Co to jest obwód magnetyczny i gdzie jest używany

Dwa rdzenie złożone „magnes” i „przewodnik” połączone literą „o” określają przeznaczenie tego urządzenia elektrycznego, stworzonego do niezawodnego przesyłania strumienia magnetycznego przez specjalny przewodnik przy minimalnych lub w niektórych przypadkach pewnych stratach.

Przemysł elektryczny szeroko wykorzystuje współzależność energii elektrycznej i magnetycznej, ich przejście z jednego stanu do drugiego. Na tej zasadzie działa wiele transformatorów, dławików, styczników, przekaźników, rozruszników, silników elektrycznych, generatorów i innych podobnych urządzeń.

Ich konstrukcja obejmuje obwód magnetyczny, który przenosi strumień magnetyczny wzbudzony przepływem prądu elektrycznego w celu dalszej konwersji energii elektrycznej. Jest jednym ze składników układu magnetycznego urządzeń elektrycznych.

Rdzeń magnetyczny produktu elektrycznego (urządzenia) (przewodnik strumienia cewki) — układ magnetyczny produktu elektrycznego (urządzenia) lub zestaw kilku jego części w postaci oddzielnej jednostki konstrukcyjnej (GOST 18311-80).

Z czego zbudowany jest rdzeń magnetyczny?

Właściwości magnetyczne

Substancje zawarte w jego konstrukcji mogą mieć różne właściwości magnetyczne. Zwykle dzielą się na 2 rodzaje:

1. słabo magnetyczny;

2. wysoce magnetyczne.

Aby je rozróżnić, używa się tego terminu «Przepuszczalność magnetyczna µ», która określa zależność wytworzonej indukcji magnetycznej B (siły) od wartości przyłożonej siły H.

Powyższy wykres pokazuje, że ferromagnesy mają silne właściwości magnetyczne, podczas gdy są słabe w paramagnesach i diamagnetykach.

Jednak indukcja ferromagnesów wraz z dalszym wzrostem napięcia zaczyna spadać, mając wyraźny punkt o maksymalnej wartości, która charakteryzuje moment nasycenia substancji. Służy do obliczania i działania obwodów magnetycznych.

Po zakończeniu działania napięcia część właściwości magnetycznych pozostaje z substancją, a jeśli zastosuje się do niej przeciwne pole, wówczas część jej energii zostanie zużyta na pokonanie tej frakcji.

Dlatego w obwodach zmiennego pola elektromagnetycznego występuje opóźnienie indukcji od przyłożonej siły. Podobną zależność od namagnesowania substancji ferromagnesów charakteryzuje wykres tzw histereza.

Na nim punkty Hk pokazują szerokość konturu charakteryzującego magnetyzm szczątkowy (siła koercji). Ze względu na wielkość ferromagnesy dzielą się na dwie kategorie:

1. miękki, charakteryzujący się wąską pętelką;

2. twardy, o dużej sile przymusu.

Pierwsza kategoria obejmuje miękkie stopy żelaza i permoli. Stosowane są do produkcji rdzeni transformatorów, silników elektrycznych i alternatorów, ponieważ generują minimalny wydatek energetyczny do odwrócenia namagnesowania.

Twarde ferromagnesy wykonane ze stali węglowych i stopów specjalnych są stosowane w różnych konstrukcjach magnesów trwałych.

Przy wyborze materiału na obwód magnetyczny straty są brane pod uwagę dla:

• histereza;

• prądy wirowe generowane przez działanie pola elektromagnetycznego indukowanego przez strumień magnetyczny;

• konsekwencji ze względu na lepkość magnetyczną.

Materiały (edytuj)

Charakterystyka stopów

W przypadku projektów obwodów magnetycznych prądu przemiennego produkowane są specjalne gatunki blachy lub zwiniętej cienkościennej stali z różnymi stopniami dodatków stopowych, które są wytwarzane przez walcowanie na zimno lub na gorąco. Ponadto stal walcowana na zimno jest droższa, ale ma mniejsze straty indukcyjne.

