Ηλεκτρομαγνητικές συσκευές: σκοπός, τύποι, απαιτήσεις, σχεδιασμός

Σκοπός ηλεκτρομαγνητικών συσκευών

Η παραγωγή, μετατροπή, μεταφορά, διανομή ή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας πραγματοποιείται με τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών. Από όλη την ποικιλία τους ξεχωρίζουμε τις ηλεκτρομαγνητικές συσκευές, το έργο των οποίων βασίζεται για το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγήςσυνοδεύεται από την εμφάνιση μαγνητικών ροών.

Οι στατικές ηλεκτρομαγνητικές συσκευές περιλαμβάνουν τσοκ, μαγνητικούς ενισχυτές, μετασχηματιστές, ρελέ, εκκινητές, επαφές και άλλες συσκευές. Περιστρεφόμενοι — ηλεκτροκινητήρες και γεννήτριες, ηλεκτρομαγνητικοί συμπλέκτες.

Ένα σύνολο σιδηρομαγνητικών μερών ηλεκτρομαγνητικών συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για να μεταφέρουν το κύριο μέρος της μαγνητικής ροής, με το όνομα μαγνητικό σύστημα ηλεκτρομαγνητικής συσκευής… Μια ειδική δομική μονάδα ενός τέτοιου συστήματος είναι μαγνητικό κύκλωμα… Οι μαγνητικές ροές που διέρχονται από μαγνητικά κυκλώματα μπορούν να περιοριστούν εν μέρει σε ένα μη μαγνητικό μέσο, ​​σχηματίζοντας αδέσποτες μαγνητικές ροές.

Οι μαγνητικές ροές που διέρχονται από ένα μαγνητικό κύκλωμα μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας άμεσα ή εναλλασσόμενα ηλεκτρικά ρεύματα που ρέουν σε ένα ή περισσότερα επαγωγικά πηνία… Ένα τέτοιο πηνίο είναι ένα στοιχείο ηλεκτρικού κυκλώματος σχεδιασμένο να χρησιμοποιεί τη δική του αυτεπαγωγή ή/και το δικό του μαγνητικό πεδίο.

Σχηματίζονται ένα ή περισσότερα πηνία εκκαθάριση… Το τμήμα του μαγνητικού κυκλώματος στο οποίο ή γύρω από το οποίο βρίσκεται το πηνίο ονομάζεται πυρήνας, ονομάζεται το τμήμα στο οποίο ή γύρω από το οποίο δεν βρίσκεται το πηνίο ζυγός.

Ο υπολογισμός των κύριων ηλεκτρικών παραμέτρων των ηλεκτρομαγνητικών συσκευών βασίζεται στο νόμο του συνολικού ρεύματος και στον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Το φαινόμενο της αμοιβαίας επαγωγής χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ενέργειας από το ένα ηλεκτρικό κύκλωμα στο άλλο.

Δείτε περισσότερες λεπτομέρειες εδώ: Μαγνητικά κυκλώματα ηλεκτρικών συσκευών και εδώ: Σε τι χρησιμεύει ο υπολογισμός του μαγνητικού κυκλώματος;

Απαιτήσεις για μαγνητικά κυκλώματα ηλεκτρομαγνητικών συσκευών

Οι απαιτήσεις για μαγνητικούς πυρήνες εξαρτώνται από τον λειτουργικό σκοπό των ηλεκτρομαγνητικών συσκευών στις οποίες χρησιμοποιούνται.

Σε ηλεκτρομαγνητικές συσκευές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σταθερές όσο και/ή εναλλασσόμενες μαγνητικές ροές. Η μόνιμη μαγνητική ροή δεν προκαλεί απώλειες ενέργειας στα μαγνητικά κυκλώματα.

Μαγνητικοί πυρήνες που λειτουργούν υπό συνθήκες έκθεσης σταθερή μαγνητική ροή (π.χ. κρεβάτια για μηχανές συνεχούς ρεύματος) μπορούν να κατασκευαστούν από χυτά τεμάχια με επακόλουθη μηχανική κατεργασία. Με μια πολύπλοκη διαμόρφωση μαγνητικών κυκλωμάτων, είναι πιο οικονομικό να κατασκευάζονται από διάφορα στοιχεία.

