Η χρήση μόνιμων μαγνητών στην ηλεκτρική μηχανική και την ενέργεια

Σήμερα, οι μόνιμοι μαγνήτες βρίσκουν χρήσιμες εφαρμογές σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης ζωής. Μερικές φορές δεν παρατηρούμε την παρουσία τους, ωστόσο, σχεδόν σε κάθε διαμέρισμα σε διάφορες ηλεκτρικές συσκευές και σε μηχανικές συσκευές, αν κοιτάξετε προσεκτικά, μπορείτε να βρείτε μόνιμος μαγνήτης… Ηλεκτρική ξυριστική μηχανή και ηχείο, συσκευή αναπαραγωγής βίντεο και ρολόι τοίχου, κινητό τηλέφωνο και φούρνος μικροκυμάτων, πόρτα ψυγείου, τέλος — μόνιμους μαγνήτες μπορείτε να βρείτε παντού.

Χρησιμοποιούνται σε ιατρικό εξοπλισμό και εξοπλισμό μέτρησης, σε διάφορα όργανα και στην αυτοκινητοβιομηχανία, σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος, σε ακουστικά συστήματα, σε οικιακές ηλεκτρικές συσκευές και σε πολλά, πολλά άλλα μέρη: ραδιομηχανική, όργανα, αυτοματισμούς, τηλεμηχανική κ.λπ. . — καμία από αυτές τις περιοχές δεν είναι ολοκληρωμένη χωρίς τη χρήση μόνιμων μαγνητών.

Συγκεκριμένες λύσεις που χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες μπορούν να παρατίθενται ατελείωτα, αλλά το θέμα αυτού του άρθρου θα είναι μια σύντομη επισκόπηση πολλών εφαρμογών των μόνιμων μαγνητών στην ηλεκτρική μηχανική και την ενέργεια.

Ηλεκτροκινητήρες και γεννήτριες

Από την εποχή του Oersted και του Ampere, ήταν ευρέως γνωστό ότι τα καλώδια που μεταφέρουν ρεύμα και οι ηλεκτρομαγνήτες αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Πολλοί κινητήρες και γεννήτριες λειτουργούν με αυτήν την αρχή. Δεν χρειάζεται να πάτε μακριά για παραδείγματα. Ο ανεμιστήρας στο τροφοδοτικό του υπολογιστή σας διαθέτει ρότορα και στάτορα.

Μια πτερωτή πτερυγίων είναι ένας ρότορας με μόνιμους μαγνήτες διατεταγμένους σε κύκλο και ο στάτορας είναι ο πυρήνας ενός ηλεκτρομαγνήτη. Αντιστρέφοντας τη μαγνήτιση του στάτορα, το ηλεκτρονικό κύκλωμα δημιουργεί το αποτέλεσμα της περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα, αφού το μαγνητικό πεδίο του στάτορα, προσπαθώντας να έλκεται σε αυτό, ακολουθεί τον μαγνητικό ρότορα - ο ανεμιστήρας περιστρέφεται. Η περιστροφή του σκληρού δίσκου γίνεται με παρόμοιο τρόπο και λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο πολλούς βηματικούς κινητήρες.

Οι μόνιμοι μαγνήτες έχουν βρει τη θέση τους και στις γεννήτριες ενέργειας. Οι σύγχρονες γεννήτριες για οικιακές ανεμογεννήτριες, για παράδειγμα, είναι ένας από τους τομείς εφαρμογής.

Στην περιφέρεια του στάτορα της γεννήτριας υπάρχουν πηνία γεννήτριας, τα οποία κατά τη λειτουργία της ανεμογεννήτριας διασχίζονται από το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο των κινούμενων (υπό τη δράση του ανέμου που πνέει στα πτερύγια) μόνιμων μαγνητών του ρότορα. Υποβολή ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, τα καλώδια των περιελίξεων της γεννήτριας διασχίζονται από τους μαγνήτες DC στο κύκλωμα καταναλωτή.

Τέτοιες γεννήτριες χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε ανεμογεννήτριες, αλλά και σε ορισμένα βιομηχανικά μοντέλα, όπου είναι εγκατεστημένοι μόνιμοι μαγνήτες στον ρότορα αντί για το πηνίο διέγερσης. Το πλεονέκτημα των λύσεων με μαγνήτες είναι η δυνατότητα απόκτησης γεννήτριας με χαμηλή ονομαστική ταχύτητα.

Μαγνητοηλεκτρικές συσκευές και μηχανισμοί

V μηχανικοί μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας επαγωγής ο αγώγιμος δίσκος περιστρέφεται στο πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Το ρεύμα κατανάλωσης, που διέρχεται από το δίσκο, αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη και ο δίσκος περιστρέφεται.

Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα περιστροφής του δίσκου, αφού η ροπή δημιουργείται από τη δύναμη Lorentz που επενεργεί στα κινούμενα φορτισμένα σωματίδια μέσα στο δίσκο στην πλευρά του μαγνητικού πεδίου ενός μόνιμου μαγνήτη. Στην πραγματικότητα, είναι ένας τέτοιος μετρητής Μοτέρ AC χαμηλής ισχύος με μαγνήτη στάτορα.

Για τη μέτρηση ασθενών ρευμάτων χρησιμοποιήστε γαλβανόμετρα — πολύ ευαίσθητες συσκευές μέτρησης. Εδώ, ο μαγνήτης πετάλου αλληλεπιδρά με ένα μικρό πηνίο μεταφοράς ρεύματος που αιωρείται στο κενό μεταξύ των πόλων του μόνιμου μαγνήτη.

Η εκτροπή του πηνίου κατά τη μέτρηση οφείλεται στη ροπή που δημιουργείται από τη μαγνητική επαγωγή που συμβαίνει όταν το ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο. Με αυτόν τον τρόπο, η εκτροπή του πηνίου αποδεικνύεται ανάλογη με την τιμή της προκύπτουσας μαγνητικής επαγωγής στο διάκενο και, κατά συνέπεια, με το ρεύμα στον αγωγό του πηνίου. Για μικρές αποκλίσεις, η κλίμακα του γαλβανόμετρου είναι γραμμική.

Μόνιμοι μαγνήτες σε οικιακές ηλεκτρικές συσκευές

Σίγουρα υπάρχει φούρνος μικροκυμάτων στην κουζίνα σας. Και υπάρχουν δύο μόνιμοι μαγνήτες σε αυτό. Να δημιουργήσει Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Εύρος μικροκυμάτων εγκατεστημένη στον φούρνο μικροκυμάτων μαγνητρόνιο… Μέσα στο μαγνητρόνιο, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κενό από την κάθοδο προς την άνοδο, και κατά τη διαδικασία της κίνησής τους, η τροχιά τους πρέπει να κάμπτεται προκειμένου οι συντονιστές ανόδου να διεγερθούν αρκετά ισχυρά.

Για να κάμψουν την τροχιά των ηλεκτρονίων, μόνιμοι μαγνήτες δακτυλίου τοποθετούνται πάνω και κάτω από το θάλαμο κενού του μαγνήτρον. Το μαγνητικό πεδίο των μόνιμων μαγνητών κάμπτει τις τροχιές των ηλεκτρονίων έτσι ώστε να παράγεται μια ισχυρή δίνη ηλεκτρονίων, η οποία διεγείρει τους συντονιστές, οι οποίοι με τη σειρά τους δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικροκυμάτων για να θερμάνουν το φαγητό.

Προκειμένου η κεφαλή του σκληρού δίσκου να τοποθετηθεί με ακρίβεια, οι κινήσεις της κατά τη διαδικασία εγγραφής και ανάγνωσης πληροφοριών πρέπει να ελέγχονται και να ελέγχονται με μεγάλη ακρίβεια. Για άλλη μια φορά, ένας μόνιμος μαγνήτης έρχεται να σώσει. Μέσα στον σκληρό δίσκο, στο μαγνητικό πεδίο ενός σταθερού μόνιμου μαγνήτη, κινείται ένα πηνίο μεταφοράς ρεύματος που συνδέεται με την κεφαλή.

Όταν εφαρμόζεται ρεύμα στο κύριο πηνίο, το μαγνητικό πεδίο αυτού του ρεύματος, ανάλογα με την τιμή του, απωθεί το πηνίο από τον μόνιμο μαγνήτη περισσότερο ή λιγότερο, προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση, οπότε η κεφαλή αρχίζει να κινείται και με μεγάλη ακρίβεια. Αυτή η κίνηση ελέγχεται από έναν μικροελεγκτή.

Μαγνητικά ρουλεμάν στον ηλεκτρισμό

Για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης, ορισμένες χώρες κατασκευάζουν μηχανική αποθήκευση ενέργειας για τις επιχειρήσεις. Πρόκειται για ηλεκτρομηχανικούς μετατροπείς που λειτουργούν με βάση την αρχή της αδρανειακής αποθήκευσης ενέργειας με τη μορφή κινητικής ενέργειας ενός περιστρεφόμενου σφονδύλου, το λεγόμενο αποθήκευση κινητικής ενέργειας.

Για παράδειγμα, στη Γερμανία η ATZ έχει αναπτύξει μια μονάδα αποθήκευσης κινητικής ενέργειας 20 MJ με ισχύ 250 kW και η ειδική ενεργειακή πυκνότητα είναι περίπου 100 Wh / kg. Με βάρος σφονδύλου 100 kg ενώ περιστρέφεται με ταχύτητα 6000 rpm, μια κυλινδρική κατασκευή με διάμετρο 1,5 μέτρα χρειάζεται ρουλεμάν υψηλής ποιότητας. Ως αποτέλεσμα, το κάτω έδρανο κατασκευάζεται, φυσικά, με βάση μόνιμους μαγνήτες.