Az állandó mágnesek alkalmazása az elektrotechnikában és az energetikában
Manapság az állandó mágnesek az emberi élet számos területén hasznosíthatók. Néha nem vesszük észre jelenlétüket, azonban szinte minden lakásban különféle elektromos készülékekben és mechanikus eszközökben, ha figyelmesen megnézi, megtalálhatja állandómágnes… Elektromos borotva és hangszóró, videólejátszó és falióra, mobiltelefon és mikrohullámú sütő, hűtőszekrény ajtaja, végül – állandó mágnesek mindenhol megtalálhatók.
Használják orvosi berendezésekben és mérőberendezésekben, különféle műszerekben és autóiparban, egyenáramú motorokban, akusztikai rendszerekben, háztartási elektromos készülékekben és sok-sok helyen: rádiótechnikában, műszerekben, automatizálásban, telemechanikában stb. . — ezen területek egyike sem teljes állandó mágnesek használata nélkül.
Az állandó mágneseket használó konkrét megoldások végtelenségig sorolhatók, de ennek a cikknek a témája az állandó mágnesek elektrotechnikai és energetikai alkalmazásainak rövid áttekintése lesz.
Elektromos motorok és generátorok
Oersted és Ampere óta széles körben ismert, hogy az áramot vezető vezetékek és elektromágnesek kölcsönhatásba lépnek az állandó mágnesek mágneses terével. Sok motor és generátor ezen az elven működik. Nem kell messzire menni a példákért. A számítógép tápegységében lévő ventilátornak van egy forgórésze és egy állórésze.
A lapátos járókerék egy körben elhelyezett állandó mágnesekkel ellátott forgórész, az állórész pedig egy elektromágnes magja. Az állórész mágnesezettségét megfordítva az elektronikus áramkör az állórész mágneses mezőjének forgatásának hatását hozza létre, miután az állórész mágneses tere, megpróbálva magához vonzani, követi a mágneses forgórészt - a ventilátor forog. A merevlemez forgatása hasonló módon történik, és hasonlóan működik sok léptetőmotor.
Az állandó mágnesek az áramfejlesztőkben is megtalálták a helyüket. A hazai szélturbinák szinkrongenerátorai például az egyik alkalmazási terület.
A generátor állórészének kerületén generátortekercsek vannak, amelyeket a szélturbina működése során a forgórész mozgó (a lapátokra fújó szél hatására) álló állandó mágnesek váltakozó mágneses tere keresztez. Beküldés az elektromágneses indukció törvénye, a generátor tekercseinek vezetékeit az egyenáramú mágnesek keresztezik a fogyasztói áramkörben.
Az ilyen generátorokat nem csak szélturbinákban használják, hanem egyes ipari modellekben is, ahol a gerjesztőtekercs helyett állandó mágneseket szerelnek fel a rotorra. A mágneses megoldások előnye az alacsony névleges fordulatszámú generátor beszerzésének lehetősége.
Magnetoelektromos eszközök és mechanizmusok
V mechanikus indukciós árammérők a vezető tárcsa az állandó mágnes mezőjében forog. A tárcsán áthaladó fogyasztási áram kölcsönhatásba lép az állandó mágnes mágneses terével és a lemez forog.
Minél nagyobb az áramerősség, annál nagyobb a tárcsa forgási sebessége, mivel a forgatónyomatékot a Lorentz-erő hozza létre, amely az állandó mágnes mágneses terének oldalán a lemez belsejében mozgó töltött részecskékre hat. Valójában ez egy ilyen számláló AC motor alacsony teljesítményű állórész mágnessel.
Gyenge áramok mérésére használja galvanométerek — nagyon érzékeny mérőeszközök. Itt a patkómágnes kölcsönhatásba lép egy kis áramvezető tekercssel, amely az állandó mágnes pólusai közötti résben van felfüggesztve.
A tekercs mérés közbeni elhajlása a mágneses indukció által generált nyomatéknak köszönhető, amely akkor lép fel, amikor áram folyik át a tekercsen. Ily módon a tekercs elhajlása arányosnak bizonyul a résben keletkező mágneses indukció értékével, és ennek megfelelően a tekercsvezetőben lévő árammal. Kisebb eltérések esetén a galvanométer skálája lineáris.
Állandó mágnesek háztartási elektromos készülékekben
Biztos van mikrohullámú sütő a konyhájában. És akár két állandó mágnes is van benne. Generálni elektromágneses hullámok Mikrohullámú sütő a mikrohullámú sütőbe szerelve magnetron… A magnetronon belül az elektronok vákuumban mozognak a katódról az anódra, és mozgásuk során a pályájukat meg kell hajlítani, hogy az anódrezonátorok kellően erőteljesen gerjeszthetők legyenek.
Az elektronpálya meghajlításához gyűrűs állandó mágneseket szerelnek fel a magnetron vákuumkamrája fölé és alá. Az állandó mágnesek mágneses tere meggörbíti az elektronok pályáját, így erőteljes elektronörvény keletkezik, amely gerjeszti a rezonátorokat, amelyek viszont mikrohullámú elektromágneses hullámokat generálnak az élelmiszer felmelegítésére.
A merevlemez fej pontos pozicionálása érdekében az információ írási és olvasási folyamatában a mozgásait nagyon pontosan kell irányítani és irányítani. Ismét egy állandó mágnes segít. A merevlemez belsejében egy álló állandó mágnes mágneses mezőjében a fejhez csatlakoztatott áramvezető tekercs mozog.
Amikor áramot vezetnek a főtekercsre, ennek az áramnak a mágneses tere az értékétől függően többé-kevésbé taszítja a tekercset az állandó mágnestől, egyik vagy másik irányba, így a fej nagy pontossággal mozogni kezd. Ezt a mozgást egy mikrokontroller vezérli.
Mágneses csapágyak az elektromosságban
Az energiahatékonyság javítása érdekében egyes országok mechanikus energiatárolókat építenek a vállalkozások számára. Ezek a tehetetlenségi energiatárolás elvén működő elektromechanikus átalakítók egy forgó lendkerék mozgási energiája formájában, az ún. mozgási energia tárolása.
Például Németországban az ATZ kifejlesztett egy 20 MJ-os kinetikus energiatároló egységet 250 kW teljesítménnyel, és a fajlagos energiasűrűség körülbelül 100 Wh/kg. A 100 kg-os lendkerék tömegével, 6000 ford./perc fordulatszámmal forog, egy 1,5 méter átmérőjű hengeres szerkezethez jó minőségű csapágyakra van szükség. Ennek eredményeként az alsó csapágy természetesen állandó mágnesek alapján készül.