Dispositius electromagnètics: finalitat, tipus, requisits, disseny
Finalitat dels dispositius electromagnètics
La producció, transformació, transmissió, distribució o consum d'energia elèctrica es realitza mitjançant aparells elèctrics. De tota la seva varietat, destaquem els dispositius electromagnètics, el treball dels quals es basa sobre el fenomen de la inducció electromagnèticaacompanyat de l'aparició de fluxos magnètics.
Els dispositius electromagnètics estàtics inclouen bobines, amplificadors magnètics, transformadors, relés, arrencadors, contactors i altres dispositius. Giratori: motors i generadors elèctrics, embragatges electromagnètics.
Un conjunt de peces ferromagnètiques de dispositius electromagnètics dissenyades per conduir la part principal del flux magnètic, Named sistema magnètic d'un dispositiu electromagnètic… Una unitat estructural especial d'aquest sistema és circuit magnètic… Els fluxos magnètics que passen per circuits magnètics poden estar parcialment confinats en un medi no magnètic, formant fluxos magnètics dispersos.
Els fluxos magnètics que passen per un circuit magnètic es poden crear mitjançant corrents elèctrics directes o alterns que flueixen en un o més bobines inductives… Aquesta bobina és un element de circuit elèctric dissenyat per utilitzar la seva pròpia inductància i/o el seu propi camp magnètic.
Es formen una o més bobines liquidació… S'anomena la part del circuit magnètic en què o al voltant de la qual es troba la bobina nucli, s'anomena la part sobre la qual o al voltant de la qual no es troba la bobina jou.
El càlcul dels principals paràmetres elèctrics dels dispositius electromagnètics es basa en la llei del corrent total i la llei de la inducció electromagnètica. El fenomen de la inducció mútua s'utilitza per transferir energia d'un circuit elèctric a un altre.
Vegeu més detalls aquí: Circuits magnètics d'aparells elèctrics i aquí: Per a què serveix el càlcul del circuit magnètic?
Requisits per als circuits magnètics dels dispositius electromagnètics
Els requisits dels nuclis magnètics depenen de la finalitat funcional dels dispositius electromagnètics en què s'utilitzen.
En els dispositius electromagnètics es poden utilitzar fluxos magnètics constants i/o alterns. El flux magnètic permanent no provoca pèrdues d'energia als circuits magnètics.
Nuclis magnètics que funcionen en condicions d'exposició flux magnètic constant (p. ex. llits per a màquines de corrent continu) es poden fer a partir de peces en brut de fosa amb mecanitzat posterior. Amb una configuració complexa de circuits magnètics, és més econòmic fabricar-los a partir de diversos elements.
El pas pels circuits magnètics d'un flux magnètic altern va acompanyat de pèrdues d'energia, que s'anomenen pèrdues magnètiques... Fan que els circuits magnètics s'escalfin. És possible reduir l'escalfament dels nuclis magnètics mitjançant mesures especials per al seu refredament (per exemple, treballant en oli). Aquestes solucions compliquen el seu disseny, augmenten els costos de producció i operació.
Les pèrdues magnètiques consisteixen en:
-
pèrdua d'histèresi;
-
pèrdues de corrent de Foucault;
-
pèrdues addicionals.
Les pèrdues d'histèresi es poden reduir mitjançant l'ús de ferroimants d'imant suau amb una estreta circuit d'histèresi.
Les pèrdues de corrents de Foucault es redueixen normalment per:
-
ús de materials amb menor conductivitat elèctrica específica;
-
la producció de nuclis magnètics a partir de tires o plaques aïllades elèctricament.
Distribució de corrents de Foucault en diferents circuits magnètics: a — en fosa; b — en un conjunt de peces fetes de materials de làmina.
La part mitjana del circuit magnètic està coberta en major mesura per corrents de Foucault en comparació amb la seva superfície, la qual cosa comporta un «desplaçament» del flux magnètic principal cap a la superfície del circuit magnètic, és a dir, es produeix un efecte superficial.
Això condueix al fet que a una determinada freqüència característica del material d'aquest circuit magnètic, el flux magnètic es concentrarà completament en una fina capa superficial del circuit magnètic, el gruix de la qual està determinat per la profunditat de penetració a una freqüència determinada. .
La presència de corrents de Foucault que circulen en un nucli magnètic fet d'un material amb baixa resistència elèctrica provoca les pèrdues corresponents (pèrdues de Foucault).