Η διέλευση από τα μαγνητικά κυκλώματα μιας εναλλασσόμενης μαγνητικής ροής συνοδεύεται από απώλειες ενέργειας, οι οποίες ονομάζονται μαγνητικές απώλειες… Προκαλούν τη θέρμανση των μαγνητικών κυκλωμάτων. Είναι δυνατό να μειωθεί η θέρμανση των μαγνητικών πυρήνων με ειδικά μέτρα για την ψύξη τους (π.χ. εργασία σε λάδι). Τέτοιες λύσεις περιπλέκουν το σχεδιασμό τους, αυξάνουν το κόστος παραγωγής και λειτουργίας τους.

Οι μαγνητικές απώλειες αποτελούνται από:

• απώλεια της υστέρησης?

• Απώλειες δινορρευμάτων?

• πρόσθετες απώλειες.

Οι απώλειες υστέρησης μπορούν να μειωθούν χρησιμοποιώντας μαλακούς μαγνήτες σιδηρομαγνήτες με στενό κύκλωμα υστέρησης.

Οι απώλειες δινορευμάτων συνήθως μειώνονται κατά:

• χρήση υλικών με χαμηλότερη ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα.

• η παραγωγή μαγνητικών πυρήνων από ηλεκτρικά μονωμένες ταινίες ή πλάκες.

Κατανομή των δινορευμάτων σε διαφορετικά μαγνητικά κυκλώματα: α — στη χύτευση. β — σε ένα σύνολο εξαρτημάτων από φύλλα.

Το μεσαίο τμήμα του μαγνητικού κυκλώματος καλύπτεται σε μεγαλύτερο βαθμό από δινορεύματα σε σύγκριση με την επιφάνειά του, γεγονός που οδηγεί σε «μετατόπιση» της κύριας μαγνητικής ροής προς την επιφάνεια του μαγνητικού κυκλώματος, δηλαδή εμφανίζεται ένα επιφανειακό φαινόμενο.

Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι σε μια συγκεκριμένη συχνότητα χαρακτηριστική του υλικού αυτού του μαγνητικού κυκλώματος, η μαγνητική ροή θα συγκεντρωθεί πλήρως σε ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα του μαγνητικού κυκλώματος, το πάχος του οποίου καθορίζεται από το βάθος διείσδυσης σε μια δεδομένη συχνότητα .

Η παρουσία δινορευμάτων που ρέουν σε έναν μαγνητικό πυρήνα κατασκευασμένο από υλικό με χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση οδηγεί σε αντίστοιχες απώλειες (απώλειες δινορευμάτων).

Το έργο της μείωσης των απωλειών δινορευμάτων και της μέγιστης διατήρησης της μαγνητικής ροής επιλύεται με την κατασκευή μαγνητικών κυκλωμάτων από μεμονωμένα μέρη (ή μέρη τους), τα οποία είναι ηλεκτρικά απομονωμένα μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, η περιοχή διατομής του μαγνητικού κυκλώματος παραμένει αμετάβλητη.

Χρησιμοποιούνται ευρέως πλάκες ή λωρίδες που αποτυπώνονται από φύλλα και τυλίγονται σε έναν πυρήνα. Για τη μόνωση των επιφανειών πλακών (ή λωρίδων) μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες τεχνολογικές μέθοδοι, από τις οποίες συχνότερα εφαρμόζεται η εφαρμογή μονωτικών βερνικιών ή σμάλτων.

Ένα μαγνητικό κύκλωμα κατασκευασμένο από χωριστά μέρη (ή μέρη τους) επιτρέπει:

• μείωση των απωλειών δινορευμάτων λόγω της κάθετης διάταξης των πλακών σε σχέση με την κατεύθυνση της κυκλοφορίας τους (σε αυτή την περίπτωση, μειώνεται το μήκος των κυκλωμάτων κατά μήκος των οποίων μπορούν να κυκλοφορούν δινορευματικά ρεύματα).

