Využití permanentních magnetů v elektrotechnice a energetice

Permanentní magnety dnes nacházejí užitečné uplatnění v mnoha oblastech lidského života. Někdy si jejich přítomnosti nevšimneme, ale téměř v každém bytě v různých elektrických spotřebičích a mechanických zařízeních, pokud se podíváte pozorně, najdete stálý magnet… Elektrický holicí strojek a reproduktor, video přehrávač a nástěnné hodiny, mobilní telefon a mikrovlnná trouba, dvířka lednice, konečně — permanentní magnety najdeme všude.

Používají se v lékařských zařízeních a měřicích zařízeních, v různých přístrojích a v automobilovém průmyslu, ve stejnosměrných motorech, v akustických systémech, v domácích elektrospotřebičích a na mnoha a mnoha dalších místech: radiotechnika, přístroje, automatizace, telemechanika atd. . — žádná z těchto oblastí není úplná bez použití permanentních magnetů.

Konkrétních řešení pomocí permanentních magnetů lze vyjmenovat donekonečna, ale tématem tohoto článku bude stručný přehled několika aplikací permanentních magnetů v elektrotechnice a energetice.

Elektromotory a generátory

Od dob Oersteda a Ampera je všeobecně známo, že vodiče a elektromagnety s proudem interagují s magnetickým polem permanentního magnetu. Na tomto principu pracuje mnoho motorů a generátorů. Pro příklady nemusíte chodit daleko. Ventilátor v napájecím zdroji vašeho počítače má rotor a stator.

Lopatkové oběžné kolo je rotor s permanentními magnety uspořádanými do kruhu a stator je jádrem elektromagnetu. Obrácením magnetizace statoru elektronický obvod vytváří efekt rotace magnetického pole statoru, poté, co se magnetické pole statoru snaží být k němu přitahováno, následuje magnetický rotor - ventilátor se otáčí. Rotace pevného disku se provádí podobným způsobem a funguje podobným způsobem mnoho krokových motorů.

Permanentní magnety našly své místo i v elektrocentrálách. Jednou z aplikací jsou například synchronní generátory pro domácí větrné turbíny.

Na obvodu statoru generátoru jsou cívky generátoru, které při provozu větrné turbíny protíná střídavé magnetické pole pohybujících se (při působení větru vanoucího na lopatky) permanentních magnetů rotoru. Odesílání zákon elektromagnetické indukce, dráty vinutí generátoru křížené stejnosměrnými magnety v obvodu spotřebiče.

Takové generátory se používají nejen ve větrných turbínách, ale také v některých průmyslových modelech, kde jsou na rotoru místo budicí cívky instalovány permanentní magnety. Výhodou řešení s magnety je možnost získat generátor s nízkou jmenovitou rychlostí.

Magnetoelektrická zařízení a mechanismy

PROTI mechanické indukční elektroměry vodivý kotouč se otáčí v poli permanentního magnetu. Odběrový proud procházející diskem interaguje s magnetickým polem permanentního magnetu a disk se otáčí.

Čím vyšší je proud, tím vyšší je rychlost otáčení disku, protože točivý moment je vytvářen Lorentzovou silou působící na pohybující se nabité částice uvnitř disku na straně magnetického pole permanentního magnetu. Vlastně je to takové počítadlo AC motor nízký výkon se statorovým magnetem.

K měření slabých proudů použijte galvanometry — velmi citlivá měřicí zařízení. Zde podkovovitý magnet interaguje s malou cívkou s proudem, která je zavěšena v mezeře mezi póly permanentního magnetu.

Vychýlení cívky během měření je způsobeno točivým momentem generovaným magnetickou indukcí, ke kterému dochází, když cívkou protéká proud. Tímto způsobem se ukáže, že výchylka cívky je úměrná hodnotě výsledné magnetické indukce v mezeře a v souladu s tím i proudu ve vodiči cívky. Pro malé odchylky je stupnice galvanometru lineární.

Permanentní magnety v domácích elektrospotřebičích

Mikrovlnná trouba je jistě ve vaší kuchyni. A jsou v něm až dva permanentní magnety. Vygenerovat elektromagnetické vlny Mikrovlnná trouba instalovaná v mikrovlnné troubě magnetron… Uvnitř magnetronu se elektrony pohybují ve vakuu od katody k anodě a při jejich pohybu musí být jejich trajektorie ohnuta, aby byly anodové rezonátory dostatečně silně vybuzeny.

Pro ohnutí trajektorie elektronu jsou prstencové permanentní magnety namontovány nad a pod vakuovou komorou magnetronu. Magnetické pole permanentních magnetů ohýbá trajektorie elektronů tak, že vzniká silný vír elektronů, který excituje rezonátory, které zase generují mikrovlnné elektromagnetické vlny k ohřevu jídla.

Aby byla hlava pevného disku přesně umístěna, musí být její pohyby v procesu zápisu a čtení informací velmi přesně řízeny a kontrolovány. Na pomoc opět přichází permanentní magnet. Uvnitř pevného disku se v magnetickém poli stacionárního permanentního magnetu pohybuje cívka s proudem spojená s hlavou.

Když je na hlavní cívku přiveden proud, magnetické pole tohoto proudu v závislosti na jeho hodnotě odpuzuje cívku od permanentního magnetu více či méně, v jednom nebo druhém směru, takže se hlava začne pohybovat a s vysokou přesností. Tento pohyb je řízen mikrokontrolérem.

Magnetická ložiska v elektřině

Aby se zlepšila energetická účinnost, některé země budují mechanická úložiště energie pro podniky. Jedná se o elektromechanické měniče pracující na principu akumulace setrvačné energie ve formě kinetické energie rotujícího setrvačníku, tzv. ukládání kinetické energie.

Například v Německu ATZ vyvinula 20 MJ zásobník kinetické energie s výkonem 250 kW a měrná hustota energie je přibližně 100 Wh/kg. Při hmotnosti setrvačníku 100 kg při rychlosti otáčení 6000 ot/min potřebuje válcová konstrukce o průměru 1,5 metru kvalitní ložiska. Díky tomu je spodní ložisko vyrobeno samozřejmě na bázi permanentních magnetů.