השימוש במגנטים קבועים בהנדסת חשמל ואנרגיה

כיום, מגנטים קבועים מוצאים יישומים שימושיים בתחומים רבים בחיי האדם. לעיתים איננו מבחינים בנוכחותם, אולם כמעט בכל דירה במכשירי חשמל שונים ובמכשירים מכניים, אם מסתכלים היטב, ניתן למצוא מגנט קבוע... מכונת גילוח ורמקול חשמלי, נגן וידאו ושעון קיר, טלפון נייד ותנור מיקרוגל, דלת מקרר, סוף סוף - מגנטים קבועים ניתן למצוא בכל מקום.

הם משמשים בציוד רפואי ובציוד מדידה, במכשירים שונים ובתעשיית הרכב, במנועי DC, במערכות אקוסטיות, במכשירי חשמל ביתיים ובהרבה מאוד מקומות אחרים: הנדסת רדיו, מכשירים, אוטומציה, טלמכניקה וכו'. . - אף אחד מהאזורים הללו אינו שלם ללא שימוש במגנטים קבועים.

פתרונות ספציפיים באמצעות מגנטים קבועים ניתן לפרט בלי סוף, אך הנושא של מאמר זה יהיה סקירה קצרה של מספר יישומים של מגנטים קבועים בהנדסת חשמל ואנרגיה.

מנועים חשמליים וגנרטורים

מאז זמנם של אורסטד ואמפר, זה היה ידוע כי חוטים נושאי זרם ואלקטרומגנטים מתקשרים עם השדה המגנטי של מגנט קבוע. מנועים וגנרטורים רבים עובדים על עיקרון זה. לא צריך ללכת רחוק בשביל דוגמאות. למאוורר בספק הכוח של המחשב שלך יש רוטור וסטטור.

אימפלר שבשבת הוא רוטור עם מגנטים קבועים המסודרים במעגל, והסטטור הוא הליבה של אלקטרומגנט. בהיפוך המגנטיזציה של הסטטור, המעגל האלקטרוני יוצר אפקט של סיבוב השדה המגנטי של הסטטור, לאחר שהשדה המגנטי של הסטטור, המנסה להימשך אליו, עוקב אחר הרוטור המגנטי - המאוורר מסתובב. סיבוב הדיסק הקשיח נעשה בצורה דומה ועובד בצורה דומה מנועי צעד רבים.

מגנטים קבועים מצאו את מקומם גם במחוללי חשמל. גנרטורים סינכרוניים לטורבינות רוח ביתיות, למשל, הם אחד התחומים היישומיים.

על היקף הסטטור של הגנרטור ישנם סלילי גנרטור, אשר במהלך פעולת טורבינת הרוח נחצים על ידי השדה המגנטי לסירוגין של נע (תחת פעולת הרוח הנושבת על הלהבים) מגנטים קבועים של הרוטור. הַגָשָׁה חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, החוטים של פיתולי הגנרטור שחוצים על ידי מגנטי DC במעגל הצרכן.

גנרטורים כאלה משמשים לא רק בטורבינות רוח, אלא גם בדגמים תעשייתיים מסוימים, שבהם מותקנים מגנטים קבועים על הרוטור במקום סליל העירור. היתרון של פתרונות עם מגנטים הוא האפשרות להשיג גנרטור עם מהירות נומינלית נמוכה.

מכשירים ומנגנונים מגנטואלקטריים

V מדי חשמל אינדוקציה מכנית הדיסק המוליך מסתובב בשדה של מגנט קבוע. זרם הצריכה, העובר דרך הדיסק, יוצר אינטראקציה עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע והדיסק מסתובב.

ככל שהזרם גבוה יותר, כך מהירות הסיבוב של הדיסק גבוהה יותר, שכן המומנט נוצר מכוח לורנץ הפועל על החלקיקים הטעונים הנעים בתוך הדיסק בצד השדה המגנטי של מגנט קבוע. למעשה, זה מונה כזה מנוע AC הספק נמוך עם מגנט סטטור.

כדי למדוד זרמים חלשים השתמש גלוונומטרים - מכשירי מדידה רגישים מאוד. כאן, מגנט הפרסה מקיים אינטראקציה עם סליל קטן נושא זרם התלוי במרווח בין הקטבים של המגנט הקבוע.

הסטייה של הסליל במהלך המדידה נובעת מהמומנט שנוצר מהאינדוקציה המגנטית המתרחשת כאשר זרם זורם דרך הסליל. בדרך זו, הסטייה של הסליל מתבררת כפרופורציונלית לערך ההשראה המגנטית המתקבלת בפער ובהתאם לזרם במוליך הסליל. עבור סטיות קטנות, קנה המידה של הגלוונומטר הוא ליניארי.

מגנטים קבועים במכשירי חשמל ביתיים

אין ספק שיש מיקרוגל במטבח שלך. ויש בו עד שני מגנטים קבועים. לייצר גלים אלקטרומגנטיים טווח מיקרוגל מותקן במיקרוגל מגנטרון… בתוך המגנטרון, האלקטרונים נעים בוואקום מהקתודה לאנודה, ובתהליך תנועתם, יש לכופף את מסלולם כדי שהמהודים של האנודה יתרגשו בעוצמה מספקת.

כדי לכופף את מסלול האלקטרונים, מגנטים קבועים טבעתיים מותקנים מעל ומתחת לתא הוואקום של המגנטרון. השדה המגנטי של מגנטים קבועים מכופף את מסלולי האלקטרונים, כך שנוצרת מערבולת עוצמתית של אלקטרונים, המעוררת את המהודים, אשר בתורם יוצרים גלים אלקטרומגנטיים במיקרוגל לחימום המזון.

על מנת שראש הדיסק הקשיח יהיה ממוקם במדויק, תנועותיו בתהליך כתיבה וקריאה של מידע חייבות להיות מבוקרות ומבוקרות בצורה מדויקת מאוד. שוב, מגנט קבוע נחלץ לעזרה. בתוך הכונן הקשיח, בשדה המגנטי של מגנט קבוע נייח, נע סליל נושא זרם המחובר לראש.

כאשר מופעל זרם על הסליל הראשי, השדה המגנטי של זרם זה, בהתאם לערכו, דוחה את הסליל מהמגנט הקבוע פחות או יותר, בכיוון זה או אחר, וכך הראש מתחיל לנוע ובדיוק גבוה. תנועה זו נשלטת על ידי מיקרו-בקר.

מיסבים מגנטיים בחשמל

כדי לשפר את יעילות האנרגיה, חלק מהמדינות בונות אחסון אנרגיה מכני לעסקים. מדובר בממירים אלקטרומכניים הפועלים על עיקרון של אגירת אנרגיה אינרציאלית בצורת אנרגיה קינטית של גלגל תנופה מסתובב, מה שנקרא אחסון אנרגיה קינטית.

לדוגמה, בגרמניה ATZ פיתחה יחידת אחסון אנרגיה קינטית של 20 MJ בהספק של 250 קילוואט, וצפיפות האנרגיה הספציפית היא כ-100 וואט/ק"ג. עם משקל גלגל תנופה של 100 ק"ג תוך סיבוב במהירות של 6000 סל"ד, מבנה גלילי בקוטר 1.5 מטר זקוק למיסבים איכותיים. כתוצאה מכך, המיסב התחתון נעשה, כמובן, על בסיס מגנטים קבועים.