Elektromagnetická zařízení: účel, druhy, požadavky, provedení

Účel elektromagnetických zařízení

Výroba, přeměna, přenos, rozvod nebo spotřeba elektrické energie se provádí pomocí elektrických zařízení. Z celé jejich rozmanitosti vybíráme elektromagnetická zařízení, na kterých je založena práce o jevu elektromagnetické indukcedoprovázené výskytem magnetických toků.

Mezi statická elektromagnetická zařízení patří tlumivky, magnetické zesilovače, transformátory, relé, spouštěče, stykače a další zařízení. Rotační — elektromotory a generátory, elektromagnetické spojky.

Sada feromagnetických částí elektromagnetických zařízení určená k vedení hlavní části magnetického toku, Named magnetický systém elektromagnetického zařízení… Zvláštní konstrukční jednotkou takového systému je magnetický obvod… Magnetické toky procházející magnetickými obvody mohou být částečně omezeny v nemagnetickém prostředí a vytvářejí rozptylové magnetické toky.

Magnetické toky procházející magnetickým obvodem mohou být vytvořeny pomocí stejnosměrných nebo střídavých elektrických proudů tekoucích v jednom nebo více indukční cívky… Taková cívka je prvek elektrického obvodu navržený pro použití vlastní indukčnosti a/nebo vlastního magnetického pole.

Vytvoří se jedna nebo více cívek likvidace… nazývá se část magnetického obvodu, na které nebo kolem které je cívka umístěna jádro, se nazývá část, na které nebo kolem které se cívka nenachází jho.

Výpočet hlavních elektrických parametrů elektromagnetických zařízení vychází ze zákona celkového proudu a zákona elektromagnetické indukce. Jev vzájemné indukce se využívá k přenosu energie z jednoho elektrického obvodu do druhého.

Další podrobnosti naleznete zde: Magnetické obvody elektrických zařízení a tady: K čemu slouží výpočet magnetického obvodu?

Požadavky na magnetické obvody elektromagnetických zařízení

Požadavky na magnetická jádra závisí na funkčním účelu elektromagnetických zařízení, ve kterých se používají.

V elektromagnetických zařízeních lze použít jak konstantní, tak i střídavé magnetické toky. Stálý magnetický tok nezpůsobuje v magnetických obvodech žádné energetické ztráty.

Magnetická jádra fungující v podmínkách expozice konstantní magnetický tok (např. lůžka pro stejnosměrné stroje) lze vyrobit z odlitků s následným opracováním. Při složité konfiguraci magnetických obvodů je ekonomičtější vyrábět je z více prvků.

Průchod magnetickými obvody střídavého magnetického toku je doprovázen energetickými ztrátami, které jsou tzv magnetické ztráty… Způsobují zahřívání magnetických obvodů. Zahřívání magnetických jader je možné snížit speciálními opatřeními pro jejich chlazení (například práce v oleji). Taková řešení komplikují jejich konstrukci, zvyšují náklady na jejich výrobu a provoz.

Magnetické ztráty se skládají z:

• ztráta hystereze;

• ztráty vířivými proudy;

• dodatečné ztráty.

Hysterezní ztráty lze snížit použitím měkkých magnetických feromagnetik s úzkým hysterezní obvod.

Ztráty vířivými proudy se obvykle snižují:

• použití materiálů s nižší měrnou elektrickou vodivostí;

• výroba magnetických jader z elektricky izolovaných pásů nebo desek.

Rozdělení vířivých proudů v různých magnetických obvodech: a — v odlévání; b — v sadě dílů z plošných materiálů.

Střední část magnetického obvodu je ve srovnání s jeho povrchem ve větší míře pokryta vířivými proudy, což vede k «posunu» hlavního magnetického toku směrem k povrchu magnetického obvodu, to znamená, že dochází k povrchovému efektu.

To vede k tomu, že při určité frekvenční charakteristice materiálu tohoto magnetického obvodu se magnetický tok zcela soustředí do tenké povrchové vrstvy magnetického obvodu, jejíž tloušťka je dána hloubkou průniku při dané frekvenci. .

Přítomnost vířivých proudů tekoucích v magnetickém jádru vyrobeném z materiálu s nízkým elektrickým odporem vede k odpovídajícím ztrátám (ztráty vířivými proudy).

