Què és un circuit magnètic i on s'utilitza
Dues arrels compostes "imant" i "conductor" connectades per la lletra "o" determinen la finalitat d'aquest dispositiu elèctric, creat per transmetre de manera fiable el flux magnètic a través d'un conductor especial amb pèrdues mínimes o en alguns casos certes.
La indústria elèctrica utilitza àmpliament la interdependència de l'energia elèctrica i magnètica, la seva transició d'un estat a un altre. Molts transformadors, bobines, contactors, relés, arrencadors, motors elèctrics, generadors i altres dispositius similars funcionen amb aquest principi.
El seu disseny inclou un circuit magnètic que transmet un flux magnètic excitat pel pas del corrent elèctric per convertir encara més l'energia elèctrica. És un dels components del sistema magnètic dels dispositius elèctrics.
Nucli magnètic d'un producte elèctric (dispositiu) (guia de flux de bobina) - un sistema magnètic d'un producte elèctric (dispositiu) o un conjunt de diverses de les seves parts en forma d'una unitat estructural separada (GOST 18311-80).
De què està format el nucli magnètic?
Característiques magnètiques
Les substàncies que s'inclouen en el seu disseny poden tenir diferents propietats magnètiques. Normalment es classifiquen en 2 tipus:
1. dèbilment magnètic;
2. altament magnètic.
Per distingir-los, s'utilitza el terme «Permeabilitat magnètica µ», que determina la dependència de la inducció magnètica creada B (força) del valor de la força aplicada H.
El gràfic anterior mostra que els ferroimants tenen propietats magnètiques fortes, mentre que són febles en paraimants i diamamans.
Tanmateix, la inducció de ferroimants amb un nou augment de tensió comença a disminuir, tenint un punt pronunciat amb un valor màxim que caracteritza el moment de saturació de la substància. S'utilitza en el càlcul i el funcionament de circuits magnètics.
Després de la finalització de l'acció de la tensió, una part de les propietats magnètiques romanen amb la substància, i si se li aplica un camp oposat, una part de la seva energia es gastarà en superar aquesta fracció.
Per tant, en els circuits de camp electromagnètic altern hi ha un retard d'inducció de la força aplicada. Una dependència similar de la magnetització de la substància dels ferroimants es caracteritza per un gràfic anomenat histèresi.
Sobre ell, els punts Hk mostren l'amplada del contorn que caracteritza el magnetisme residual (força coercitiva). Segons la seva mida, els ferroimants es divideixen en dues categories:
1. suau, caracteritzat per un bucle estret;
2. dur, amb força coercitiva elevada.
La primera categoria inclou aliatges tous de ferro i permola. S'utilitzen per fer nuclis per a transformadors, motors elèctrics i alternadors perquè creen una despesa energètica mínima per revertir la magnetització.
Els ferroimants durs fets d'acers al carboni i aliatges especials s'utilitzen en diversos dissenys d'imants permanents.
En triar un material per a un circuit magnètic, es tenen en compte les pèrdues per:
-
histèresi;
-
corrents de Foucault generades per l'acció de la CEM induïda pel flux magnètic;
-
conseqüència de la viscositat magnètica.
Materials (editar)
Característiques dels aliatges
Per als dissenys de circuits magnètics de CA, es produeixen graus especials de xapa o acer de parets primes enrotllades amb diferents graus d'addicions d'aliatge, que es produeixen mitjançant laminació en fred o en calent. A més, l'acer laminat en fred és més car però té menys pèrdues per inducció.
Les làmines i bobines d'acer es mecanitzen en plaques o tires. Estan coberts amb una capa de vernís per a protecció i aïllament. La cobertura a doble cara és més fiable.
Per als relés, arrencadors i contactors que funcionen en circuits de corrent continu, els nuclis magnètics es fan en blocs sòlids.
Circuits de CA
Nuclis magnètics dels transformadors
Dispositius monofàsics
Entre ells, són comuns dos tipus de circuits magnètics:
1. pal;
2. Blindat.
El primer tipus es fa amb dues varetes, sobre cadascuna de les quals es col·loquen per separat dues bobines amb bobines d'alta o baixa tensió. Si es col·loca una bobina LV i LV a la barra, es produeixen grans fluxos de dissipació d'energia i augmenta la component de reactància.
El flux magnètic que passa per les varetes està tancat pel jou superior i inferior.
El tipus blindat té una vareta amb bobines i jous a partir dels quals el flux magnètic es divideix en dues meitats. Per tant, la seva àrea és el doble de la secció transversal del jou.Aquestes estructures es troben més sovint en transformadors de baixa potència, on no es creen grans càrregues tèrmiques a l'estructura.
