Elektromagnētiskās ierīces: mērķis, veidi, prasības, dizains

Elektromagnētisko ierīču mērķis

Elektroenerģijas ražošanu, pārveidošanu, pārvadi, sadali vai patēriņu veic, izmantojot elektroierīces. No visas to daudzveidības mēs izceļam elektromagnētiskās ierīces, kuru darbības pamatā ir par elektromagnētiskās indukcijas fenomenukopā ar magnētisko plūsmu parādīšanos.

Statiskās elektromagnētiskās ierīces ir droseles, magnētiskie pastiprinātāji, transformatori, releji, starteri, kontaktori un citas ierīces. Rotējošie — elektromotori un ģeneratori, elektromagnētiskie sajūgi.

Elektromagnētisko ierīču feromagnētisko daļu komplekts, kas paredzēts, lai vadītu galveno magnētiskās plūsmas daļu, nosaukts elektromagnētiskās ierīces magnētiskā sistēma… Šādas sistēmas īpaša struktūrvienība ir magnētiskā ķēde… Magnētiskās plūsmas, kas iet cauri magnētiskajām ķēdēm, var būt daļēji ierobežotas nemagnētiskā vidē, veidojot izkliedētas magnētiskās plūsmas.

Magnētiskās plūsmas, kas iet caur magnētisko ķēdi, var tikt radītas, izmantojot tiešas vai mainīgas elektriskās strāvas, kas plūst vienā vai vairākās induktīvās spoles… Šāda spole ir elektriskās ķēdes elements, kas paredzēts, lai izmantotu savu induktivitāti un/vai savu magnētisko lauku.

Tiek veidota viena vai vairākas spoles likvidācija… Tiek izsaukta magnētiskās ķēdes daļa, uz kuras vai ap kuru atrodas spole kodols, sauc par daļu, uz kuras vai ap kuru neatrodas spole jūgs.

Elektromagnētisko ierīču galveno elektrisko parametru aprēķins balstās uz kopējās strāvas likumu un elektromagnētiskās indukcijas likumu. Savstarpējās indukcijas fenomenu izmanto enerģijas pārnešanai no vienas elektriskās ķēdes uz otru.

Sīkāku informāciju skatiet šeit: Elektrisko ierīču magnētiskās ķēdes un šeit: Kam paredzēts magnētiskās ķēdes aprēķins?

Prasības elektromagnētisko ierīču magnētiskajām shēmām

Prasības attiecībā uz magnētiskajiem serdeņiem ir atkarīgas no to elektromagnētisko ierīču funkcionālā mērķa, kurās tās tiek izmantotas.

Elektromagnētiskajās ierīcēs var izmantot gan nemainīgas, gan/vai mainīgas magnētiskās plūsmas. Pastāvīgā magnētiskā plūsma nerada enerģijas zudumus magnētiskajās ķēdēs.

Magnētiskie serdeņi, kas darbojas iedarbības apstākļos pastāvīga magnētiskā plūsma (piem., gultas līdzstrāvas mašīnām) var izgatavot no lietām sagatavēm ar sekojošu apstrādi. Ar sarežģītu magnētisko ķēžu konfigurāciju ir ekonomiskāk tās izgatavot no vairākiem elementiem.

Maiņstrāvas magnētiskās plūsmas pāreju cauri magnētiskajām ķēdēm pavada enerģijas zudumi, ko sauc magnētiskie zudumi… Tie izraisa magnētisko ķēžu uzkaršanu. Magnētisko serdeņu sildīšanu iespējams samazināt ar īpašiem pasākumiem to dzesēšanai (piemēram, strādājot eļļā). Šādi risinājumi sarežģī to projektēšanu, palielina to ražošanas un ekspluatācijas izmaksas.

Magnētiskie zudumi sastāv no:

• histerēzes zudums;

• virpuļstrāvas zudumi;

• papildu zaudējumi.

Histerēzes zudumus var samazināt, izmantojot mīkstu magnētu feromagnētu ar šauru histerēzes ķēde.

