מכשירים אלקטרומגנטיים: מטרה, סוגים, דרישות, עיצוב

מטרת מכשירים אלקטרומגנטיים

ייצור, טרנספורמציה, שידור, הפצה או צריכה של אנרגיה חשמלית מתבצעים באמצעות מכשירים חשמליים. מכל המגוון שלהם, אנו מייחדים מכשירים אלקטרומגנטיים, שעבודתם מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטיתמלווה בהופעת שטפים מגנטיים.

מכשירים אלקטרומגנטיים סטטיים כוללים משנקים, מגברים מגנטיים, שנאים, ממסרים, סטרטרים, מגעים והתקנים אחרים. מסתובב - מנועים חשמליים וגנרטורים, מצמדים אלקטרומגנטיים.

קבוצה של חלקים פרומגנטיים של מכשירים אלקטרומגנטיים שנועדו להוליך את החלק העיקרי של השטף המגנטי, בשם מערכת מגנטית של מכשיר אלקטרומגנטי... יחידה מבנית מיוחדת של מערכת כזו היא מעגל מגנטי... שטפים מגנטיים העוברים דרך מעגלים מגנטיים יכולים להיות מוגבלים חלקית בתווך לא מגנטי, ויוצרים שטפים מגנטיים תועים.

ניתן ליצור שטפים מגנטיים העוברים דרך מעגל מגנטי באמצעות זרמים חשמליים ישירים או מתחלפים הזורמים באחד או יותר סלילים אינדוקטיביים... סליל כזה הוא רכיב מעגל חשמלי שנועד להשתמש בהשראות משלו ו/או בשדה המגנטי שלו.

נוצר סליל אחד או יותר חיסול… נקרא החלק של המעגל המגנטי שעליו או סביבו ממוקם הסליל הליבה, נקרא החלק שעליו או סביבו הסליל אינו ממוקם עוֹל.

חישוב הפרמטרים החשמליים העיקריים של מכשירים אלקטרומגנטיים מבוסס על חוק הזרם הכולל וחוק האינדוקציה האלקטרומגנטית. תופעת האינדוקציה ההדדית משמשת להעברת אנרגיה ממעגל חשמלי אחד למשנהו.

ראה פרטים נוספים כאן: מעגלים מגנטיים של מכשירים חשמליים והנה: לשם מה חישוב המעגל המגנטי?

דרישות למעגלים מגנטיים של מכשירים אלקטרומגנטיים

הדרישות לליבות מגנטיות תלויות במטרה התפקודית של המכשירים האלקטרומגנטיים שבהם הם משמשים.

במכשירים אלקטרומגנטיים, ניתן להשתמש בשטפים מגנטיים קבועים ו/או מתחלפים. שטף מגנטי קבוע אינו גורם לאיבוד אנרגיה במעגלים מגנטיים.

ליבות מגנטיות הפועלות בתנאי חשיפה שטף מגנטי קבוע (למשל מיטות למכונות DC) ניתן לייצר מחסר יצוק עם עיבוד שבבי. עם תצורה מורכבת של מעגלים מגנטיים, חסכוני יותר לייצר אותם מכמה אלמנטים.

המעבר דרך המעגלים המגנטיים של שטף מגנטי מתחלף מלווה בהפסדי אנרגיה, הנקראים הפסדים מגנטיים... הם גורמים להתחממות המעגלים המגנטיים. אפשר להפחית את חימום הליבות המגנטיות באמצעים מיוחדים לקירורן (למשל עבודה בשמן). פתרונות כאלה מסבכים את העיצוב שלהם, מגדילים את עלויות הייצור והתפעול שלהם.

הפסדים מגנטיים מורכבים מ:

• אובדן היסטרזיס;

• הפסדי זרם מערבולת;

• הפסדים נוספים.

ניתן להפחית את הפסדי ההיסטרזיס על ידי שימוש בפרומגנטים מגנטים רכים עם צר מעגל היסטרזה.

