Elektromagnetiniai prietaisai: paskirtis, tipai, reikalavimai, konstrukcija

Elektromagnetinių prietaisų paskirtis

Elektros energija gaminama, transformuojama, perduodama, paskirstoma ar vartojama naudojant elektros prietaisus. Iš visų jų įvairovės išskiriame elektromagnetinius prietaisus, kurių darbas pagrįstas apie elektromagnetinės indukcijos reiškinįkartu su magnetinių srautų atsiradimu.

Statiniams elektromagnetiniams įtaisams priskiriami droseliai, magnetiniai stiprintuvai, transformatoriai, relės, starteriai, kontaktoriai ir kiti įrenginiai. Sukamieji – elektros varikliai ir generatoriai, elektromagnetinės sankabos.

Elektromagnetinių prietaisų feromagnetinių dalių rinkinys, skirtas praleisti pagrindinę magnetinio srauto dalį, pavadintas elektromagnetinio prietaiso magnetinė sistema… Specialus tokios sistemos struktūrinis vienetas yra magnetinė grandinė… Magnetiniai srautai, einantys per magnetines grandines, gali būti iš dalies apriboti nemagnetinėje terpėje, sudarydami pasklidusius magnetinius srautus.

Magnetiniai srautai, einantys per magnetinę grandinę, gali būti sukurti naudojant tiesioginę arba kintamą elektros srovę, tekančią vienoje ar daugiau indukcinės ritės… Tokia ritė yra elektros grandinės elementas, skirtas naudoti savo induktyvumą ir (arba) savo magnetinį lauką.

Susidaro viena ar kelios ritės likvidavimas… Vadinama magnetinės grandinės dalis, ant kurios arba aplink kurią yra ritė šerdis, vadinama dalimi, ant kurios ar aplink kurią ritė nėra jungas.

Elektromagnetinių prietaisų pagrindinių elektrinių parametrų skaičiavimas grindžiamas visuminės srovės ir elektromagnetinės indukcijos dėsniu. Abipusės indukcijos reiškinys naudojamas energijai perkelti iš vienos elektros grandinės į kitą.

Daugiau informacijos žiūrėkite čia: Elektros prietaisų magnetinės grandinės ir čia: Kam reikalingas magnetinės grandinės skaičiavimas?

Reikalavimai elektromagnetinių prietaisų magnetinėms grandinėms

Reikalavimai magnetinėms šerdims priklauso nuo elektromagnetinių prietaisų, kuriuose jie naudojami, funkcinės paskirties.

Elektromagnetiniuose įrenginiuose gali būti naudojami ir pastovūs, ir (arba) kintamieji magnetiniai srautai. Nuolatinis magnetinis srautas nesukelia energijos nuostolių magnetinėse grandinėse.

Magnetinės šerdys, veikiančios ekspozicijos sąlygomis pastovus magnetinis srautas (pvz., nuolatinės srovės mašinų lovos) gali būti pagamintos iš liejamų ruošinių su vėlesniu apdirbimu. Turint sudėtingą magnetinių grandinių konfigūraciją, ekonomiškiau jas gaminti iš kelių elementų.

Kintamo magnetinio srauto praėjimą per magnetines grandines lydi energijos nuostoliai, kurie vadinami magnetiniai nuostoliai… Dėl jų magnetinės grandinės įkaista. Magnetinių šerdžių įkaitimą galima sumažinti specialiomis jų aušinimo priemonėmis (pavyzdžiui, dirbant alyvoje). Tokie sprendimai apsunkina jų projektavimą, padidina jų gamybos ir eksploatavimo kaštus.

Magnetiniai nuostoliai susideda iš:

• histerezės praradimas;

• sūkurinių srovių nuostoliai;

• papildomų nuostolių.

Histerezės nuostolius galima sumažinti naudojant minkšto magneto feromagnetus su siauru histerezės grandinė.

Sūkurinės srovės nuostoliai paprastai sumažinami:

• mažesnio savitojo elektros laidumo medžiagų naudojimas;

• magnetinių šerdžių gamyba iš elektra izoliuotų juostų ar plokščių.

Sūkurinių srovių pasiskirstymas įvairiose magnetinėse grandinėse: a — liejant; b — dalių, pagamintų iš lakštinių medžiagų, rinkinyje.

Vidurinė magnetinės grandinės dalis yra labiau padengta sūkurinėmis srovėmis, palyginti su jos paviršiumi, o tai lemia pagrindinio magnetinio srauto „paslinkimą“ į magnetinės grandinės paviršių, tai yra, atsiranda paviršiaus efektas.

Tai lemia tai, kad esant tam tikram dažniui, būdingam šios magnetinės grandinės medžiagai, magnetinis srautas bus visiškai koncentruotas ploname magnetinės grandinės paviršiaus sluoksnyje, kurio storis nustatomas pagal įsiskverbimo gylį tam tikru dažniu. .

Sūkurinių srovių, tekančių magnetinėje šerdyje, pagamintoje iš mažos elektrinės varžos medžiagos, buvimas sukelia atitinkamus nuostolius (sūkurinių srovių nuostolius).

