Kalıcı mıknatısların elektrik mühendisliği ve enerjide kullanımı
Günümüzde kalıcı mıknatıslar, insan yaşamının birçok alanında faydalı uygulamalar bulmaktadır. Bazen varlıklarını fark etmeyiz, ancak hemen hemen her dairede çeşitli elektrikli ev aletlerinde ve mekanik cihazlarda, dikkatli bakarsanız bulabilirsiniz. kalıcı mıknatıs… Elektrikli tıraş makinesi ve hoparlör, video oynatıcı ve duvar saati, cep telefonu ve mikrodalga fırın, buzdolabı kapısı, son olarak — kalıcı mıknatıslar her yerde bulunabilir.
Tıbbi ekipman ve ölçüm ekipmanlarında, çeşitli enstrümanlarda ve otomotiv endüstrisinde, DC motorlarda, akustik sistemlerde, elektrikli ev aletlerinde ve daha pek çok yerde kullanılırlar: radyo mühendisliği, enstrümanlar, otomasyon, telemekanik, vb. . — kalıcı mıknatıslar kullanılmadan bu alanların hiçbiri tamamlanmış sayılmaz.
Kalıcı mıknatısların kullanıldığı özel çözümler sonsuzca listelenebilir, ancak bu makalenin konusu, kalıcı mıknatısların elektrik mühendisliği ve enerjideki çeşitli uygulamalarına kısa bir genel bakış olacaktır.
Elektrik motorları ve jeneratörler
Oersted ve Ampere'in zamanından beri, akım taşıyan tellerin ve elektromıknatısların kalıcı bir mıknatısın manyetik alanıyla etkileşime girdiği yaygın olarak bilinmektedir. Birçok motor ve jeneratör bu prensipte çalışır. Örnekler için uzağa gitmenize gerek yok. Bilgisayarınızın güç kaynağındaki fanın bir rotoru ve bir statoru vardır.
Kanatlı bir pervane, bir daire içinde düzenlenmiş kalıcı mıknatıslara sahip bir rotordur ve stator, bir elektromıknatısın çekirdeğidir. Statorun manyetizasyonunu tersine çeviren elektronik devre, statorun manyetik alanı kendisine çekilmeye çalışıldıktan sonra, statorun manyetik alanını döndürme etkisi yaratır, manyetik rotoru takip eder - fan döner. Sabit disk döndürme işlemi de benzer şekilde yapılır ve benzer şekilde çalışır. birçok step motor.
Kalıcı mıknatıslar da güç jeneratörlerinde kendilerine yer bulmuştur. Örneğin yerli rüzgar türbinleri için senkron jeneratörler uygulama alanlarından biridir.
Jeneratörün statorunun çevresinde, rüzgar türbininin çalışması sırasında rotorun kalıcı mıknatıslarının (kanatlara esen rüzgarın etkisi altında) değişen hareketli manyetik alanıyla kesişen jeneratör bobinleri vardır. gönderiliyor elektromanyetik indüksiyon yasası, tüketici devresindeki DC mıknatısların geçtiği jeneratör sargılarının telleri.
Bu tür jeneratörler sadece rüzgar türbinlerinde değil, aynı zamanda uyarma bobini yerine rotora sabit mıknatısların takıldığı bazı endüstriyel modellerde de kullanılmaktadır. Mıknatıslı çözümlerin avantajı, düşük nominal hızlı bir jeneratör elde etme olasılığıdır.
Manyetoelektrik cihazlar ve mekanizmalar
V mekanik indüksiyon elektrik sayaçları iletken disk kalıcı bir mıknatıs alanında döner. Diskten geçen tüketim akımı, kalıcı mıknatısın manyetik alanı ile etkileşime girer ve disk döner.
Akım ne kadar yüksek olursa, diskin dönme hızı da o kadar yüksek olur, çünkü tork, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanının yanında diskin içindeki hareket eden yüklü parçacıklara etki eden Lorentz kuvveti tarafından oluşturulur. Aslında böyle bir sayaç alternatif akım motoru stator mıknatısı ile düşük güç.
Zayıf akımları ölçmek için kullanın galvanometreler — çok hassas ölçüm cihazları. Burada at nalı mıknatısı, kalıcı mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta asılı duran küçük bir akım taşıyan bobin ile etkileşime girer.
Ölçüm sırasında bobinin sapması, bobin içinden akım geçtiğinde meydana gelen manyetik indüksiyon tarafından üretilen torktan kaynaklanır. Bu şekilde, bobinin sapması, boşlukta ortaya çıkan manyetik indüksiyonun değeri ve buna bağlı olarak bobin iletkenindeki akımla orantılı olarak ortaya çıkar. Küçük sapmalar için galvanometrenin ölçeği doğrusaldır.
Elektrikli ev aletlerinde kalıcı mıknatıslar
Mutfağınızda mutlaka bir mikrodalga fırın vardır. Ve içinde iki kadar kalıcı mıknatıs var. Üretmek elektromanyetik dalgalar Mikrodalgada kurulu mikrodalga aralığı magnetron... Magnetronun içinde, elektronlar bir vakum içinde katottan anoda hareket eder ve hareket sürecinde, anot rezonatörlerinin yeterince güçlü bir şekilde uyarılabilmesi için yörüngelerinin bükülmesi gerekir.
Elektron yörüngesini bükmek için, magnetronun vakum odasının üstüne ve altına halka kalıcı mıknatıslar monte edilir. Kalıcı mıknatısların manyetik alanı, elektronların yörüngelerini büker, böylece güçlü bir elektron girdabı üretilir, bu da rezonatörleri harekete geçirir ve bu da, yiyeceği ısıtmak için mikrodalga elektromanyetik dalgalar üretir.
Sabit disk kafasının tam olarak konumlandırılabilmesi için, bilgileri yazma ve okuma sürecindeki hareketlerinin çok hassas bir şekilde kontrol edilmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Bir kez daha kalıcı bir mıknatıs imdada yetişir. Sabit sürücünün içinde, sabit bir kalıcı mıknatısın manyetik alanında, kafaya bağlı akım taşıyan bir bobin hareket eder.
Ana bobine bir akım uygulandığında, bu akımın manyetik alanı, değerine bağlı olarak bobini sabit mıknatıstan az ya da çok, şu ya da bu yönde iter, böylece kafa yüksek hassasiyetle hareket etmeye başlar. Bu hareket bir mikrodenetleyici tarafından kontrol edilir.
Elektrikte manyetik yataklar
Enerji verimliliğini artırmak için, bazı ülkeler işletmeler için mekanik enerji depolama inşa ediyor. Bunlar, sözde dönen bir volanın kinetik enerjisi şeklinde atalet enerjisi depolama prensibi ile çalışan elektromekanik dönüştürücülerdir. kinetik enerji depolama.
Örneğin, Almanya'da ATZ, 250 kW gücünde ve özgül enerji yoğunluğu yaklaşık 100 Wh/kg olan 20 MJ'lik bir kinetik enerji depolama ünitesi geliştirmiştir. 6000 dev/dak hızla dönerken 100 kg volan ağırlığına sahip olan 1,5 metre çapındaki silindirik yapı, yüksek kaliteli rulmanlar gerektirmektedir. Sonuç olarak, alt yatak, elbette kalıcı mıknatıslar temelinde yapılır.