Virpuļstrāvas zudumus parasti samazina:

• materiālu ar zemāku īpatnējo elektrovadītspēju izmantošana;

• magnētisko serdeņu ražošana no elektriski izolētām sloksnēm vai plāksnēm.

Virpuļstrāvu sadalījums dažādās magnētiskajās ķēdēs: a — liešanā; b — detaļu komplektā no lokšņu materiāliem.

Magnētiskās ķēdes vidusdaļa ir lielākā mērā pārklāta ar virpuļstrāvām, salīdzinot ar tās virsmu, kas noved pie galvenās magnētiskās plūsmas "pārvietošanās" uz magnētiskās ķēdes virsmu, tas ir, rodas virsmas efekts.

Tas noved pie tā, ka pie noteiktas frekvences, kas raksturīga šīs magnētiskās ķēdes materiālam, magnētiskā plūsma tiks pilnībā koncentrēta plānā magnētiskās ķēdes virsmas slānī, kura biezumu nosaka iespiešanās dziļums noteiktā frekvencē. .

Virpuļstrāvu klātbūtne, kas plūst magnētiskajā serdenī, kas izgatavots no materiāla ar zemu elektrisko pretestību, izraisa atbilstošus zudumus (virpuļstrāvas zudumus).

Virpuļstrāvas zudumu samazināšanas un magnētiskās plūsmas maksimālās saglabāšanas uzdevums tiek atrisināts, izgatavojot magnētiskās ķēdes no atsevišķām daļām (vai to daļām), kuras ir elektriski izolētas viena no otras. Šajā gadījumā magnētiskās ķēdes šķērsgriezuma laukums paliek nemainīgs.

Plaši tiek izmantotas plāksnes vai sloksnes, kas apzīmogotas no lokšņu materiāliem un uztītas uz serdes. Plākšņu (vai sloksņu) virsmu siltināšanai var izmantot dažādas tehnoloģiskās metodes, no kurām visbiežāk tiek uzklātas izolācijas lakas vai emaljas.

Magnētiskā ķēde, kas izgatavota no atsevišķām daļām (vai to daļām), ļauj:

• virpuļstrāvas zudumu samazināšana plākšņu perpendikulāra izvietojuma dēļ attiecībā pret to cirkulācijas virzienu (šajā gadījumā samazinās to ķēžu garums, pa kurām var cirkulēt virpuļstrāvas);

• lai iegūtu nenozīmīgu nevienmērīgu magnētiskās plūsmas sadalījumu, jo pie neliela loksnes materiāla biezuma, kas ir proporcionāls iespiešanās dziļumam, virpuļstrāvu ekranēšanas efekts ir mazs.

Magnētisko serdeņu materiāliem var izvirzīt arī citas prasības: temperatūras un vibrācijas izturība, zemas izmaksas utt. Projektējot konkrētu ierīci, tiek izvēlēts mīkstais magnētiskais materiāls, kura parametri vislabāk atbilst noteiktajām prasībām.

Magnētisko serdeņu dizains

Atkarībā no ražošanas tehnoloģijas elektromagnētisko ierīču magnētiskos serdeņus var iedalīt 3 galvenajās grupās:

• slāņveida;

• lente;

• lieti.

Lamelārās magnētiskās ķēdes tiek komplektētas no atsevišķām, elektriski izolētām plāksnēm viena no otras, kas ļauj samazināt virpuļstrāvas zudumus. Lentes magnētiskie serdeņi tiek iegūti, uztinot noteikta biezuma lenti. Šādās magnētiskajās ķēdēs virpuļstrāvu ietekme ir ievērojami samazināta, jo sloksnes plaknes ir pārklātas ar izolācijas laku.

Izveidotie magnētiskie serdeņi tiek ražoti ar liešanu (elektriskais tērauds), keramikas tehnoloģiju (ferīti), komponentu samaisīšanu, kam seko presēšana (magnetodielektriķi) un citām metodēm.