Sūkurinių srovių nuostolių mažinimo ir magnetinio srauto maksimalaus išsaugojimo uždavinys išsprendžiamas iš atskirų dalių (ar jų dalių) gaminant magnetines grandines, kurios yra elektra izoliuotos viena nuo kitos. Tokiu atveju magnetinės grandinės skerspjūvio plotas išlieka nepakitęs.

Plačiai naudojamos plokštės arba juostelės, štampuotos iš lakštinių medžiagų ir suvyniotos ant šerdies. Plokščių (ar juostelių) paviršiams apšiltinti gali būti naudojami įvairūs technologiniai metodai, iš kurių dažniausiai dengiamas izoliacinis lakas arba emaliai.

Iš atskirų dalių (ar jų dalių) sudaryta magnetinė grandinė leidžia:

• sūkurinių srovių nuostolių sumažinimas dėl statmeno plokščių išdėstymo jų cirkuliacijos krypčiai (šiuo atveju mažėja grandinių, kuriomis gali cirkuliuoti sūkurinės srovės, ilgis);

• gauti nežymų netolygų magnetinio srauto pasiskirstymą, nes esant nedideliam lakštinės medžiagos storiui, proporcingai įsiskverbimo gyliui, sūkurinių srovių ekranavimo efektas yra mažas.

Magnetinių šerdžių medžiagoms gali būti keliami ir kiti reikalavimai: atsparumas temperatūrai ir vibracijai, maža kaina ir kt.. Projektuojant konkretų įrenginį parenkama ta minkšta magnetinė medžiaga, kurios parametrai geriausiai atitinka nurodytus reikalavimus.

Magnetinių šerdžių projektavimas

Priklausomai nuo gamybos technologijos, elektromagnetinių prietaisų magnetines šerdis galima suskirstyti į 3 pagrindines grupes:

• lamelinis;

• juosta;

• išlieti.

Lamelinės magnetinės grandinės įdarbinamos iš atskirų, viena nuo kitos elektra izoliuotų plokščių, todėl galima sumažinti sūkurinių srovių nuostolius. Juostos magnetinės šerdys gaunamos vyniojant tam tikro storio juostą. Tokiose magnetinėse grandinėse sūkurinių srovių poveikis žymiai sumažėja, nes juostos plokštumos yra padengtos izoliaciniu laku.

Suformuotos magnetinės šerdys gaminamos liejant (elektrinis plienas), keramikos technologija (feritai), maišant komponentus, po to presuojant (magnetodielektrikai) ir kitais būdais.

Gaminant elektromagnetinio prietaiso magnetinę grandinę, būtina užtikrinti jos specifinę konstrukciją, kurią lemia daugelis veiksnių (įrenginio galia, veikimo dažnis ir kt.), įskaitant tiesioginio ar atvirkštinio elektromagnetinio konvertavimo buvimą ar nebuvimą. energijos į mechaninę energiją įrenginyje.

Įrenginių, kuriuose vyksta tokia transformacija (elektros varikliai, generatoriai, relės ir kt.), konstrukcijose yra dalių, kurios juda veikiamos elektromagnetinės sąveikos.

Įrenginiai, kuriuose elektromagnetinė indukcija nesukelia elektromagnetinės energijos pavertimo mechanine energija (transformatoriai, droseliai, magnetiniai stiprintuvai ir kt.), vadinami statiniais elektromagnetiniais įtaisais.

Statiniuose elektromagnetiniuose įrenginiuose, priklausomai nuo konstrukcijos, dažniausiai naudojamos šarvuotos, strypinės ir žiedinės magnetinės grandinės.

Formuotos magnetinės šerdys gali būti sudėtingesnės nei lakštai ir juostelės.

Susiformavo magnetinės šerdys: a — apvalios; b — d — šarvuotas; d — puodelis; f, g — sukimasis; h — daug angų

Šarvuotos magnetinės šerdys išsiskiria dizaino paprastumu ir dėl to pagaminamumu. Be to, ši konstrukcija užtikrina geresnę (lyginant su kitomis) ritės apsaugą nuo mechaninių poveikių ir elektromagnetinių trukdžių.

Pagrindinės magnetinės grandinės skiriasi:

• geras aušinimas;

• mažas jautrumas trikdžiams (kadangi kaimyninėse ritėse sukeltų trikdžių EML yra priešingo ženklo ir yra iš dalies arba visiškai kompensuotas);

• mažesnis (šarvų atžvilgiu) svoris su tokia pačia galia;

• mažesnis (šarvų atžvilgiu) magnetinio srauto išsisklaidymo.

Prietaisų, pagrįstų strypų magnetinėmis grandinėmis, trūkumai (palyginti su įrenginiais, kurių pagrindą sudaro šarvuotos) yra ričių gamybos sudėtingumas (ypač kai jie yra ant skirtingų strypų) ir silpnesnė apsauga nuo mechaninių poveikių.

Dėl mažų nuotėkio srovių žiedinės magnetinės grandinės išsiskiria, viena vertus, gera triukšmo izoliacija, kita vertus, nedideliu poveikiu šalia esantiems elektroninės įrangos elementams (REE). Dėl šios priežasties jie plačiai naudojami radijo inžinerijos gaminiuose.

