Elektromágneses eszközök: rendeltetés, típusok, követelmények, kialakítás

Az elektromágneses eszközök célja

A villamos energia előállítása, átalakítása, átvitele, elosztása vagy fogyasztása elektromos eszközökkel történik. Sokféleségük közül kiemeljük az elektromágneses eszközöket, amelyek működése alapja az elektromágneses indukció jelenségérőlmágneses fluxusok megjelenése kíséri.

A statikus elektromágneses eszközök közé tartoznak a fojtótekercsek, mágneses erősítők, transzformátorok, relék, indítók, kontaktorok és egyéb eszközök. Forgó - elektromos motorok és generátorok, elektromágneses tengelykapcsolók.

Elektromágneses eszközök ferromágneses alkatrészeinek készlete, amelyet a mágneses fluxus fő részének vezetésére terveztek, ún. elektromágneses eszköz mágneses rendszere… Egy ilyen rendszer speciális szerkezeti egysége mágneses áramkör… A mágneses áramkörökön áthaladó mágneses fluxusok részben nem mágneses közegbe zárhatók, szórt mágneses fluxusokat képezve.

A mágneses áramkörön áthaladó mágneses fluxusok egy vagy több áramkörben áramló egyen vagy váltakozó elektromos áram segítségével hozhatók létre. induktív tekercsek… Az ilyen tekercs egy elektromos áramköri elem, amelyet arra terveztek, hogy saját induktivitását és/vagy saját mágneses mezőjét használja.

Egy vagy több tekercs keletkezik felszámolás… A mágneses áramkör azon részét, amelyen vagy körülötte a tekercs található, hívják mag, az a rész, amelyen vagy amely körül a tekercs nem található iga.

Az elektromágneses eszközök főbb elektromos paramétereinek kiszámítása a teljes áram és az elektromágneses indukció törvénye alapján történik. A kölcsönös indukció jelenségét energia átvitelére használják egyik elektromos áramkörről a másikra.

További részletek itt: Elektromos készülékek mágneses áramkörei és itt: Mire jó a mágneses áramkör számítása?

Az elektromágneses eszközök mágneses áramköreire vonatkozó követelmények

A mágneses magokkal szemben támasztott követelmények az elektromágneses eszközök funkcionális céljától függenek, amelyekben azokat használják.

Az elektromágneses eszközökben állandó és/vagy váltakozó mágneses fluxus is használható. Az állandó mágneses fluxus nem okoz energiaveszteséget a mágneses áramkörökben.

Expozíciós körülmények között működő mágneses magok állandó mágneses fluxus (pl. egyenáramú gépek ágyai) öntött nyersdarabokból utólagos megmunkálással készíthetők. A mágneses áramkörök összetett konfigurációjával gazdaságosabb több elemből gyártani őket.

A váltakozó mágneses fluxus mágneses körein való áthaladását energiaveszteségek kísérik, melyek ún. mágneses veszteségek… A mágneses áramkörök felmelegedését okozzák. Lehetőség van a mágneses magok felmelegedésének csökkentésére speciális hűtési intézkedésekkel (például olajban végzett munkával). Az ilyen megoldások bonyolítják a tervezést, növelik a gyártási és üzemeltetési költségeket.

A mágneses veszteségek a következőkből állnak:

• a hiszterézis elvesztése;

• örvényáram-veszteségek;

• további veszteségek.

A hiszterézisveszteség csökkenthető lágy mágneses ferromágnesek használatával hiszterézis áramkör.

Az örvényáram-veszteségeket általában a következők csökkentik:

• alacsonyabb fajlagos elektromos vezetőképességű anyagok használata;

• mágneses magok előállítása elektromosan szigetelt szalagokból vagy lemezekből.

Az örvényáramok eloszlása ​​különböző mágneses áramkörökben: a — öntésben; b — lemezanyagokból készült alkatrészkészletben.

A mágneses kör középső részét a felületéhez képest nagyobb mértékben borítják örvényáramok, ami a fő mágneses fluxus "elmozdulásához" vezet a mágneses kör felülete felé, azaz felületi hatás lép fel.

Ez oda vezet, hogy ennek a mágneses áramkörnek az anyagára jellemző bizonyos frekvencián a mágneses fluxus teljesen koncentrálódik a mágneses áramkör egy vékony felületi rétegében, amelynek vastagságát az adott frekvencián lévő behatolási mélység határozza meg. .

Az alacsony elektromos ellenállású anyagból készült mágneses magban áramló örvényáramok jelenléte megfelelő veszteségekhez (örvényáram-veszteséghez) vezet.