הפסדי זרם מערבולת מופחתים בדרך כלל על ידי:

• שימוש בחומרים בעלי מוליכות חשמלית ספציפית נמוכה יותר;

• ייצור ליבות מגנטיות מרצועות או לוחות מבודדים חשמלית.

חלוקת זרמי מערבולת במעגלים מגנטיים שונים: א - ביציקה; ב - בסט חלקים העשויים מחומרי גיליון.

החלק האמצעי של המעגל המגנטי מכוסה במידה רבה יותר בזרמי מערבולת בהשוואה לפני השטח שלו, מה שמוביל ל"עקירה" של השטף המגנטי הראשי לעבר פני השטח של המעגל המגנטי, כלומר מתרחשת אפקט פני השטח.

זה מוביל לכך שבתדר מסוים המאפיין את החומר של מעגל מגנטי זה, השטף המגנטי יתרכז לחלוטין בשכבת פני שטח דקה של המעגל המגנטי, שעוביה נקבע על ידי עומק החדירה בתדר נתון .

נוכחותם של זרמי מערבולת הזורמים בליבה מגנטית העשויה מחומר בעל התנגדות חשמלית נמוכה מובילה להפסדים מקבילים (הפסדי זרם מערבולת).

המשימה של הפחתת הפסדי זרם מערבולת ושמירה מקסימלית על השטף המגנטי נפתרת על ידי ייצור מעגלים מגנטיים מחלקים בודדים (או חלקיהם), המבודדים חשמלית זה מזה. במקרה זה, שטח החתך של המעגל המגנטי נשאר ללא שינוי.

צלחות או רצועות מוטבעות מחומרי גיליון ומפותלות על ליבה נמצאים בשימוש נרחב. ניתן להשתמש בשיטות טכנולוגיות שונות לבידוד משטחי צלחות (או רצועות), שלרוב מיושם יישום של לכות מבודדות או אמייל.

מעגל מגנטי העשוי מחלקים נפרדים (או חלקיהם) מאפשר:

• הפחתה של הפסדי זרם מערבולת עקב הסידור הניצב של הלוחות ביחס לכיוון המחזור שלהם (במקרה זה, אורך המעגלים שלאורכם יכולים להסתובב זרמי מערבולת פוחת);

• להשיג חלוקה לא אחידה זניחה של השטף המגנטי, שכן בעובי קטן של חומר הסדין, התואם לעומק החדירה, אפקט המיגון של זרמי המערבולת קטן.

ניתן להטיל דרישות נוספות לחומרי הליבות המגנטיות: עמידות בטמפרטורה ורעידות, עלות נמוכה וכו'. בעת תכנון מכשיר ספציפי, נבחר החומר המגנטי הרך שהפרמטרים שלו עומדים בצורה הטובה ביותר בדרישות המפורטות.

עיצוב ליבות מגנטיות

בהתאם לטכנולוגיית הייצור, ניתן לחלק את הליבות המגנטיות של מכשירים אלקטרומגנטיים ל-3 קבוצות עיקריות:

• lamellar;

• סרט הדבקה;

• מְעוּצָב.

מעגלים מגנטיים למלריים מגויסים מלוחות נפרדים, מבודדים חשמלית זה מזה, מה שמאפשר להפחית את הפסדי זרם המערבולת. ליבות מגנטיות של סרט מתקבלות על ידי סלילה של סרט בעובי מסוים. במעגלים מגנטיים כאלה, ההשפעה של זרמי מערבולת מופחתת באופן משמעותי, שכן מטוסי הרצועה מכוסים בלכה מבודדת.

הליבות המגנטיות שנוצרו מיוצרות על ידי יציקה (פלדה חשמלית), טכנולוגיה קרמית (פריטים), ערבוב רכיבים ולאחר מכן לחיצה (מגנטו-דיאלקטריות) ושיטות נוספות.