Úkol snížit ztráty vířivými proudy a maximálně zachovat magnetický tok je řešen výrobou magnetických obvodů z jednotlivých částí (nebo jejich částí), které jsou od sebe elektricky izolované. V tomto případě zůstává plocha průřezu magnetického obvodu nezměněna.

Široce se používají desky nebo pásy lisované z plošných materiálů a navíjené na jádro. K izolaci povrchů desek (nebo pásů) lze použít různé technologické postupy, z nichž se nejčastěji uplatňuje aplikace izolačních laků nebo emailů.

Magnetický obvod vyrobený ze samostatných částí (nebo jejich částí) umožňuje:

• snížení ztrát vířivými proudy v důsledku kolmého uspořádání desek vůči směru jejich oběhu (v tomto případě se zmenší délka obvodů, po kterých mohou vířivé proudy cirkulovat);

• pro získání zanedbatelné nerovnoměrné distribuce magnetického toku, protože při malé tloušťce plošného materiálu, úměrné hloubce průniku, je stínící účinek vířivých proudů malý.

Na materiály magnetických jader lze klást další požadavky: teplotní a vibrační odolnost, nízká cena atd. Při návrhu konkrétního zařízení se volí měkký magnetický materiál, jehož parametry nejlépe splňují zadané požadavky.

Konstrukce magnetických jader

V závislosti na technologii výroby lze magnetická jádra elektromagnetických zařízení rozdělit do 3 hlavních skupin:

• lamelární;

• páska;

• lisované.

Lamelové magnetické obvody se skládají ze samostatných, vzájemně od sebe elektricky izolovaných desek, což umožňuje snížit ztráty vířivými proudy. Magnetická jádra pásky se získávají navinutím pásky o určité tloušťce. V takových magnetických obvodech je účinek vířivých proudů výrazně snížen, protože roviny pásů jsou pokryty izolačním lakem.

Vytvarovaná magnetická jádra se vyrábějí odléváním (elektroocel), keramickou technologií (ferity), mícháním komponent s následným lisováním (magnetodielektrika) a dalšími způsoby.

Při výrobě magnetického obvodu elektromagnetického zařízení je nutné zajistit jeho specifické provedení, které je dáno mnoha faktory (výkon zařízení, pracovní frekvence atd.), včetně přítomnosti či nepřítomnosti přímé nebo zpětné konverze elektromagnetického energie na mechanickou energii v zařízení.

Návrhy zařízení, ve kterých k takové transformaci dochází (elektromotory, generátory, relé atd.), zahrnují části, které se pohybují pod vlivem elektromagnetické interakce.

Zařízení, ve kterých elektromagnetická indukce nezpůsobuje přeměnu elektromagnetické energie na energii mechanickou (transformátory, tlumivky, magnetické zesilovače atd.), se nazývají statická elektromagnetická zařízení.

Ve statických elektromagnetických zařízeních se v závislosti na provedení nejčastěji používají pancéřové, tyčové a prstencové magnetické obvody.

Lisovaná magnetická jádra mohou mít složitější design než plechy a pásy.

Tvarovaná magnetická jádra: a — kulatá; b — d — obrněný; d — pohár; f, g — rotace; h — mnoho otvorů

Pancéřovaná magnetická jádra se vyznačují jednoduchostí designu a v důsledku toho i vyrobitelností. Tato konstrukce navíc poskytuje lepší (ve srovnání s jinými) ochranu cívky před mechanickými vlivy a elektromagnetickým rušením.

Magnetické obvody jádra jsou různé:

• dobré chlazení;

• nízká citlivost na rušení (protože EMF rušení indukovaných v sousedních cívkách má opačné znaménko a je částečně nebo úplně kompenzováno);

• menší (vzhledem k brnění) hmotnost při stejném výkonu;

• menší (vzhledem k pancéřování) ztráta magnetického toku.

Mezi nevýhody zařízení na bázi tyčových magnetických obvodů (ve srovnání s zařízeními na bázi pancéřových) patří pracnost výroby cívek (zejména při jejich umístění na různých tyčích) a jejich slabší ochrana před mechanickými vlivy.

Díky nízkým svodovým proudům se kruhové magnetické obvody vyznačují na jedné straně dobrou izolací hluku a na druhé straně malým vlivem na blízké prvky elektronického zařízení (REE). Z tohoto důvodu jsou široce používány v radiotechnických výrobcích.

