Peranti elektromagnet: tujuan, jenis, keperluan, reka bentuk

Tujuan peranti elektromagnet

Pengeluaran, transformasi, penghantaran, pengedaran atau penggunaan tenaga elektrik dijalankan menggunakan peranti elektrik. Daripada semua kepelbagaian mereka, kami memilih peranti elektromagnet, yang berdasarkan kerjanya tentang fenomena aruhan elektromagnetdisertai dengan kemunculan fluks magnet.

Peranti elektromagnet statik termasuk pencekik, penguat magnet, pengubah, geganti, pemula, penyentuh dan peranti lain. Berputar — motor elektrik dan penjana, cengkaman elektromagnet.

Satu set bahagian feromagnetik peranti elektromagnet yang direka untuk mengalirkan bahagian utama fluks magnet, Dinamakan sistem magnet peranti elektromagnet… Unit struktur khas bagi sistem sedemikian ialah litar magnetik… Fluks magnet yang melalui litar magnet boleh sebahagiannya terkurung dalam medium bukan magnet, membentuk fluks magnet sesat.

Fluks magnet yang melalui litar magnet boleh dibuat menggunakan arus elektrik terus atau berselang-seli yang mengalir dalam satu atau lebih gegelung induktif… Gegelung sedemikian ialah elemen litar elektrik yang direka bentuk untuk menggunakan kearuhannya sendiri dan/atau medan magnetnya sendiri.

Satu atau lebih gegelung terbentuk pembubaran… Bahagian litar magnet di mana atau di sekeliling gegelung terletak dipanggil teras, dipanggil bahagian di mana atau di sekelilingnya gegelung tidak terletak kuk.

Pengiraan parameter elektrik utama peranti elektromagnet adalah berdasarkan undang-undang jumlah arus dan undang-undang aruhan elektromagnet. Fenomena aruhan bersama digunakan untuk memindahkan tenaga dari satu litar elektrik ke litar elektrik yang lain.

Lihat butiran lanjut di sini: Litar magnet peranti elektrik dan di sini: Untuk apa pengiraan litar magnetik?

Keperluan untuk litar magnet peranti elektromagnet

Keperluan untuk teras magnet bergantung pada tujuan fungsi peranti elektromagnet di mana ia digunakan.

Dalam peranti elektromagnet, kedua-dua fluks magnet malar dan/atau berselang-seli boleh digunakan. Fluks magnet kekal tidak menyebabkan kehilangan tenaga dalam litar magnet.

Teras magnet beroperasi di bawah keadaan pendedahan fluks magnet yang berterusan (cth katil untuk mesin DC) boleh dibuat daripada kosong tuang dengan pemesinan seterusnya. Dengan konfigurasi litar magnetik yang kompleks, ia adalah lebih menjimatkan untuk mengeluarkannya daripada beberapa elemen.

Laluan melalui litar magnet fluks magnet berselang-seli disertai dengan kehilangan tenaga, yang dipanggil kehilangan magnet… Ia menyebabkan litar magnet menjadi panas. Adalah mungkin untuk mengurangkan pemanasan teras magnet dengan langkah khas untuk penyejukannya (contohnya, bekerja dalam minyak). Penyelesaian sedemikian merumitkan reka bentuk mereka, meningkatkan kos pengeluaran dan operasi mereka.

Kehilangan magnet terdiri daripada:

• kehilangan histerisis;

• kerugian semasa pusaran;

• kerugian tambahan.

Kerugian histerisis boleh dikurangkan dengan menggunakan ferromagnet magnet lembut dengan sempit litar histerisis.

Kerugian arus pusar biasanya dikurangkan dengan:

• penggunaan bahan dengan kekonduksian elektrik spesifik yang lebih rendah;

• penghasilan teras magnet daripada jalur atau plat berpenebat elektrik.

Taburan arus pusar dalam litar magnet yang berbeza: a — dalam tuangan; b — dalam satu set bahagian yang diperbuat daripada bahan lembaran.

Bahagian tengah litar magnetik adalah pada tahap yang lebih besar diliputi oleh arus pusar berbanding dengan permukaannya, yang membawa kepada «anjakan» fluks magnet utama ke arah permukaan litar magnetik, iaitu, kesan permukaan berlaku.

Ini membawa kepada fakta bahawa pada ciri frekuensi tertentu bahan litar magnet ini, fluks magnet akan tertumpu sepenuhnya dalam lapisan permukaan nipis litar magnet, yang ketebalannya ditentukan oleh kedalaman penembusan pada frekuensi tertentu. .

Kehadiran arus pusar yang mengalir dalam teras magnet yang diperbuat daripada bahan dengan rintangan elektrik yang rendah membawa kepada kerugian yang sepadan (kehilangan arus pusar).