בייצור המעגל המגנטי של מכשיר אלקטרומגנטי, יש צורך להבטיח את העיצוב הספציפי שלו, הנקבע על ידי גורמים רבים (הספק מכשיר, תדר הפעלה וכו'), כולל נוכחות או היעדר המרה ישירה או הפוכה של אלקטרומגנטי. אנרגיה לאנרגיה מכנית במכשיר.

העיצובים של מכשירים שבהם מתרחשת טרנספורמציה כזו (מנועים חשמליים, גנרטורים, ממסרים וכו') כוללים חלקים הנעים בהשפעת אינטראקציה אלקטרומגנטית.

מכשירים שבהם אינדוקציה אלקטרומגנטית אינה גורמת להמרה של אנרגיה אלקטרומגנטית לאנרגיה מכנית (שנאים, משנקים, מגברים מגנטיים וכו') נקראים מכשירים אלקטרומגנטיים סטטיים.

במכשירים אלקטרומגנטיים סטטיים, בהתאם לעיצוב, משתמשים לרוב במעגלים מגנטיים משוריין, מוט וטבעת.

לליבות מגנטיות מעוצבות יכולות להיות עיצוב מורכב יותר מאשר יריעות ורצועות.

נוצרו ליבות מגנטיות: a - עגול; ב - ד - משוריין; ד - כוס; f, g - סיבוב; ח - פתחים רבים

ליבות מגנטיות משוריינות נבדלות על ידי פשטות העיצוב שלהן וכתוצאה מכך, יכולת הייצור שלהן. בנוסף, עיצוב זה מספק הגנה טובה יותר (בהשוואה לאחרים) מפני השפעות מכניות והפרעות אלקטרומגנטיות.

מעגלים מגנטיים הליבה שונים:

• קירור טוב;

• רגישות נמוכה להפרעות (שכן EMF של הפרעות הנגרמות בסלילים שכנים הפוכה בסימן ומפוצה באופן חלקי או מלא);

• פחות משקל (ביחס לשריון) באותו כוח;

• פחות (ביחס לשריון) פיזור של שטף מגנטי.

החסרונות של מכשירים המבוססים על מעגלים מגנטיים מוטים (ביחס למכשירים המבוססים על משוריינים) כוללים את העמל של ייצור סלילים (במיוחד כשהם מונחים על מוטות שונים) והגנה חלשה יותר שלהם מהשפעות מכניות.

בשל זרמי הדליפה הנמוכים, מעגלים מגנטיים טבעתיים נבדלים, מצד אחד, בבידוד רעשים טוב, ומצד שני, בהשפעה קטנה על אלמנטים סמוכים של ציוד אלקטרוני (REE). מסיבה זו, הם נמצאים בשימוש נרחב במוצרי הנדסת רדיו.

החסרונות של מעגלים מגנטיים מעגליים קשורים בטכנולוגיה הנמוכה שלהם (קשיים בפיתול הסלילים והתקנת מכשירים אלקטרומגנטיים במקום השימוש) והספק מוגבל - עד מאות וואט (האחרון מוסבר על ידי חימום המעגל המגנטי, שאין לו קירור ישיר בגלל הסיבובים הממוקמים עליו של הסליל).

הבחירה בסוג וסוג המעגל המגנטי נעשית תוך התחשבות באפשרות להשיג את הערכים הקטנים ביותר של המסה, הנפח והעלות שלו.

למבנים מורכבים מספיק יש מעגלים מגנטיים של מכשירים שבהם יש המרה ישירה או הפוכה של אנרגיה אלקטרומגנטית לאנרגיה מכנית (לדוגמה, מעגלים מגנטיים של מכונות חשמליות מסתובבות). מכשירים כאלה משתמשים במעגלים מגנטיים יצוקים או צלחת.

סוגי מכשירים אלקטרומגנטיים

מַצעֶרֶת - התקן המשמש כהתנגדות אינדוקטיבית במעגלי זרם חילופין או פועם.

