Elektromanyetik cihazlar: amaç, tipler, gereksinimler, tasarım

Elektromanyetik cihazların amacı

Elektrik enerjisinin üretimi, dönüşümü, iletimi, dağıtımı veya tüketimi elektrikli cihazlar kullanılarak gerçekleştirilir. Tüm çeşitliliklerinden, çalışmaları temel alınan elektromanyetik cihazları seçiyoruz. elektromanyetik indüksiyon fenomeni hakkındamanyetik akıların ortaya çıkması eşlik eder.

Statik elektromanyetik cihazlar arasında bobinler, manyetik amplifikatörler, transformatörler, röleler, marş motorları, kontaktörler ve diğer cihazlar bulunur. Dönen — elektrik motorları ve jeneratörler, elektromanyetik kavramalar.

Manyetik akının ana bölümünü iletmek için tasarlanmış elektromanyetik cihazların bir dizi ferromanyetik parçası, Adlandırılmış bir elektromanyetik cihazın manyetik sistemi… Böyle bir sistemin özel bir yapısal birimi, manyetik devre… Manyetik devrelerden geçen manyetik akılar, manyetik olmayan bir ortamda kısmen sınırlandırılabilir ve başıboş manyetik akılar oluşturur.

Bir manyetik devreden geçen manyetik akılar, bir veya daha fazla devrede akan doğru veya alternatif elektrik akımları kullanılarak oluşturulabilir. endüktif bobinler… Böyle bir bobin, kendi endüktansını ve/veya kendi manyetik alanını kullanmak üzere tasarlanmış bir elektrik devresi elemanıdır.

Bir veya daha fazla bobin oluşur tasfiye… Manyetik devrenin bobinin üzerinde veya çevresinde bulunduğu kısmına denir. çekirdek, bobinin bulunmadığı veya etrafında bulunmadığı kısım olarak adlandırılır. boyunduruk.

Elektromanyetik cihazların ana elektriksel parametrelerinin hesaplanması, toplam akım yasasına ve elektromanyetik indüksiyon yasasına dayanmaktadır. Karşılıklı indüksiyon fenomeni, enerjiyi bir elektrik devresinden diğerine aktarmak için kullanılır.

Burada daha fazla ayrıntı görün: Elektrikli cihazların manyetik devreleri ve burada: Manyetik devre hesabı ne için?

Elektromanyetik cihazların manyetik devreleri için gereklilikler

Manyetik çekirdekler için gereksinimler, kullanıldıkları elektromanyetik cihazların işlevsel amacına bağlıdır.

Elektromanyetik cihazlarda hem sabit hem de alternatif manyetik akılar kullanılabilir. Kalıcı manyetik akı, manyetik devrelerde enerji kaybına neden olmaz.

Maruz kalma koşulları altında çalışan manyetik çekirdekler sabit manyetik akı (örneğin, DC makineleri için yataklar), sonraki işleme ile döküm boşluklardan yapılabilir. Karmaşık bir manyetik devre konfigürasyonu ile, bunları birkaç elemandan üretmek daha ekonomiktir.

Alternatif bir manyetik akının manyetik devrelerinden geçişe, adı verilen enerji kayıpları eşlik eder. manyetik kayıplar… Manyetik devrelerin ısınmasına neden olurlar. Manyetik çekirdeklerin ısınmasını soğutmak için özel önlemler alarak azaltmak mümkündür (örneğin, yağda çalışmak). Bu tür çözümler tasarımlarını karmaşıklaştırır, üretim ve işletme maliyetlerini artırır.

Manyetik kayıplar şunlardan oluşur:

• histerezis kaybı;

• girdap akımı kayıpları;

• ek kayıplar.

Histerezis kayıpları, yumuşak mıknatıslı ferromanyetler kullanılarak azaltılabilir. histerezis devresi.

Girdap akımı kayıpları genellikle şu şekilde azaltılır:

• daha düşük özgül elektrik iletkenliğine sahip malzemelerin kullanımı;

• elektriksel olarak yalıtılmış şeritlerden veya plakalardan manyetik çekirdeklerin üretimi.

Girdap akımlarının farklı manyetik devrelerde dağılımı: a — dökümde; b - sac malzemelerden yapılmış bir dizi parçada.

Manyetik devrenin orta kısmı, yüzeyine kıyasla daha büyük ölçüde girdap akımları tarafından kaplanır, bu da ana manyetik akının manyetik devrenin yüzeyine doğru "yer değiştirmesine" yol açar, yani bir yüzey etkisi oluşur.

Bu, bu manyetik devrenin malzemesinin belirli bir frekans özelliğinde, manyetik akının, kalınlığı belirli bir frekansta penetrasyon derinliği ile belirlenen, manyetik devrenin ince bir yüzey tabakasında tamamen konsantre olmasına yol açar. .

Düşük elektrik direncine sahip bir malzemeden yapılmış bir manyetik çekirdekte akan girdap akımlarının varlığı, karşılık gelen kayıplara (girdap akımı kayıpları) yol açar.