Tugas mengurangkan kehilangan arus pusar dan memelihara fluks magnet secara maksimum diselesaikan dengan pembuatan litar magnet dari bahagian individu (atau bahagiannya), yang diasingkan secara elektrik antara satu sama lain. Dalam kes ini, kawasan keratan rentas litar magnet kekal tidak berubah.

Plat atau jalur yang dicop daripada bahan kepingan dan luka pada teras digunakan secara meluas. Kaedah teknologi yang berbeza boleh digunakan untuk melindungi permukaan plat (atau jalur), di mana penggunaan varnis atau enamel penebat paling kerap digunakan.

Litar magnet yang diperbuat daripada bahagian berasingan (atau bahagiannya) membolehkan:

• pengurangan kehilangan arus pusar disebabkan oleh susunan serenjang plat berbanding arah peredarannya (dalam kes ini, panjang litar di mana arus pusar boleh beredar berkurangan);

• untuk mendapatkan pengagihan fluks magnet yang tidak seragam yang boleh diabaikan, kerana pada ketebalan bahan kepingan yang kecil, sepadan dengan kedalaman penembusan, kesan perisai arus pusar adalah kecil.

Keperluan lain boleh dikenakan pada bahan teras magnet: suhu dan rintangan getaran, kos rendah, dsb. Apabila mereka bentuk peranti tertentu, bahan magnet lembut yang parameter terbaiknya memenuhi keperluan yang ditetapkan dipilih.

Reka bentuk teras magnet

Bergantung pada teknologi pengeluaran, teras magnet peranti elektromagnet boleh dibahagikan kepada 3 kumpulan utama:

• lamellar;

• pita;

• dibentuk.

Litar magnet lamellar diambil dari plat berasingan yang diasingkan secara elektrik antara satu sama lain, yang memungkinkan untuk mengurangkan kehilangan arus pusar. Teras magnet pita diperoleh dengan menggulung pita dengan ketebalan tertentu. Dalam litar magnet sedemikian, kesan arus pusar dikurangkan dengan ketara, kerana satah jalur ditutup dengan varnis penebat.

Teras magnet yang terbentuk dihasilkan melalui tuangan (keluli elektrik), teknologi seramik (ferrite), pencampuran komponen diikuti dengan menekan (magneto-dielectrics) dan kaedah lain.

Dalam pembuatan litar magnet peranti elektromagnet, adalah perlu untuk memastikan reka bentuk khususnya, yang ditentukan oleh banyak faktor (kuasa peranti, kekerapan operasi, dll.), termasuk kehadiran atau ketiadaan penukaran langsung atau terbalik elektromagnet. tenaga menjadi tenaga mekanikal dalam peranti.

Reka bentuk peranti di mana transformasi sedemikian berlaku (motor elektrik, penjana, geganti, dll.) termasuk bahagian yang bergerak di bawah pengaruh interaksi elektromagnet.

Peranti di mana aruhan elektromagnet tidak menyebabkan penukaran tenaga elektromagnet kepada tenaga mekanikal (transformer, chokes, penguat magnet, dll.) dipanggil peranti elektromagnet statik.

Dalam peranti elektromagnet statik, bergantung pada reka bentuk, litar magnet berperisai, rod dan cincin paling kerap digunakan.

Teras magnet yang dibentuk boleh mempunyai reka bentuk yang lebih kompleks daripada kepingan dan jalur.

Teras magnet yang terbentuk: a — bulat; b — d — berperisai; d - cawan; f, g - putaran; h - banyak bukaan

Teras magnet berperisai dibezakan dengan kesederhanaan reka bentuk dan, sebagai hasilnya, kebolehkilangan. Selain itu, reka bentuk ini memberikan perlindungan gegelung yang lebih baik (berbanding dengan yang lain) daripada pengaruh mekanikal dan gangguan elektromagnet.

Litar magnet teras adalah berbeza:

• penyejukan yang baik;

• kepekaan rendah kepada gangguan (memandangkan EMF gangguan yang disebabkan dalam gegelung jiran adalah bertentangan dalam tanda dan sebahagiannya atau sepenuhnya dikompensasi);

• kurang (berbanding dengan perisai) berat dengan kuasa yang sama;

• kurang (berbanding dengan perisai) pelesapan fluks magnet.

Kelemahan peranti berdasarkan litar magnet rod (berbanding dengan peranti berdasarkan yang berperisai) termasuk kepayahan gegelung pembuatan (terutamanya apabila ia diletakkan pada rod yang berbeza) dan perlindungannya yang lebih lemah daripada pengaruh mekanikal.

Disebabkan oleh arus kebocoran yang rendah, litar magnet gelang dibezakan, dalam satu tangan, dengan pengasingan bunyi yang baik, dan sebaliknya, dengan kesan kecil pada elemen peralatan elektronik (REE) yang berdekatan. Atas sebab ini, ia digunakan secara meluas dalam produk kejuruteraan radio.

