доводи до «померања» главног магнетног флукса ка површини магнетног кола, односно долази до површинског ефекта.

То доводи до чињенице да ће на одређеној фреквенцијској карактеристици материјала овог магнетног кола магнетни флукс бити потпуно концентрисан у танком површинском слоју магнетног кола чија је дебљина одређена дубином продирања на датој фреквенцији. .

Присуство вртложних струја које теку у магнетном језгру направљеном од материјала са малим електричним отпором доводи до одговарајућих губитака (губитака на вртложне струје).

Задатак смањења губитака вртложних струја и максималног очувања магнетног флукса решава се израдом магнетних кола од појединачних делова (или њихових делова), који су међусобно електрични изоловани. У овом случају, површина попречног пресека магнетног кола остаје непромењена.

Широко се користе плоче или траке утиснуте од лимених материјала и намотане на језгро. За изолацију површина плоча (или трака) могу се користити различите технолошке методе, од којих се најчешће примењује наношење изолационих лакова или емајла.

Магнетно коло направљено од одвојених делова (или њихових делова) омогућава:

• смањење губитака вртложних струја због окомитог распореда плоча у односу на правац њиховог кружења (у овом случају се смањује дужина кола дуж којих могу да круже вртложне струје);

• да би се добила занемарљива неуједначена расподела магнетног флукса, пошто је при малој дебљини материјала лима, сразмерној дубини продирања, ефекат заштите вртложних струја мали.

За материјале магнетних језгара могу се поставити и други захтеви: отпорност на температуру и вибрације, ниска цена итд. Приликом пројектовања одређеног уређаја бира се меки магнетни материјал чији параметри најбоље задовољавају наведене захтеве.

Пројектовање магнетних језгара

У зависности од технологије производње, магнетна језгра електромагнетних уређаја могу се поделити у 3 главне групе:

• ламеларни;

• трака;

• укалупљена.

Ламеларна магнетна кола се регрутују из одвојених, електрични изолованих плоча једна од друге, што омогућава смањење губитака вртложних струја. Магнетна језгра траке се добијају намотавањем траке одређене дебљине. У таквим магнетним колима, ефекат вртложних струја је значајно смањен, пошто су равни траке прекривене изолационим лаком.

Формирана магнетна језгра се производе ливењем (електро челик), керамичком технологијом (ферити), мешањем компоненти праћеним пресовањем (магнето-диелектрици) и другим методама.

У производњи магнетног кола електромагнетног уређаја потребно је обезбедити његов специфичан дизајн, који је одређен многим факторима (снага уређаја, радна фреквенција, итд.), укључујући присуство или одсуство директне или реверзне конверзије електромагнетног уређаја. енергије у механичку енергију у уређају.

Дизајн уређаја у којима долази до такве трансформације (електромотори, генератори, релеји итд.) обухватају делове који се крећу под утицајем електромагнетне интеракције.

Уређаји код којих електромагнетна индукција не изазива претварање електромагнетне енергије у механичку (трансформатори, пригушнице, магнетни појачивачи итд.) називају се статички електромагнетни уређаји.

У статичким електромагнетним уређајима, у зависности од конструкције, најчешће се користе оклопна, штапна и прстенаста магнетна кола.

Обликована магнетна језгра могу имати сложенији дизајн од листова и трака.

Формирана магнетна језгра: а — округла; б — д — оклопни; д — шоља; ф, г — ротација; ж — много отвора

Оклопна магнетна језгра одликују се једноставношћу дизајна и, као резултат тога, продуктивношћу. Поред тога, овај дизајн обезбеђује бољу (у поређењу са осталима) заштиту завојнице од механичких утицаја и електромагнетних сметњи.

Магнетна кола језгра су различита:

• добро хлађење;

• ниска осетљивост на сметње (пошто је ЕМФ индукованих сметњи у суседним калемовима супротног предзнака и делимично или потпуно компензован);

• мања (у односу на оклоп) тежина са истом снагом;

• мање (у односу на оклоп) расипање магнетног флукса.

Недостаци уређаја на бази штапних магнетних кола (у односу на уређаје на блиндираним) су мукотрпност израде калемова (нарочито када се постављају на различите шипке) и њихова слабија заштита од механичких утицаја.