Izgatavojot elektromagnētiskās ierīces magnētisko ķēdi, ir jānodrošina tās specifiskais dizains, ko nosaka daudzi faktori (ierīces jauda, ​​darbības frekvence utt.), tostarp tiešas vai reversas elektromagnētiskās pārveidošanas esamība vai neesamība. enerģiju ierīces mehāniskajā enerģijā.

To ierīču konstrukcijās, kurās notiek šāda pārveidošana (elektromotori, ģeneratori, releji utt.), Ir iekļautas daļas, kas pārvietojas elektromagnētiskās mijiedarbības ietekmē.

Ierīces, kurās elektromagnētiskā indukcija neizraisa elektromagnētiskās enerģijas pārvēršanu mehāniskajā enerģijā (transformatori, droseles, magnētiskie pastiprinātāji utt.), sauc par statiskām elektromagnētiskām ierīcēm.

Statiskajās elektromagnētiskajās ierīcēs atkarībā no konstrukcijas visbiežāk izmanto bruņu, stieņu un gredzenu magnētiskās shēmas.

Veidotajiem magnētiskajiem serdeņiem var būt sarežģītāks dizains nekā loksnēm un sloksnēm.

Veidotie magnētiskie serdeņi: a — apaļi; b — d — bruņots; d — kauss; f, g — rotācija; h — daudz atvērumu

Bruņotie magnētiskie serdeņi izceļas ar dizaina vienkāršību un līdz ar to arī izgatavojamību. Turklāt šī konstrukcija nodrošina labāku (salīdzinājumā ar citām) spoles aizsardzību pret mehāniskām ietekmēm un elektromagnētiskiem traucējumiem.

Galvenās magnētiskās ķēdes ir dažādas:

• laba dzesēšana;

• zema jutība pret traucējumiem (jo blakus spoles izraisīto traucējumu EML ir pretējā zīmē un ir daļēji vai pilnībā kompensēts);

• mazāks (attiecībā pret bruņām) svars ar tādu pašu jaudu;

• mazāka (attiecībā pret bruņām) magnētiskās plūsmas izkliede.

Ierīču, kuru pamatā ir stieņu magnētiskās ķēdes, trūkumi (attiecībā pret ierīcēm, kuru pamatā ir bruņu ķēdes) ir spoļu izgatavošanas darbietilpība (īpaši, ja tās ir novietotas uz dažādiem stieņiem) un to vājākā aizsardzība pret mehāniskām ietekmēm.

Zemo noplūdes strāvu dēļ gredzenu magnētiskās ķēdes atšķiras, no vienas puses, ar labu trokšņu izolāciju un, no otras puses, ar nelielu ietekmi uz blakus esošajiem elektronisko iekārtu elementiem (REE). Šī iemesla dēļ tos plaši izmanto radiotehnikas izstrādājumos.

Apļveida magnētisko ķēžu trūkumi ir saistīti ar to zemo tehnoloģiju (grūtības uztīt spoles un uzstādīt elektromagnētiskās ierīces lietošanas vietā) un ierobežoto jaudu - līdz simtiem vatu (pēdējais izskaidrojams ar magnētiskās ķēdes uzkaršanu, kam nav tiešas dzesēšanas, jo uz tā atrodas spoles pagriezieni).

Magnētiskās ķēdes veida un veida izvēle tiek veikta, ņemot vērā iespēju iegūt mazākās tās masas, tilpuma un izmaksu vērtības.

Pietiekami sarežģītām konstrukcijām ir ierīču magnētiskās ķēdes, kurās notiek tieša vai apgriezta elektromagnētiskās enerģijas pārvēršana mehāniskajā enerģijā (piemēram, rotējošu elektrisko mašīnu magnētiskās ķēdes). Šādās ierīcēs tiek izmantotas formētas vai plākšņu magnētiskās shēmas.

Elektromagnētisko ierīču veidi

Droseļvārsts — ierīce, ko izmanto kā induktīvo pretestību maiņstrāvas vai pulsējošas strāvas ķēdēs.