La tasca de reduir les pèrdues de corrent de Foucault i preservar al màxim el flux magnètic es resol mitjançant la fabricació de circuits magnètics a partir de peces individuals (o les seves parts), que estan aïllades elèctricament entre si. En aquest cas, l'àrea de la secció transversal del circuit magnètic es manté sense canvis.
S'utilitzen àmpliament plaques o tires estampades a partir de materials de làmina i enrotllades sobre un nucli. Es poden utilitzar diferents mètodes tecnològics per aïllar les superfícies de plaques (o tires), de les quals s'aplica amb més freqüència l'aplicació de vernissos o esmalts aïllants.
Un circuit magnètic fet de parts separades (o les seves parts) permet:
-
reducció de les pèrdues de corrents de Foucault a causa de la disposició perpendicular de les plaques respecte a la direcció de la seva circulació (en aquest cas, la longitud dels circuits pels quals poden circular els corrents de Foucault disminueix);
-
per obtenir una distribució no uniforme del flux magnètic insignificant, ja que amb un gruix petit del material de la làmina, proporcional a la profunditat de penetració, l'efecte de blindatge dels corrents de Foucault és petit.
Es poden imposar altres requisits als materials dels nuclis magnètics: resistència a la temperatura i vibració, baix cost, etc. Quan es dissenya un dispositiu específic, es selecciona el material magnètic suau els paràmetres del qual compleixen millor els requisits especificats.
Disseny de nuclis magnètics
Depenent de la tecnologia de producció, els nuclis magnètics dels dispositius electromagnètics es poden dividir en 3 grups principals:
-
lamel·lar;
-
cinta;
-
modelat.
Els circuits magnètics lamel·lars es recluten a partir de plaques separades i aïllades elèctricament entre si, cosa que permet reduir les pèrdues de corrent de Foucault. Els nuclis magnètics de cinta s'obtenen enrotllant una cinta d'un determinat gruix. En aquests circuits magnètics, l'efecte dels corrents de Foucault es redueix significativament, ja que els plans de la cinta estan coberts amb un vernís aïllant.
Els nuclis magnètics formats es produeixen per fosa (acer elèctric), tecnologia ceràmica (ferrites), barreja de components seguida de premsat (magneto-dielèctrics) i altres mètodes.
En la fabricació del circuit magnètic d'un dispositiu electromagnètic, cal garantir el seu disseny específic, que està determinat per molts factors (potència del dispositiu, freqüència de funcionament, etc.), inclosa la presència o absència de conversió directa o inversa d'electromagnètica. energia en energia mecànica del dispositiu.
Els dissenys dels dispositius en què es produeix aquesta transformació (motors elèctrics, generadors, relés, etc.) inclouen peces que es mouen sota la influència de la interacció electromagnètica.
Els dispositius en què la inducció electromagnètica no provoca la conversió d'energia electromagnètica en energia mecànica (transformadors, bobines, amplificadors magnètics, etc.) s'anomenen dispositius electromagnètics estàtics.
En dispositius electromagnètics estàtics, depenent del disseny, s'utilitzen amb més freqüència circuits magnètics blindats, varetes i anells.
Els nuclis magnètics modelats poden tenir un disseny més complex que les làmines i les tires.
Nuclis magnètics formats: a — rodons; b — d — blindat; d — tassa; f, g - rotació; h — moltes obertures
Els nuclis magnètics blindats es distingeixen per la seva simplicitat de disseny i, com a resultat, per la seva fabricabilitat. A més, aquest disseny proporciona una millor protecció de la bobina (en comparació amb altres) contra influències mecàniques i interferències electromagnètiques.
Els circuits magnètics centrals són diferents:
-
bona refrigeració;
-
baixa sensibilitat a les pertorbacions (ja que la CEM de les pertorbacions induïdes a les bobines veïnes és de signe oposat i es compensa parcialment o completament);
-
menys pes (relatiu a l'armadura) amb la mateixa potència;
-
menys (relativa a l'armadura) dissipació del flux magnètic.
Els inconvenients dels dispositius basats en circuits magnètics de varetes (en relació amb els dispositius basats en blindats) inclouen la laboriositat de la fabricació de bobines (sobretot quan es col·loquen en varetes diferents) i la seva protecció més feble contra influències mecàniques.
A causa dels baixos corrents de fuga, els circuits magnètics d'anell es distingeixen, d'una banda, per un bon aïllament del soroll, i d'altra banda, per un petit efecte sobre els elements propers dels equips electrònics (REE). Per aquest motiu, s'utilitzen àmpliament en productes d'enginyeria de ràdio.