Az örvényáram-veszteségek csökkentését és a mágneses fluxus maximális megőrzését úgy oldják meg, hogy az egyes alkatrészekből (vagy azok részéből) mágneses áramköröket gyártanak, amelyek egymástól elektromosan el vannak választva. Ebben az esetben a mágneses áramkör keresztmetszete változatlan marad.

A lemezanyagokból bélyegzett és magra tekercselt lemezeket vagy csíkokat széles körben használják. A lemezek (vagy szalagok) felületeinek szigetelésére különböző technológiai módszerek alkalmazhatók, amelyek közül leggyakrabban szigetelő lakk vagy zománc felhordását alkalmazzák.

A különálló részekből (vagy azok részeiből) álló mágneses áramkör lehetővé teszi:

• az örvényáram-veszteségek csökkentése a lemezek keringési irányához képest merőleges elrendezése miatt (ebben az esetben csökken azoknak az áramköröknek a hossza, amelyek mentén az örvényáramok keringhetnek);

• a mágneses fluxus elhanyagolható nem egyenletes eloszlásának elérése érdekében, mivel a lemezanyag kis vastagságánál, a behatolási mélységgel arányos, az örvényáramok árnyékoló hatása kicsi.

A mágneses magok anyagaival szemben egyéb követelmények is támaszthatók: hőmérséklet- és rezgésállóság, alacsony költség, stb. Egy adott készülék tervezésénél az a lágymágneses anyag kerül kiválasztásra, amelynek paraméterei a legjobban megfelelnek a megadott követelményeknek.

Mágneses magok tervezése

A gyártási technológiától függően az elektromágneses eszközök mágneses magjai 3 fő csoportra oszthatók:

• lamellás;

• szalag;

• öntött.

A lamelláris mágneses áramkörök különálló, egymástól elektromosan elválasztott lemezekből épülnek fel, ami lehetővé teszi az örvényáram-veszteségek csökkentését. A szalag mágneses magjait meghatározott vastagságú szalag tekercselésével kapják. Az ilyen mágneses áramkörökben az örvényáramok hatása jelentősen csökken, mivel a szalag síkjait szigetelő lakk borítja.

A kialakított mágneses magokat öntéssel (elektromos acél), kerámia technológiával (ferritek), az alkatrészek keverésével, majd préseléssel (magneto-dielektrikumok) és egyéb módszerekkel állítják elő.

Az elektromágneses eszköz mágneses áramkörének gyártása során biztosítani kell annak sajátos kialakítását, amelyet számos tényező határoz meg (az eszköz teljesítménye, működési frekvenciája stb.), beleértve az elektromágneses direkt vagy fordított átalakításának meglétét vagy hiányát. energiát mechanikai energiává a készülékben.

Azok az eszközök, amelyekben ilyen átalakulás történik (elektromos motorok, generátorok, relék stb.), olyan alkatrészeket tartalmaznak, amelyek elektromágneses kölcsönhatás hatására mozognak.

Azokat az eszközöket, amelyekben az elektromágneses indukció nem idézi elő az elektromágneses energia átalakulását mechanikai energiává (transzformátorok, fojtók, mágneses erősítők stb.), statikus elektromágneses eszközöknek nevezzük.

A statikus elektromágneses eszközökben a kialakítástól függően leggyakrabban páncélozott, rúd és gyűrűs mágneses áramköröket alkalmaznak.

Az öntött mágneses magok felépítése bonyolultabb lehet, mint a lapok és szalagok.

Kialakult mágneses magok: a — kerek; b — d — páncélozott; d — csésze; f, g – forgás; h — sok nyílás

A páncélozott mágneses magokat a tervezés egyszerűsége és ennek eredményeként a gyárthatóság jellemzi. Ezenkívül ez a kialakítás jobb (másokhoz képest) tekercsvédelmet biztosít a mechanikai hatásokkal és az elektromágneses zavarokkal szemben.

A mag mágneses áramkörök különbözőek:

• jó hűtés;

• alacsony zavarérzékenység (mivel a szomszédos tekercsekben indukált zavarok EMF-je ellentétes előjelű és részben vagy teljesen kompenzált);

• kisebb (a páncélhoz viszonyítva) súly azonos erővel;

• kisebb (a páncélhoz viszonyítva) a mágneses fluxus disszipációja.

A rúdmágneses áramkörökön alapuló eszközök hátrányai (a páncélozottakhoz képest) a gyártási tekercsek munkaigényessége (különösen, ha különböző rúdra helyezik őket) és a mechanikai hatásokkal szembeni gyengébb védelem.

Az alacsony szivárgóáramok miatt a gyűrűs mágneses áramkörök egyrészt jó zajszigeteléssel, másrészt az elektronikus berendezések közeli elemeire gyakorolt ​​csekély hatásukkal (REE) különböztethetők meg. Emiatt széles körben használják rádiótechnikai termékekben.