Girdap akımı kayıplarını azaltma ve manyetik akıyı maksimum düzeyde koruma görevi, birbirinden elektriksel olarak izole edilmiş ayrı parçalardan (veya bunların parçalarından) manyetik devreler üretilerek çözülür. Bu durumda manyetik devrenin kesit alanı değişmeden kalır.

Levha malzemelerden damgalanmış ve bir göbek üzerine sarılmış plakalar veya şeritler yaygın olarak kullanılmaktadır. Yalıtım verniklerinin veya emayelerinin en sık uygulandığı plakaların (veya şeritlerin) yüzeylerini yalıtmak için farklı teknolojik yöntemler kullanılabilir.

Ayrı parçalardan (veya bunların parçalarından) oluşan bir manyetik devre şunları sağlar:

• plakaların dolaşım yönüne göre dikey olarak düzenlenmesi nedeniyle girdap akımı kayıplarının azaltılması (bu durumda, girdap akımlarının dolaşabileceği devrelerin uzunluğu azalır);

• Manyetik akının ihmal edilebilir bir üniform olmayan dağılımını elde etmek için, çünkü sac malzemenin küçük bir kalınlığında, penetrasyon derinliği ile orantılı olarak, girdap akımlarının ekranlama etkisi küçüktür.

Manyetik çekirdeklerin malzemelerine başka gereksinimler de getirilebilir: sıcaklık ve titreşim direnci, düşük maliyet, vb. Belirli bir cihaz tasarlanırken, parametreleri belirtilen gereksinimleri en iyi karşılayan yumuşak manyetik malzeme seçilir.

Manyetik çekirdeklerin tasarımı

Elektromanyetik cihazların manyetik çekirdekleri, üretim teknolojisine bağlı olarak 3 ana gruba ayrılabilir:

• katmanlı;

• kaset;

• kalıplanmış

Katmanlı manyetik devreler, birbirinden ayrı, elektriksel olarak izole edilmiş plakalardan alınır, bu da girdap akımı kayıplarını azaltmayı mümkün kılar. Bant manyetik çekirdekleri, belirli bir kalınlıktaki bir bandın sarılmasıyla elde edilir. Bu tür manyetik devrelerde, şerit düzlemleri yalıtkan bir vernikle kaplandığından girdap akımlarının etkisi önemli ölçüde azalır.

Oluşturulan manyetik çekirdekler, döküm (elektrikli çelik), seramik teknolojisi (ferritler), bileşenlerin karıştırılması, ardından presleme (manyeto-dielektrikler) ve diğer yöntemlerle üretilir.

Bir elektromanyetik cihazın manyetik devresinin imalatında, elektromanyetikin doğrudan veya ters dönüşümünün varlığı veya yokluğu da dahil olmak üzere birçok faktör (cihaz gücü, çalışma frekansı vb.) Tarafından belirlenen özel tasarımının sağlanması gerekir. enerji cihazda mekanik enerjiye dönüşür.

Böyle bir dönüşümün meydana geldiği cihazların (elektrik motorları, jeneratörler, röleler vb.) tasarımları, elektromanyetik etkileşimin etkisi altında hareket eden parçalar içerir.

Elektromanyetik indüksiyonun elektromanyetik enerjinin mekanik enerjiye dönüşmesine neden olmadığı cihazlara (transformatörler, bobinler, manyetik amplifikatörler vb.) statik elektromanyetik cihazlar denir.

Statik elektromanyetik cihazlarda, tasarıma bağlı olarak en çok zırhlı, çubuk ve halka manyetik devreler kullanılır.

Kalıplanmış manyetik çekirdekler, levha ve şeritlerden daha karmaşık bir tasarıma sahip olabilir.

Oluşan manyetik çekirdekler: a — yuvarlak; b — d — zırhlı; d - fincan; f, g — dönüş; h - birçok açıklık

Zırhlı manyetik çekirdekler, tasarım basitlikleri ve sonuç olarak üretilebilirlikleri ile ayırt edilir. Ayrıca bu tasarım, bobinin mekanik etkilere ve elektromanyetik parazitlere karşı (diğerlerine kıyasla) daha iyi korunmasını sağlar.

Çekirdek manyetik devreler farklıdır:

• iyi soğutma;

• bozulmalara karşı düşük hassasiyet (komşu bobinlerde indüklenen bozulmaların EMF'si ters işaretli olduğundan ve kısmen veya tamamen telafi edildiğinden);

• aynı güçte daha az (zırha göre) ağırlık;

• daha az (zırha göre) manyetik akı dağılımı.

Çubuk manyetik devrelere dayalı cihazların dezavantajları (zırhlı devrelere dayalı cihazlara göre), bobin imalatının zahmetli olması (özellikle farklı çubuklara yerleştirildiklerinde) ve mekanik etkilere karşı daha zayıf korumalarıdır.