• για να επιτευχθεί μια αμελητέα ανομοιόμορφη κατανομή της μαγνητικής ροής, καθώς σε μικρό πάχος του φύλλου υλικού, ανάλογο με το βάθος διείσδυσης, η επίδραση θωράκισης των δινορευμάτων είναι μικρή.

Άλλες απαιτήσεις μπορούν να επιβληθούν στα υλικά των μαγνητικών πυρήνων: θερμοκρασία και αντοχή σε κραδασμούς, χαμηλό κόστος κ.λπ. Κατά το σχεδιασμό μιας συγκεκριμένης συσκευής, επιλέγεται το μαλακό μαγνητικό υλικό του οποίου οι παράμετροι πληρούν καλύτερα τις καθορισμένες απαιτήσεις.

Σχεδιασμός μαγνητικών πυρήνων

Ανάλογα με την τεχνολογία παραγωγής, οι μαγνητικοί πυρήνες των ηλεκτρομαγνητικών συσκευών μπορούν να χωριστούν σε 3 κύριες ομάδες:

• ελασματοειδές?

• ταινία-κασέτα;

• καλουπωμένο.

Τα ελασματοειδή μαγνητικά κυκλώματα στρατολογούνται από ξεχωριστές, ηλεκτρικά απομονωμένες πλάκες η μία από την άλλη, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μείωση των απωλειών δινορευμάτων. Οι μαγνητικοί πυρήνες της ταινίας λαμβάνονται με την περιέλιξη μιας ταινίας συγκεκριμένου πάχους. Σε τέτοια μαγνητικά κυκλώματα, η επίδραση των δινορευμάτων μειώνεται σημαντικά, αφού τα επίπεδα λωρίδων καλύπτονται με μονωτικό βερνίκι.

Οι σχηματιζόμενοι μαγνητικοί πυρήνες παράγονται με χύτευση (ηλεκτρικός χάλυβας), κεραμική τεχνολογία (φερρίτες), ανάμειξη εξαρτημάτων που ακολουθείται από συμπίεση (μαγνητοδιηλεκτρικά) και άλλες μεθόδους.

Κατά την κατασκευή του μαγνητικού κυκλώματος μιας ηλεκτρομαγνητικής συσκευής, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ο ειδικός σχεδιασμός της, ο οποίος καθορίζεται από πολλούς παράγοντες (ισχύς συσκευής, συχνότητα λειτουργίας κ.λπ.), συμπεριλαμβανομένης της παρουσίας ή απουσίας άμεσης ή αντίστροφης μετατροπής ηλεκτρομαγνητικής ενέργεια σε μηχανική ενέργεια στη συσκευή.

Τα σχέδια των συσκευών στις οποίες συμβαίνει ένας τέτοιος μετασχηματισμός (ηλεκτρικοί κινητήρες, γεννήτριες, ρελέ κ.λπ.) περιλαμβάνουν μέρη που κινούνται υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.

Οι συσκευές στις οποίες η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή δεν προκαλεί τη μετατροπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας σε μηχανική (μετασχηματιστές, τσοκ, μαγνητικοί ενισχυτές κ.λπ.) ονομάζονται στατικές ηλεκτρομαγνητικές συσκευές.

Σε στατικές ηλεκτρομαγνητικές συσκευές, ανάλογα με το σχεδιασμό, χρησιμοποιούνται συχνότερα θωρακισμένα, ράβδοι και δακτυλιοειδή μαγνητικά κυκλώματα.

Οι χυτευμένοι μαγνητικοί πυρήνες μπορούν να έχουν πιο περίπλοκο σχεδιασμό από τα φύλλα και τις ταινίες.

Σχηματισμένοι μαγνητικοί πυρήνες: α — στρογγυλός. β — δ — θωρακισμένο. δ — φλιτζάνι; f, g — περιστροφή; η — πολλά ανοίγματα

Οι θωρακισμένοι μαγνητικοί πυρήνες διακρίνονται από την απλότητα του σχεδιασμού τους και, ως εκ τούτου, την κατασκευαστική τους ικανότητα. Επιπλέον, αυτός ο σχεδιασμός παρέχει καλύτερη (σε σύγκριση με άλλους) προστασία πηνίου από μηχανικές επιδράσεις και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Τα μαγνητικά κυκλώματα του πυρήνα είναι διαφορετικά:

• καλή ψύξη?