Apvalių magnetinių grandinių trūkumai yra susiję su žema jų technologija (sunkumai suvynioti ritinius ir montuoti elektromagnetinius įrenginius naudojimo vietoje) ir ribota galia - iki šimtų vatų (pastarasis paaiškinamas magnetinės grandinės įkaitimu, kuris neturi tiesioginio aušinimo dėl ant jo esančių ritės posūkių).

Magnetinės grandinės tipas ir tipas pasirenkamas atsižvelgiant į galimybę gauti mažiausias jos masės, tūrio ir kainos vertes.

Pakankamai sudėtingos struktūros turi magnetines įrenginių grandines, kuriose vyksta tiesioginis arba atvirkštinis elektromagnetinės energijos pavertimas mechanine energija (pavyzdžiui, besisukančių elektros mašinų magnetinės grandinės). Tokiuose įrenginiuose naudojamos formos arba plokštelės magnetinės grandinės.

Elektromagnetinių prietaisų tipai

Droselis — įtaisas, naudojamas kaip indukcinė varža kintamosios arba pulsuojančios srovės grandinėse.

Magnetinės šerdys su nemagnetiniu tarpu yra naudojamos kintamosios srovės droseliuose, kurie naudojami energijai kaupti, ir išlyginimo droseliuose, skirtuose išlyginti išlygintos srovės pulsaciją. Tuo pačiu yra droseliai, kuriuose galima reguliuoti nemagnetinio tarpo dydį, kuris yra būtinas droselio induktyvumui pakeisti jo veikimo metu.

Elektrinio droselio įtaisas ir veikimo principas

Magnetinis stiprintuvas — įtaisas, sudarytas iš vienos ar daugiau magnetinių grandinių su ritėmis, kurių pagalba elektros grandinėje, tiekiamoje iš kintamosios įtampos arba kintamosios srovės šaltinio, galima keisti srovės ar įtampos dydį, remiantis feromagneto prisotinimo reiškiniu. veikiant nuolatiniam šališkumo laukui.

Magnetinio stiprintuvo veikimo principas pagrįstas diferencinio magnetinio pralaidumo pokyčiu (matuojant kintamąja srove) pasikeitus tiesioginei poslinkio srovei, todėl paprasčiausias magnetinis stiprintuvas yra prisotintas droselis, kuriame yra darbo ritė ir valdiklis. ritė.

Transformatorius vadinamas statiniu elektromagnetiniu įtaisu, kuris turi dvi (ar daugiau) induktyviai sujungtas rites ir yra skirtas elektromagnetinės indukcijos būdu vieną ar daugiau kintamosios srovės sistemų paversti viena ar daugiau kitų kintamosios srovės sistemų.

Transformatoriaus galią lemia didžiausia galima magnetinės šerdies medžiagos indukcija ir jos matmenys. Todėl galingų galios transformatorių magnetinės šerdys (dažniausiai strypo tipo) surenkamos iš elektrotechninio plieno lakštų, kurių storis 0,35 arba 0,5 mm.

Transformatoriaus įtaisas ir veikimo principas

Elektromagnetinė relė vadinama elektromechanine rele, kurios veikimas pagrįstas stacionarios ritės magnetinio lauko poveikiu judančiam feromagnetiniam elementui.

Bet kurioje elektromagnetinėje relėje yra dvi elektros grandinės: įvesties (valdymo) signalo grandinė ir išvesties (valdoma) signalo grandinė. Pagal valdomos grandinės įrenginio principą išskiriamos nepoliarizuotos ir poliarizuotos relės. Nepoliarizuotų relių veikimas, skirtingai nei poliarizuotų relių, nepriklauso nuo srovės krypties valdymo grandinėje.

Kaip veikia ir veikia elektromagnetinė relė

Skirtumai tarp DC ir AC elektromagnetinių relių

Besisukanti elektrinė mašina — įtaisas, skirtas energijai konvertuoti remiantis elektromagnetine indukcija ir magnetinio lauko sąveika su elektros srove, turintis bent dvi pagrindiniame konversijos procese dalyvaujančias dalis ir galintis suktis arba suktis viena kitos atžvilgiu.

Elektros mašinų dalis, kurioje yra stacionari magnetinė grandinė su rite, vadinama statoriumi, o besisukanti dalis – rotoriumi.

Elektros mašina, skirta mechaninei energijai paversti elektros energija, vadinama elektros mašinos generatoriumi. Elektrinė mašina, skirta elektros energiją paversti mechanine energija, vadinama sukamuoju elektros varikliu.

Elektros variklių veikimo principas ir įtaisas

Generatorių veikimo principas ir įtaisas

Pirmiau pateikti minkštųjų medžiagų naudojimo elektromagnetiniams įrenginiams sukurti pavyzdžiai nėra išsamūs. Visi šie principai taip pat taikomi projektuojant magnetines grandines ir kitus elektros gaminius, kuriuose naudojami induktoriai, pavyzdžiui, elektros perjungimo įtaisus, magnetines spynas ir kt.