Düşük kaçak akımlar nedeniyle, halka manyetik devreler, bir yandan iyi ses yalıtımı ve diğer yandan, yakınlardaki elektronik ekipman (REE) elemanları üzerindeki küçük bir etki ile ayırt edilir. Bu nedenle radyo mühendisliği ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Dairesel manyetik devrelerin dezavantajları, düşük teknolojileri (bobinleri sarma ve kullanım yerine elektromanyetik cihazların montajındaki zorluklar) ve sınırlı güç - yüzlerce watt'a kadar (ikincisi, manyetik devrenin ısınmasıyla açıklanır) ile ilişkilidir. üzerinde bulunan bobin dönüşlerinden dolayı doğrudan soğutması olmayan).

Manyetik devrenin tipi ve tipinin seçimi, kütlesinin, hacminin ve maliyetinin en küçük değerlerini elde etme olasılığı dikkate alınarak yapılır.

Yeterince karmaşık yapılar, elektromanyetik enerjinin mekanik enerjiye doğrudan veya ters dönüşümünün olduğu cihazların manyetik devrelerine sahiptir (örneğin, dönen elektrikli makinelerin manyetik devreleri). Bu tür cihazlar, kalıplanmış veya plaka manyetik devreler kullanır.

Elektromanyetik cihaz türleri

Kısma — alternatif veya titreşimli akım devrelerinde endüktif direnç olarak kullanılan bir cihaz.

Manyetik olmayan boşluğa sahip manyetik çekirdekler, enerji depolama için kullanılan AC bobinlerinde ve doğrultulmuş akım dalgalanmasını yumuşatmak için tasarlanmış düzleştirici bobinlerde kullanılır. Aynı zamanda, çalışması sırasında bobinin endüktansını değiştirmek için gerekli olan manyetik olmayan boşluğun boyutunun ayarlanabildiği bobinler vardır.

Elektrikli gaz kelebeğinin cihazı ve çalışma prensibi

manyetik amplifikatör - ferromanyetin doygunluğu fenomeninin kullanımına dayalı olarak, alternatif bir voltaj veya alternatif akım kaynağı tarafından sağlanan bir elektrik devresindeki akımın veya voltajın büyüklüğünün değiştirilebildiği bobinli bir veya daha fazla manyetik devreden oluşan bir cihaz kalıcı bir önyargı alanının etkisi altında.

Manyetik amplifikatörün çalışma prensibi, diferansiyel manyetik geçirgenlikteki (alternatif akımda ölçülen) bir değişikliğe, doğrudan ön akımdaki bir değişiklikle dayanır, bu nedenle en basit manyetik amplifikatör, çalışan bir bobin ve bir kontrol içeren doymuş bir bobindir. bobin.

trafo iki (veya daha fazla) endüktif olarak bağlanmış bobine sahip olan ve elektromanyetik indüksiyon yoluyla bir veya daha fazla AC sistemini bir veya daha fazla başka AC sistemine dönüştürmek için tasarlanmış statik bir elektromanyetik cihaz olarak adlandırılır.

Transformatörün gücü, manyetik çekirdek malzemesinin mümkün olan maksimum indüksiyonu ve boyutları ile belirlenir. Bu nedenle, güçlü güç transformatörlerinin manyetik çekirdekleri (genellikle çubuk tipinde), 0,35 veya 0,5 mm kalınlığında elektrikli çelik saclardan birleştirilir.

Transformatörün cihazı ve çalışma prensibi

elektromanyetik röle çalışması, sabit bir bobinin manyetik alanının hareketli bir ferromanyetik eleman üzerindeki etkisine dayanan bir elektromekanik röle olarak adlandırılır.

Herhangi bir elektromanyetik röle iki elektrik devresi içerir: bir giriş (kontrol) sinyal devresi ve bir çıkış (kontrollü) sinyal devresi. Kontrol edilen devrenin cihaz prensibine göre polarize olmayan ve polarize röleler ayırt edilir. Polarize olmayan rölelerin çalışması, polarize rölelerin aksine kontrol devresindeki akımın yönüne bağlı değildir.

Elektromanyetik röle nasıl çalışır ve çalışır?

DC ve AC elektromanyetik röleler arasındaki farklar

Dönen elektrikli makine - elektromanyetik indüksiyona ve manyetik alanın elektrik akımıyla etkileşimine dayalı olarak enerjiyi dönüştürmek için tasarlanmış, ana dönüştürme işleminde yer alan ve birbirine göre dönebilen veya dönebilen en az iki parça içeren bir cihaz.

Elektrikli makinelerin sabit bir manyetik devre ve bobin içeren kısmına stator, dönen kısmına ise rotor adı verilir.

Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için tasarlanmış bir elektrik makinesine elektrik makinesi jeneratörü denir. Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için tasarlanmış bir elektrik makinesine döner elektrik motoru denir.

Elektrik motorlarının çalışma prensibi ve cihazı

Jeneratörlerin çalışma prensibi ve cihazı

Elektromanyetik cihazlar oluşturmak için yumuşak malzemelerin kullanılmasına ilişkin yukarıdaki örnekler ayrıntılı değildir. Tüm bu ilkeler, manyetik devrelerin ve elektrikli anahtarlama cihazları, manyetik kilitler vb. gibi indüktör kullanan diğer elektrikli ürünlerin tasarımı için de geçerlidir.