Kelemahan litar magnetik bulat dikaitkan dengan teknologi rendahnya (kesukaran untuk menggulung gegelung dan memasang peranti elektromagnet di tempat penggunaan) dan kuasa terhad - sehingga ratusan watt (yang terakhir dijelaskan oleh pemanasan litar magnetik, yang tidak mempunyai penyejukan langsung kerana lilitan gegelung yang terletak di atasnya).

Pilihan jenis dan jenis litar magnet dibuat dengan mengambil kira kemungkinan mendapatkan nilai terkecil jisim, isipadu dan kosnya.

Struktur yang cukup kompleks mempunyai litar magnet peranti di mana terdapat penukaran langsung atau terbalik tenaga elektromagnet kepada tenaga mekanikal (contohnya, litar magnet mesin elektrik berputar). Peranti sedemikian menggunakan litar magnetik acuan atau plat.

Jenis peranti elektromagnet

Pendikit — peranti yang digunakan sebagai rintangan induktif dalam litar arus ulang alik atau berdenyut.

Teras magnet dengan jurang bukan magnet digunakan dalam pencekik AC yang digunakan untuk penyimpanan tenaga dan dalam pencekik melicinkan yang direka untuk melicinkan riak arus yang diperbetulkan. Pada masa yang sama, terdapat tercekik di mana saiz jurang bukan magnet boleh diselaraskan, yang diperlukan untuk menukar induktansi tercekik semasa operasinya.

Peranti dan prinsip operasi pendikit elektrik

Penguat magnet — peranti yang terdiri daripada satu atau lebih litar magnet dengan gegelung yang dengannya arus atau voltan boleh ditukar dalam magnitud dalam litar elektrik yang dibekalkan oleh voltan ulang-alik atau sumber arus ulang-alik, berdasarkan penggunaan fenomena ketepuan ferromagnet di bawah tindakan medan berat sebelah kekal.

Prinsip operasi penguat magnet adalah berdasarkan perubahan dalam kebolehtelapan magnet berbeza (diukur pada arus ulang alik) dengan perubahan dalam arus pincang terus, oleh itu penguat magnet yang paling mudah ialah pencekik tepu yang mengandungi gegelung kerja dan kawalan. gegelung.

Transformer dipanggil peranti elektromagnet statik yang mempunyai dua (atau lebih) gegelung berganding induktif dan direka bentuk untuk menukar dengan aruhan elektromagnet satu atau lebih sistem AC kepada satu atau lebih sistem AC yang lain.

Kuasa pengubah ditentukan oleh induksi maksimum bahan teras magnet dan dimensinya. Oleh itu, teras magnetik (biasanya jenis rod) pengubah kuasa yang berkuasa dipasang daripada kepingan keluli elektrik dengan ketebalan 0.35 atau 0.5 mm.

Peranti dan prinsip operasi pengubah

Geganti elektromagnet dipanggil geganti elektromekanikal, operasinya berdasarkan kesan medan magnet gegelung pegun pada unsur feromagnetik yang bergerak.

Mana-mana geganti elektromagnet mengandungi dua litar elektrik: litar isyarat input (kawalan) dan litar isyarat output (terkawal). Mengikut prinsip peranti litar terkawal, geganti tidak terpolarisasi dan terkutub dibezakan. Operasi geganti tidak terkutub, tidak seperti geganti terpolarisasi, tidak bergantung pada arah arus dalam litar kawalan.

Bagaimana geganti elektromagnet berfungsi dan berfungsi

Perbezaan antara geganti elektromagnet DC dan AC

Mesin elektrik berputar — peranti yang direka untuk menukar tenaga berdasarkan aruhan elektromagnet dan interaksi medan magnet dengan arus elektrik, mengandungi sekurang-kurangnya dua bahagian yang terlibat dalam proses penukaran utama dan mampu berputar atau berputar secara relatif antara satu sama lain.

Bahagian mesin elektrik yang termasuk litar magnet pegun dengan gegelung dipanggil stator, dan bahagian berputar dipanggil rotor.

Mesin elektrik yang direka untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik dipanggil penjana mesin elektrik. Mesin elektrik yang direka untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal dipanggil motor elektrik berputar.

Prinsip operasi dan peranti motor elektrik

Prinsip operasi dan peranti penjana

Contoh di atas menggunakan bahan lembut untuk mencipta peranti elektromagnet tidak menyeluruh. Semua prinsip ini juga digunakan untuk reka bentuk litar magnetik dan produk elektrik lain yang menggunakan induktor, seperti peranti pensuisan elektrik, kunci magnet, dsb.