Nevýhody kruhových magnetických obvodů jsou spojeny s jejich nízkou technologií (potíže s navíjením cívek a instalací elektromagnetických zařízení v místě použití) a omezeným výkonem - až stovky wattů (poslední je vysvětleno zahříváním magnetického obvodu, který nemá přímé chlazení díky na něm umístěným závitům cívky).

Výběr typu a typu magnetického obvodu se provádí s ohledem na možnost získání nejmenších hodnot jeho hmotnosti, objemu a nákladů.

Dostatečně složité struktury mají magnetické obvody zařízení, ve kterých dochází k přímé nebo zpětné přeměně elektromagnetické energie na energii mechanickou (například magnetické obvody točivých elektrických strojů). Taková zařízení používají lisované nebo deskové magnetické obvody.

Typy elektromagnetických zařízení

Plyn — zařízení používané jako indukční odpor v obvodech střídavého nebo pulsujícího proudu.

Magnetická jádra s nemagnetickou mezerou se používají ve střídavých tlumivkách, které se používají pro akumulaci energie, a ve vyhlazovacích tlumivkách určených k vyhlazení usměrněného zvlnění proudu. Zároveň existují tlumivky, u kterých lze upravit velikost nemagnetické mezery, která je nutná pro změnu indukčnosti tlumivky při jejím provozu.

Zařízení a princip činnosti elektrické škrticí klapky

Magnetický zesilovač — zařízení sestávající z jednoho nebo více magnetických obvodů s cívkami, pomocí kterých lze měnit velikost proudu nebo napětí v elektrickém obvodu napájeném střídavým napětím nebo zdrojem střídavého proudu, na základě využití jevu saturace feromagnetu pod působením trvalého zkreslení pole.

Princip činnosti magnetického zesilovače je založen na změně diferenciální magnetické permeability (měřeno na střídavém proudu) se změnou stejnosměrného předpětí, proto je nejjednodušší magnetický zesilovač nasycená tlumivka obsahující pracovní cívku a řídicí cívka.

Transformátor se nazývá statické elektromagnetické zařízení, které má dvě (nebo více) indukčně vázaných cívek a je navrženo tak, aby pomocí elektromagnetické indukce převádělo jeden nebo více střídavých systémů na jeden nebo více jiných střídavých systémů.

Výkon transformátoru je dán maximální možnou indukcí materiálu magnetického jádra a jeho rozměry. Proto se magnetická jádra (obvykle tyčového typu) výkonných výkonových transformátorů sestavují z plechů elektrooceli o tloušťce 0,35 nebo 0,5 mm.

Zařízení a princip činnosti transformátoru

Elektromagnetické relé se nazývá elektromechanické relé, jehož činnost je založena na působení magnetického pole nehybné cívky na pohybující se feromagnetický prvek.

Každé elektromagnetické relé obsahuje dva elektrické obvody: vstupní (řídicí) signální obvod a výstupní (řízený) signálový obvod. Podle principu zařízení řízeného obvodu se rozlišují nepolarizovaná a polarizovaná relé. Činnost nepolarizovaných relé, na rozdíl od polarizovaných, nezávisí na směru proudu v řídicím obvodu.

Jak funguje a funguje elektromagnetické relé

Rozdíly mezi DC a AC elektromagnetickými relé

Točivý elektrický stroj — zařízení určené k přeměně energie na základě elektromagnetické indukce a interakce magnetického pole s elektrickým proudem, obsahující alespoň dvě části zapojené do hlavního procesu přeměny a schopné vzájemného otáčení nebo rotace.

Část elektrických strojů, která obsahuje stacionární magnetický obvod s cívkou, se nazývá stator a rotační část se nazývá rotor.

Elektrický stroj určený k přeměně mechanické energie na elektrickou energii se nazývá generátor elektrického stroje. Elektrický stroj určený k přeměně elektrické energie na mechanickou energii se nazývá rotační elektromotor.

Princip činnosti a zařízení elektromotorů

Princip činnosti a zařízení generátorů

Výše uvedené příklady použití měkkých materiálů k vytvoření elektromagnetických zařízení nejsou vyčerpávající. Všechny tyto zásady platí také pro návrh magnetických obvodů a dalších elektrických výrobků, které využívají tlumivky, jako jsou elektrická spínací zařízení, magnetické zámky atd.