A körkörös mágneses áramkörök hátrányai az alacsony technológiájukkal (a tekercsek tekercselésének és az elektromágneses eszközök beszerelésének nehézségei a felhasználás helyén) és a korlátozott teljesítményükkel – akár több száz watttal – kapcsolatosak (ez utóbbit a mágneses áramkör felmelegedése magyarázza, amelynek nincs közvetlen hűtése a tekercs rajta található fordulatai miatt).

A mágneses áramkör típusának és típusának kiválasztásakor figyelembe veszik annak lehetőségét, hogy tömege, térfogata és költsége a legkisebb értéket lehessen elérni.

A kellően összetett szerkezetekben olyan eszközök mágneses áramkörei vannak, amelyekben az elektromágneses energia közvetlen vagy fordított átalakítása történik mechanikai energiává (például forgó elektromos gépek mágneses áramkörei). Az ilyen eszközök öntött vagy lemezes mágneses áramköröket használnak.

Az elektromágneses eszközök típusai

Gázkar — váltakozó vagy pulzáló áramkörökben induktív ellenállásként használt eszköz.

Nem mágneses hézaggal rendelkező mágneses magokat használnak az energiatárolásra használt váltakozó áramú fojtótekercsekben és az egyenirányított áram hullámzásának kiegyenlítésére szolgáló simító fojtótekercsekben. Ugyanakkor vannak olyan fojtótekercsek, amelyekben a nem mágneses rés mérete állítható, ami a fojtó induktivitásának megváltoztatásához szükséges működése során.

Az elektromos fojtószelep szerkezete és működési elve

Mágneses erősítő — egy vagy több tekercsekkel ellátott mágneses áramkörből álló eszköz, amellyel az áram vagy a feszültség nagysága változtatható egy váltakozó feszültségű vagy váltakozó áramforrással táplált elektromos áramkörben, a ferromágnes telítési jelenségének alkalmazása alapján állandó torzítási mező hatására.

A mágneses erősítő működési elve a differenciális mágneses permeabilitás változásán alapul (váltakozó áramon mérve) az egyenáram változásával, ezért a legegyszerűbb mágneses erősítő egy telített fojtó, amely egy működő tekercset és egy vezérlőt tartalmaz. tekercs.

Transzformátor statikus elektromágneses eszköznek nevezzük, amely két (vagy több) induktívan csatolt tekercssel rendelkezik, és arra tervezték, hogy elektromágneses indukcióval egy vagy több váltakozó áramú rendszert egy vagy több másik váltakozó áramú rendszerré alakítson át.

A transzformátor teljesítményét a mágneses mag anyagának lehetséges maximális indukciója és méretei határozzák meg. Ezért az erős teljesítménytranszformátorok mágneses magjait (általában rúd típusú) 0,35 vagy 0,5 mm vastagságú elektromos acéllemezekből állítják össze.

A transzformátor készüléke és működési elve

Elektromágneses relé elektromechanikus relének nevezzük, melynek működése egy álló tekercs mágneses mezőjének mozgó ferromágneses elemre gyakorolt ​​hatásán alapul.

Bármely elektromágneses relé két elektromos áramkört tartalmaz: egy bemeneti (vezérlő) jeláramkört és egy kimeneti (vezérelt) jeláramkört. A vezérelt áramkör eszközelve szerint megkülönböztetik a nem polarizált és a polarizált reléket. A nem polarizált relék működése a polarizált relékkel ellentétben nem függ a vezérlőáramkör áramának irányától.

Hogyan működik és működik az elektromágneses relé

A DC és AC elektromágneses relék közötti különbségek

Forgó elektromos gép — elektromágneses indukción és mágneses térnek elektromos árammal való kölcsönhatásán alapuló energia átalakítására tervezett eszköz, amely legalább két, a fő átalakítási folyamatban részt vevő alkatrészből áll, és képes egymáshoz képest forogni vagy forogni.

Az elektromos gépek tekercses álló mágneses áramkört tartalmazó részét állórésznek, a forgó részt pedig forgórésznek nevezzük.

A mechanikai energia elektromos energiává alakítására tervezett elektromos gépet elektromos gépgenerátornak nevezzük. Az elektromos energia mechanikai energiává alakítására tervezett elektromos gépet forgó villanymotornak nevezzük.

Az elektromos motorok működési elve és berendezése

A generátorok működési elve és berendezése

A lágy anyagok elektromágneses eszközök létrehozására való felhasználására vonatkozó fenti példák nem teljes körűek. Mindezek az elvek érvényesek a mágneses áramkörök és más, induktorokat használó elektromos termékek tervezésére is, mint például az elektromos kapcsolókészülékek, mágneses zárak stb.