Els transformadors de potència requereixen una gran superfície de refrigeració amb bobinatges a causa de la conversió de càrregues més altes. L'esquema consolidat és més adequat per a ells.
Dispositius trifàsics
Per a ells, podeu utilitzar tres circuits magnètics monofàsics situats a un terç de la circumferència, o recollir bobines de ferro comú a les seves gàbies.
Si considerem un circuit magnètic comú de tres estructures idèntiques situades en un angle de 120 graus, tal com es mostra a la cantonada superior esquerra de la imatge, aleshores dins de la barra central el flux magnètic total estarà equilibrat i igual a zero.
A la pràctica, però, s'utilitza més sovint un disseny simplificat situat en el mateix pla, quan tres bobinatges diferents es troben en una vareta separada. En aquest mètode, el flux magnètic de les bobines finals passa pels anells grans i petits, i des del mig per dos adjacents. A causa de la formació d'una distribució desigual de distàncies, es crea un cert desequilibri de resistències magnètiques.
Imposa restriccions separades als càlculs de disseny i alguns modes de funcionament, especialment al ralentí. Però, en general, aquest esquema del circuit magnètic s'utilitza àmpliament a la pràctica.
Els circuits magnètics que es mostren a les fotos anteriors estan fets de plaques i les bobines es col·loquen a les barres muntades. Aquesta tecnologia s'utilitza en fàbriques automatitzades amb un gran parc de maquinària.
A les petites indústries, la tecnologia de muntatge manual es pot utilitzar a causa de les cintes en blanc, quan una bobina es fa inicialment amb un cable enrotllat, i després s'instal·la un circuit magnètic al seu voltant a partir d'una cinta de ferro de transformador amb girs successius.
Aquests circuits magnètics retorçats també es creen segons la barra i el tipus de blindatge.
Per a la tecnologia de tires, el gruix admissible del material és de 0,2 o 0,35 mm, i per a la instal·lació amb plaques, es pot triar 0,35 o 0,5 o fins i tot més. Això es deu a la necessitat d'enrotllar fortament la cinta entre capes, cosa que és difícil de fer manualment quan es treballa amb materials gruixuts.
Si, quan enrotlleu la cinta en un rodet, la seva longitud no és suficient, es permet unir-hi una extensió i prémer-la de manera fiable amb una nova capa. De la mateixa manera, les plaques de varetes i jous s'acoblen en circuits magnètics lamel·lars.En tots aquests casos, les unions s'han de fer amb unes dimensions mínimes, ja que afecten a la reluctància total i la pèrdua d'energia en general.
Per a un treball precís, s'intenta evitar la creació d'aquestes juntes i, quan és impossible excloure-les, utilitzen la mòlta de vora, aconseguint un ajustament ajustat del metall.
En muntar manualment una estructura, és bastant difícil orientar amb precisió les plaques entre si. Per tant, s'hi van perforar forats i s'hi van introduir agulles, que asseguraven un bon centrat. Però aquest mètode redueix lleugerament l'àrea del circuit magnètic, distorsiona el pas de les línies de força i la resistència magnètica en general.
Les grans empreses automatitzades especialitzades en la producció de nuclis magnètics per a transformadors de precisió, relés, arrancadors han abandonat els forats de perforació dins de les plaques i utilitzen altres tecnologies de muntatge.
Construccions revestides i frontals
Els nuclis magnètics creats a partir de plaques es poden muntar preparant per separat les barres de jou i després muntant bobines amb bobines, tal com es mostra a la foto.
A la dreta es mostra un diagrama de muntatge de culata simplificat. Pot tenir un greu inconvenient: "foc en acer", que es caracteritza per l'aparença corrents de Foucault al nucli fins al valor crític tal com es mostra a la imatge següent a l'esquerra amb una línia vermella ondulada. Això crea una emergència.
Aquest defecte s'elimina amb una capa aïllant, que afecta significativament l'augment del flux de magnetització. I aquestes són pèrdues d'energia innecessàries.
En alguns casos, cal augmentar aquesta bretxa per augmentar la reactivitat. Aquesta tècnica s'utilitza en inductors i bobines.
Per les raons esmentades anteriorment, l'esquema de muntatge de cara s'utilitza en estructures no crítiques. Per al funcionament precís del circuit magnètic, s'utilitza una placa laminat.