Els desavantatges dels circuits magnètics circulars estan associats a la seva baixa tecnologia (dificultats per enrotllar les bobines i instal·lar dispositius electromagnètics al lloc d'ús) i una potència limitada, fins a centenars de watts (aquest últim s'explica per l'escalfament del circuit magnètic, que no té refrigeració directa a causa de les voltes de la bobina situades en ella).
L'elecció del tipus i tipus de circuit magnètic es fa tenint en compte la possibilitat d'obtenir els valors més petits de la seva massa, volum i cost.
Les estructures prou complexes tenen circuits magnètics de dispositius en els quals hi ha una conversió directa o inversa d'energia electromagnètica en energia mecànica (per exemple, circuits magnètics de màquines elèctriques giratòries). Aquests dispositius utilitzen circuits magnètics modelats o plaques.
Tipus de dispositius electromagnètics
Acelerador — Un dispositiu utilitzat com a resistència inductiva en circuits de corrent altern o pulsatori.
Els nuclis magnètics amb una bretxa no magnètica s'utilitzen en bobines de CA que s'utilitzen per a l'emmagatzematge d'energia i en boques de suavització dissenyades per suavitzar l'ondulatge de corrent rectificat. Al mateix temps, hi ha bobines en què es pot ajustar la mida de la bretxa no magnètica, cosa que és necessari per canviar la inductància de l'obstrucció durant el seu funcionament.
El dispositiu i el principi de funcionament de l'accelerador elèctric
Amplificador magnètic — Dispositiu format per un o més circuits magnètics amb bobines mitjançant els quals es pot canviar la magnitud del corrent o la tensió en un circuit elèctric alimentat per una font de tensió o corrent altern, basat en l'ús del fenomen de saturació del ferroimant. sota l'acció d'un camp de biaix permanent.
El principi de funcionament de l'amplificador magnètic es basa en un canvi en la permeabilitat magnètica diferencial (mesurada amb un corrent altern) amb un canvi en el corrent de polarització directa, per tant, l'amplificador magnètic més senzill és un estrany saturat que conté una bobina de treball i un control. bobina.
Transformador s'anomena dispositiu electromagnètic estàtic que té dues (o més) bobines acoblades inductivament i està dissenyat per convertir per inducció electromagnètica un o més sistemes de CA en un o més sistemes de CA.
La potència del transformador ve determinada per la màxima inducció possible del material del nucli magnètic i les seves dimensions. Per tant, els nuclis magnètics (generalment del tipus vareta) dels potents transformadors de potència es munten a partir de làmines d'acer elèctric amb un gruix de 0,35 o 0,5 mm.
El dispositiu i el principi de funcionament del transformador
Relé electromagnètic s'anomena relé electromecànic, el funcionament del qual es basa en l'efecte d'un camp magnètic d'una bobina estacionària sobre un element ferromagnètic en moviment.
Qualsevol relé electromagnètic conté dos circuits elèctrics: un circuit de senyal d'entrada (control) i un circuit de senyal de sortida (controlat). Segons el principi del dispositiu del circuit controlat, es distingeixen els relés no polaritzats i els polaritzats. El funcionament dels relés no polaritzats, a diferència dels relés polaritzats, no depèn de la direcció del corrent al circuit de control.
Com funciona i funciona un relé electromagnètic
Diferències entre els relés electromagnètics de CC i CA
Màquina elèctrica giratòria — Un dispositiu dissenyat per convertir l'energia basat en la inducció electromagnètica i la interacció d'un camp magnètic amb un corrent elèctric, que conté almenys dues parts implicades en el procés de conversió principal i que puguin girar o girar una respecte a l'altra.
La part de les màquines elèctriques que inclou un circuit magnètic estacionari amb una bobina s'anomena estator, i la part giratòria s'anomena rotor.
Una màquina elèctrica dissenyada per convertir l'energia mecànica en energia elèctrica s'anomena generador de màquina elèctrica. Una màquina elèctrica dissenyada per convertir l'energia elèctrica en energia mecànica s'anomena motor elèctric rotatiu.
El principi de funcionament i el dispositiu dels motors elèctrics
El principi de funcionament i el dispositiu dels generadors
Els exemples anteriors d'ús de materials tous per crear dispositius electromagnètics no són exhaustius. Tots aquests principis també s'apliquen al disseny de circuits magnètics i altres productes elèctrics que utilitzen inductors, com ara dispositius de commutació elèctrica, panys magnètics, etc.