• χαμηλή ευαισθησία σε διαταραχές (καθώς το EMF των διαταραχών που προκαλούνται σε γειτονικά πηνία είναι αντίθετο σε πρόσημο και αντισταθμίζεται εν μέρει ή πλήρως).

• μικρότερο (σε σχέση με την πανοπλία) βάρος με την ίδια ισχύ.

• μικρότερη (σε σχέση με την θωράκιση) διάχυση της μαγνητικής ροής.

Τα μειονεκτήματα των συσκευών που βασίζονται σε μαγνητικά κυκλώματα ράβδων (σε σχέση με συσκευές που βασίζονται σε θωρακισμένα) περιλαμβάνουν την κοπιαστική κατασκευή των πηνίων (ειδικά όταν τοποθετούνται σε διαφορετικές ράβδους) και την ασθενέστερη προστασία τους από μηχανικές επιδράσεις.

Λόγω των χαμηλών ρευμάτων διαρροής, τα μαγνητικά κυκλώματα δακτυλίου διακρίνονται, αφενός, από καλή απομόνωση θορύβου και αφετέρου από μικρή επίδραση σε κοντινά στοιχεία ηλεκτρονικού εξοπλισμού (REE). Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιούνται ευρέως σε προϊόντα ραδιομηχανικής.

Τα μειονεκτήματα των κυκλικών μαγνητικών κυκλωμάτων συνδέονται με τη χαμηλή τεχνολογία τους (δυσκολίες στην περιέλιξη των πηνίων και την εγκατάσταση ηλεκτρομαγνητικών συσκευών στον τόπο χρήσης) και την περιορισμένη ισχύ — έως εκατοντάδες watt (το τελευταίο εξηγείται από τη θέρμανση του μαγνητικού κυκλώματος, που δεν έχει άμεση ψύξη λόγω των τοποθετημένων πάνω του στροφές του πηνίου).

Η επιλογή του τύπου και του τύπου του μαγνητικού κυκλώματος γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τη δυνατότητα λήψης των μικρότερων τιμών της μάζας, του όγκου και του κόστους του.

Οι επαρκώς πολύπλοκες δομές έχουν μαγνητικά κυκλώματα συσκευών στα οποία υπάρχει άμεση ή αντίστροφη μετατροπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια (για παράδειγμα, μαγνητικά κυκλώματα περιστρεφόμενων ηλεκτρικών μηχανών). Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούν χυτευμένα ή πλάκα μαγνητικά κυκλώματα.

Τύποι ηλεκτρομαγνητικών συσκευών

Γκάζι — συσκευή που χρησιμοποιείται ως επαγωγική αντίσταση σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ή παλμικού ρεύματος.

Οι μαγνητικοί πυρήνες με μη μαγνητικό διάκενο χρησιμοποιούνται σε τσοκ εναλλασσόμενου ρεύματος που χρησιμοποιούνται για αποθήκευση ενέργειας και σε τσοκ εξομάλυνσης που έχουν σχεδιαστεί για να εξομαλύνουν τον κυματισμό του ανορθωμένου ρεύματος. Ταυτόχρονα, υπάρχουν τσοκ στα οποία μπορεί να ρυθμιστεί το μέγεθος του μη μαγνητικού κενού, το οποίο είναι απαραίτητο για την αλλαγή της αυτεπαγωγής του τσοκ κατά τη λειτουργία του.

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρικού γκαζιού

Μαγνητικός ενισχυτής — διάταξη που αποτελείται από ένα ή περισσότερα μαγνητικά κυκλώματα με πηνία μέσω των οποίων το ρεύμα ή η τάση μπορεί να αλλάξει σε μέγεθος σε ηλεκτρικό κύκλωμα που τροφοδοτείται από πηγή εναλλασσόμενης τάσης ή εναλλασσόμενου ρεύματος, με βάση τη χρήση του φαινομένου του κορεσμού του σιδηρομαγνήτη κάτω από τη δράση ενός μόνιμου πεδίου μεροληψίας.