El seu principi es basa en una distribució clara de les capes i la creació d'espais iguals a la vareta i el jou de tal manera que durant el muntatge totes les cavitats creades s'omplen amb juntes mínimes. En aquest cas, les plaques de la vareta i el jou s'entrellacen entre si, formant una estructura forta i rígida.
La foto anterior mostra un mètode laminat per connectar plaques rectangulars.No obstant això, les estructures inclinades, generalment creades a 45 graus, tenen pèrdues d'energia magnètica més baixes. S'utilitzen en potents circuits magnètics de transformadors de potència.
La foto mostra el muntatge de diverses plaques inclinades amb descàrrega parcial de l'estructura global.
Fins i tot amb aquest mètode, cal controlar la qualitat de les superfícies de suport i l'absència de buits inacceptables en elles.
El mètode d'ús de plaques inclinades assegura pèrdues mínimes de flux magnètic a les cantonades del circuit magnètic, però complica significativament el procés de producció i la tecnologia de muntatge. A causa de l'augment de la complexitat del treball, s'utilitza molt poques vegades.
El mètode de muntatge laminat és més fiable. El disseny és robust, requereix menys peces i s'acobla mitjançant un mètode pre-preparat.
Amb aquest mètode, es crea una estructura comuna a partir de les plaques. Després del muntatge complet del circuit magnètic, cal instal·lar-hi la bobina.
Per fer-ho, cal desmuntar el jou superior ja muntat, traient successivament totes les seves plaques. Per tal d'eliminar una operació tan innecessària, la tecnologia de muntatge d'un circuit magnètic es va desenvolupar directament dins dels bobinats preparats amb bobines.
Models simplificats d'estructures laminades
Els transformadors de baixa potència sovint no requereixen un control magnètic precís. Per a ells, els espais en blanc es creen mitjançant mètodes d'estampació segons plantilles preparades, seguits d'un recobriment amb vernís aïllant i, més sovint, per una cara.
El conjunt del circuit magnètic esquerre es crea inserint espais en blanc a les bobines superiors i inferiors, i el dret us permet doblegar i inserir la vareta central al forat interior de la bobina. En aquests mètodes, es forma un petit espai d'aire entre les plaques de suport.
Després de muntar el conjunt, les plaques es pressionen fortament pels elements de fixació. Per reduir els corrents de Foucault amb pèrdues magnètiques, se'ls aplica una capa d'aïllament.
Característiques dels circuits magnètics de relés, arrencadors
Els principis per crear un camí per al pas del flux magnètic van continuar sent els mateixos. Només el circuit magnètic es divideix en dues parts:
1. mòbil;
2. fixat permanentment.
Quan es produeix un flux magnètic, l'induït mòbil, juntament amb els contactes fixats sobre ella, és atret pel principi d'un electroimant i, quan desapareix, torna al seu estat original sota l'acció de molles mecàniques.
Curtcircuit
El corrent altern canvia constantment de magnitud i amplitud. Aquests canvis es transmeten al flux magnètic i a la part mòbil de l'induït, que pot zumbir i vibrar. Per eliminar aquest fenomen, el circuit magnètic es separa mitjançant la inserció d'un curtcircuit.
S'hi forma una bifurcació del flux magnètic i un desplaçament de fase d'una de les seves parts. Aleshores, en creuar el punt zero d'una branca, actua una força que evita les vibracions en la segona, i viceversa.
Nuclis magnètics per a dispositius de corrent continu
En aquests circuits, no cal tractar els efectes nocius dels corrents de Foucault, que es manifesten en oscil·lacions sinusoïdals harmòniques.Per als nuclis magnètics, no s'utilitzen conjunts de plaques primes, però es fan amb peces rectangulars o arrodonides pel mètode de fosa d'una sola peça.
En aquest cas, el nucli on es munta la bobina és rodó i la carcassa i el jou són rectangulars.
Per reduir la força de tracció inicial, el buit d'aire entre les parts separades del circuit magnètic és petit.
Circuits magnètics de màquines elèctriques
La presència d'un rotor mòbil que gira en el camp de l'estator requereix unes característiques especials dissenys de motor elèctric i generadors. En el seu interior cal disposar les bobines per les quals circula el corrent elèctric, per tal d'assegurar les dimensions mínimes.
Amb aquest propòsit, es fan cavitats per posar cables directament en els circuits magnètics. Per fer-ho, immediatament en estampar les plaques, s'hi creen canals, que després del muntatge són línies a punt per a les bobines.
Així, el circuit magnètic és una part integral de molts dispositius elèctrics i serveix per transmetre el flux magnètic.