Magnētiskie serdeņi ar nemagnētisku spraugu tiek izmantoti maiņstrāvas droseles, ko izmanto enerģijas uzkrāšanai, un izlīdzināšanas droseles, kas paredzētas, lai izlīdzinātu taisnās strāvas viļņošanos. Tajā pašā laikā ir droseles, kurās var regulēt nemagnētiskās spraugas izmēru, kas nepieciešams, lai mainītu droseles induktivitāti tā darbības laikā.

Elektriskā droseles ierīce un darbības princips

Magnētiskais pastiprinātājs — ierīce, kas sastāv no vienas vai vairākām magnētiskām ķēdēm ar spolēm, ar kuru palīdzību var mainīt strāvas vai sprieguma lielumu elektriskajā ķēdē, ko piegādā no maiņstrāvas avota, pamatojoties uz feromagnēta piesātinājuma fenomena izmantošanu pastāvīga novirzes lauka iedarbībā.

Magnētiskā pastiprinātāja darbības princips ir balstīts uz diferenciālās magnētiskās caurlaidības izmaiņām (mērot ar maiņstrāvu) līdz ar tiešās nobīdes strāvas izmaiņām, tāpēc vienkāršākais magnētiskais pastiprinātājs ir piesātināts droselis, kas satur darba spoli un vadības ierīci. spole.

Transformators sauc par statisku elektromagnētisku ierīci, kurai ir divas (vai vairākas) induktīvi savienotas spoles un kuras ir paredzētas, lai ar elektromagnētiskās indukcijas palīdzību pārveidotu vienu vai vairākas maiņstrāvas sistēmas vienā vai vairākās citās maiņstrāvas sistēmās.

Transformatora jaudu nosaka magnētiskā serdeņa materiāla maksimālā iespējamā indukcija un tās izmēri. Tāpēc jaudīgu jaudas transformatoru magnētiskie serdeņi (parasti stieņa tipa) tiek montēti no elektrotērauda loksnēm, kuru biezums ir 0,35 vai 0,5 mm.

Transformatora ierīce un darbības princips

Elektromagnētiskais relejs sauc par elektromehānisko releju, kura darbības pamatā ir stacionāras spoles magnētiskā lauka ietekme uz kustīgu feromagnētisko elementu.

Jebkurš elektromagnētiskais relejs satur divas elektriskās ķēdes: ieejas (vadības) signāla ķēdi un izejas (vadāmā) signāla ķēdi. Saskaņā ar vadāmās ķēdes ierīces principu izšķir nepolarizētus un polarizētus relejus. Nepolarizēto releju darbība, atšķirībā no polarizētajiem relejiem, nav atkarīga no strāvas virziena vadības ķēdē.

Kā darbojas un darbojas elektromagnētiskais relejs

Atšķirības starp līdzstrāvas un maiņstrāvas elektromagnētiskajiem relejiem

Rotējoša elektriskā mašīna — ierīce, kas paredzēta enerģijas pārveidošanai, pamatojoties uz elektromagnētisko indukciju un magnētiskā lauka mijiedarbību ar elektrisko strāvu, kas satur vismaz divas galvenajā pārveidošanas procesā iesaistītās daļas un spēj griezties vai griezties viena attiecībā pret otru.

Elektrisko mašīnu daļu, kurā ietilpst stacionāra magnētiskā ķēde ar spoli, sauc par statoru, bet rotējošo daļu sauc par rotoru.

Elektrisko mašīnu, kas paredzēta mehāniskās enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā, sauc par elektriskās mašīnas ģeneratoru. Elektrisko mašīnu, kas paredzēta elektriskās enerģijas pārvēršanai mehāniskajā enerģijā, sauc par rotējošu elektromotoru.

Elektromotoru darbības princips un ierīce

Ģeneratoru darbības princips un ierīce

Iepriekš minētie mīksto materiālu izmantošanas piemēri elektromagnētisko ierīču radīšanai nav izsmeļoši. Visi šie principi attiecas arī uz magnētisko ķēžu un citu elektrisko izstrādājumu projektēšanu, kuros izmanto induktorus, piemēram, elektriskās komutācijas ierīces, magnētiskās slēdzenes utt.