ליבות מגנטיות עם פער לא מגנטי משמשות במשנקי AC המשמשים לאגירת אנרגיה ובהחלקת משנקים שנועדו להחליק אדוות זרם מתוקן. יחד עם זאת, ישנם משנקים בהם ניתן לכוון את גודל הפער הלא מגנטי, דבר הדרוש לשינוי השראות המשנק במהלך פעולתו.

המכשיר ועיקרון הפעולה של המצערת החשמלית

מגבר מגנטי - מכשיר המורכב ממעגל מגנטי אחד או יותר עם סלילים שבאמצעותם ניתן לשנות את עוצמת הזרם או המתח במעגל חשמלי המסופק ממקור מתח חילופין או זרם חילופין, על בסיס השימוש בתופעת הרוויה של פרומגנט תחת פעולתו של שדה הטיה קבוע.

עקרון הפעולה של המגבר המגנטי מבוסס על שינוי בחדירות המגנטית הדיפרנציאלית (נמדדת בזרם חילופין) עם שינוי בזרם ההטיה הישר, לכן המגבר המגנטי הפשוט ביותר הוא משנק רווי המכיל סליל עבודה ובקרה. סליל.

שַׁנַאי נקרא התקן אלקטרומגנטי סטטי שיש לו שני סלילים (או יותר) בשילוב אינדוקטיבי והוא מיועד להמיר באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית מערכת AC אחת או יותר למערכת AC אחת או יותר.

כוחו של השנאי נקבע על פי האינדוקציה המקסימלית האפשרית של חומר הליבה המגנטית ומידותיו. לכן, הליבות המגנטיות (בדרך כלל מסוג מוט) של שנאי כוח חזקים מורכבות מיריעות פלדה חשמלית בעובי של 0.35 או 0.5 מ"מ.

המכשיר ועיקרון הפעולה של השנאי

ממסר אלקטרומגנטי נקרא ממסר אלקטרומכני, פעולתו מבוססת על השפעת שדה מגנטי של סליל נייח על אלמנט פרומגנטי נע.

כל ממסר אלקטרומגנטי מכיל שני מעגלים חשמליים: מעגל אות כניסה (בקרה) ומעגל אות פלט (מבוקר). על פי עקרון ההתקן של המעגל המבוקר, נבדלים בין ממסרים לא מקוטבים ומקוטבים. פעולתם של ממסרים לא מקוטבים, בניגוד לממסרים מקוטבים, אינה תלויה בכיוון הזרם במעגל הבקרה.

איך עובד ופועל ממסר אלקטרומגנטי

הבדלים בין ממסרים אלקטרומגנטיים DC ו-AC

מכונה חשמלית מסתובבת - מכשיר שנועד להמיר אנרגיה המבוססת על אינדוקציה אלקטרומגנטית ואינטראקציה של שדה מגנטי עם זרם חשמלי, המכיל לפחות שני חלקים המעורבים בתהליך ההמרה העיקרי ומסוגלים להסתובב או להסתובב זה ביחס לזה.

החלק של מכונות חשמליות הכולל מעגל מגנטי נייח עם סליל נקרא הסטטור, והחלק המסתובב נקרא הרוטור.

מכונה חשמלית המיועדת להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית נקראת מחולל מכונות חשמליות. מכונה חשמלית המיועדת להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית נקראת מנוע חשמלי סיבובי.

עקרון הפעולה והמכשיר של מנועים חשמליים

עקרון הפעולה והמכשיר של גנרטורים

הדוגמאות לעיל לשימוש בחומרים רכים ליצירת מכשירים אלקטרומגנטיים אינן ממצות. כל העקרונות הללו חלים גם על תכנון מעגלים מגנטיים ומוצרים חשמליים אחרים המשתמשים במשרנים, כגון מכשירי מיתוג חשמליים, מנעולים מגנטיים וכו'.