Η αρχή λειτουργίας του μαγνητικού ενισχυτή βασίζεται σε μια αλλαγή στη διαφορική μαγνητική διαπερατότητα (μετρούμενη σε εναλλασσόμενο ρεύμα) με μια αλλαγή στο ρεύμα συνεχούς πόλωσης, επομένως ο απλούστερος μαγνητικός ενισχυτής είναι ένα κορεσμένο τσοκ που περιέχει ένα πηνίο εργασίας και έναν έλεγχο σπείρα.

Μετασχηματιστής ονομάζεται στατική ηλεκτρομαγνητική συσκευή που έχει δύο (ή περισσότερα) επαγωγικά συζευγμένα πηνία και είναι σχεδιασμένη να μετατρέπει με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή ένα ή περισσότερα συστήματα AC σε ένα ή περισσότερα άλλα συστήματα AC.

Η ισχύς του μετασχηματιστή καθορίζεται από τη μέγιστη δυνατή επαγωγή του υλικού του μαγνητικού πυρήνα και τις διαστάσεις του. Επομένως, οι μαγνητικοί πυρήνες (συνήθως τύπου ράβδου) των ισχυρών μετασχηματιστών ισχύος συναρμολογούνται από φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα πάχους 0,35 ή 0,5 mm.

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή

Ηλεκτρομαγνητικό ρελέ ονομάζεται ηλεκτρομηχανικός ηλεκτρονόμος, η λειτουργία του οποίου βασίζεται στην επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου ενός ακίνητου πηνίου σε ένα κινούμενο σιδηρομαγνητικό στοιχείο.

Κάθε ηλεκτρομαγνητικό ρελέ περιέχει δύο ηλεκτρικά κυκλώματα: ένα κύκλωμα σήματος εισόδου (ελέγχου) και ένα κύκλωμα σήματος εξόδου (ελεγχόμενο). Σύμφωνα με την αρχή της συσκευής του ελεγχόμενου κυκλώματος, διακρίνονται τα μη πολωμένα και τα πολωμένα ρελέ. Η λειτουργία των μη πολωμένων ρελέ, σε αντίθεση με τα πολωμένα ρελέ, δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος στο κύκλωμα ελέγχου.

Πώς λειτουργεί και λειτουργεί ένας ηλεκτρομαγνητικός ηλεκτρονόμος

Διαφορές μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών ρελέ DC και AC

Περιστρεφόμενη ηλεκτρική μηχανή — διάταξη σχεδιασμένη να μετατρέπει ενέργεια με βάση την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και την αλληλεπίδραση μαγνητικού πεδίου με ηλεκτρικό ρεύμα, που περιέχει τουλάχιστον δύο μέρη που συμμετέχουν στην κύρια διαδικασία μετατροπής και είναι ικανά να περιστρέφονται ή να περιστρέφονται μεταξύ τους.

Το τμήμα των ηλεκτρικών μηχανών που περιλαμβάνει ένα σταθερό μαγνητικό κύκλωμα με πηνίο ονομάζεται στάτορας και το περιστρεφόμενο τμήμα ονομάζεται ρότορας.

Μια ηλεκτρική μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται γεννήτρια ηλεκτρικής μηχανής. Μια ηλεκτρική μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ονομάζεται περιστροφικός ηλεκτροκινητήρας.

Η αρχή της λειτουργίας και η συσκευή των ηλεκτροκινητήρων

Η αρχή της λειτουργίας και η συσκευή των γεννητριών

Τα παραπάνω παραδείγματα χρήσης μαλακών υλικών για τη δημιουργία ηλεκτρομαγνητικών συσκευών δεν είναι εξαντλητικά. Όλες αυτές οι αρχές ισχύουν επίσης για το σχεδιασμό μαγνητικών κυκλωμάτων και άλλων ηλεκτρικών προϊόντων που χρησιμοποιούν επαγωγείς, όπως ηλεκτρικές συσκευές μεταγωγής, μαγνητικές κλειδαριές κ.λπ.