Због малих струја цурења, прстенаста магнетна кола одликују се, с једне стране, добром изолацијом од буке, ас друге стране малим утицајем на оближње елементе електронске опреме (РЕЕ). Из тог разлога, они се широко користе у производима радио инжењеринга.

Недостаци кружних магнетних кола су повезани са њиховом ниском технологијом (потешкоће у намотавању калемова и уградњом електромагнетних уређаја на месту употребе) и ограниченом снагом - до стотине вати (ово последње се објашњава загревањем магнетног кола, који нема директно хлађење због смештених на њему завоја калема).

Избор типа и типа магнетног кола врши се узимајући у обзир могућност добијања најмањих вредности његове масе, запремине и цене.

Довољно сложене структуре имају магнетна кола уређаја у којима постоји директна или реверзна конверзија електромагнетне енергије у механичку (на пример, магнетна кола ротирајућих електричних машина). Такви уређаји користе ливена или плочаста магнетна кола.

Врсте електромагнетних уређаја

Гуша — уређај који се користи као индуктивни отпор у колима наизменичне или пулсирајуће струје.

Магнетна језгра са немагнетним размаком се користе у пригушницама наизменичне струје које се користе за складиштење енергије и у пригушницама за изглађивање које су дизајниране да изгладе таласе исправљене струје. Истовремено, постоје пригушнице у којима се може подесити величина немагнетног размака, што је неопходно за промену индуктивности пригушнице током њеног рада.

Уређај и принцип рада електричног гаса

Магнетно појачало — уређај који се састоји од једног или више магнетних кола са намотајима помоћу којих се струја или напон могу мењати по величини у електричном колу које напаја наизменични напон или извор наизменичне струје, на основу употребе феномена засићења феромагнета под дејством сталног поља пристрасности.

Принцип рада магнетног појачивача заснива се на промени диференцијалне магнетне пермеабилности (мерене на наизменичном струјом) са променом једносмерне струје, стога је најједноставнији магнетни појачавач засићена пригушница која садржи радни калем и контролу. калем.

Трансформер назива се статички електромагнетни уређај који има два (или више) индуктивно спрегнутих калемова и дизајниран је да електромагнетном индукцијом претвара један или више система наизменичне струје у један или више других система наизменичне струје.

Снага трансформатора је одређена максималном могућом индукцијом материјала магнетног језгра и његовим димензијама. Због тога се магнетна језгра (обично типа шипке) моћних енергетских трансформатора склапају од лимова електро челика дебљине 0,35 или 0,5 мм.

Уређај и принцип рада трансформатора

Електромагнетни релеј назива се електромеханички релеј, чији се рад заснива на дејству магнетног поља стационарног намотаја на покретни феромагнетни елемент.

Сваки електромагнетни релеј садржи два електрична кола: коло улазног (контролног) сигнала и излазно (контролисано) сигнално коло. Према принципу уређаја контролисаног кола разликују се неполаризовани и поларизовани релеји. Рад неполаризованих релеја, за разлику од поларизованих релеја, не зависи од смера струје у управљачком колу.

Како ради и ради електромагнетни релеј

Разлике између ДЦ и АЦ електромагнетних релеја

Ротациона електрична машина — уређај дизајниран за претварање енергије на основу електромагнетне индукције и интеракције магнетног поља са електричном струјом, који садржи најмање два дела која су укључена у главни процес конверзије и који могу да се ротирају или ротирају један у односу на други.

Део електричних машина који укључује стационарно магнетно коло са калемом назива се статор, а ротирајући део се назива ротор.

Електрична машина дизајнирана да претвара механичку енергију у електричну енергију назива се генератор електричне машине. Електрична машина дизајнирана да претвара електричну енергију у механичку енергију назива се ротациони електромотор.

Принцип рада и уређај електромотора

Принцип рада и уређај генератора

Горе наведени примери коришћења меких материјала за стварање електромагнетних уређаја нису исцрпни. Сви ови принципи важе и за пројектовање магнетних кола и других електричних производа који користе индукторе, као што су електрични склопни уређаји, магнетне браве итд.