Blachy stalowe i cewki są obrabiane na płyty lub paski. Pokryte są warstwą lakieru w celu ochrony i izolacji. Dwustronne pokrycie jest bardziej niezawodne.

W przypadku przekaźników, rozruszników i styczników pracujących w obwodach prądu stałego rdzenie magnetyczne są odlewane w pełnych blokach.

Obwody prądu przemiennego

Rdzenie magnetyczne transformatorów

Urządzenia jednofazowe

Wśród nich powszechne są dwa rodzaje obwodów magnetycznych:

1. kij;

2. Opancerzony.

Pierwszy typ jest wykonany z dwóch prętów, na każdym z których osobno umieszczone są dwie cewki z cewkami wysokiego lub niskiego napięcia. Jeśli cewki NN i NN zostaną umieszczone na pręcie, wówczas wystąpią duże przepływy rozpraszania energii i wzrośnie składowa reaktancji.

Strumień magnetyczny przechodzący przez pręty jest zamknięty przez górne i dolne jarzmo.

Typ opancerzony ma pręt z cewkami i jarzmami, z których strumień magnetyczny rozdziela się na dwie połowy. Dlatego jego pole jest dwukrotnie większe od przekroju poprzecznego jarzma.Konstrukcje takie częściej spotyka się w transformatorach małej mocy, gdzie na konstrukcję nie powstają duże obciążenia termiczne.

Transformatory mocy wymagają dużej powierzchni chłodzącej z uzwojeniami ze względu na przetwarzanie większych obciążeń. Skonsolidowany schemat jest dla nich bardziej odpowiedni.

Urządzenia trójfazowe

Dla nich możesz użyć trzech jednofazowych obwodów magnetycznych umieszczonych na jednej trzeciej obwodu lub zebrać cewki zwykłego żelaza w swoich klatkach.

Jeśli weźmiemy pod uwagę wspólny obwód magnetyczny trzech identycznych struktur umieszczonych pod kątem 120 stopni, jak pokazano w lewym górnym rogu rysunku, to wewnątrz środkowego pręta całkowity strumień magnetyczny będzie zrównoważony i równy zeru.

W praktyce jednak częściej stosuje się uproszczoną konstrukcję umieszczoną w tej samej płaszczyźnie, gdy trzy różne uzwojenia znajdują się na osobnym pręcie. W tej metodzie strumień magnetyczny z cewek końcowych przechodzi przez duży i mały pierścień, a ze środka - przez dwa sąsiednie. W wyniku powstania nierównomiernego rozkładu odległości powstaje pewna nierównowaga oporów magnetycznych.

Nakłada osobne ograniczenia na obliczenia projektowe i niektóre tryby pracy, zwłaszcza na biegu jałowym. Ale ogólnie taki schemat obwodu magnetycznego jest szeroko stosowany w praktyce.

Obwody magnetyczne pokazane na powyższych zdjęciach są wykonane z płytek, a cewki są umieszczone na zmontowanych prętach. Technologia ta znajduje zastosowanie w zautomatyzowanych fabrykach z dużym parkiem maszynowym.

W małych gałęziach przemysłu technologia ręcznego montażu może być zastosowana dzięki wykrojom taśmy, gdy cewka jest początkowo wykonana z nawiniętego drutu, a następnie instalowany jest wokół niej obwód magnetyczny z taśmy żelaznej transformatora z kolejnymi zwojami.

Takie skręcone obwody magnetyczne są również tworzone zgodnie z typem pręta i pancerza.

W przypadku technologii taśmowej dopuszczalna grubość materiału wynosi 0,2 lub 0,35 mm, a do montażu z płytami można wybrać 0,35 lub 0,5 lub nawet więcej. Wynika to z konieczności ciasnego nawijania taśmy między warstwami, co przy pracy z grubymi materiałami jest trudne do wykonania ręcznie.

Jeśli podczas nawijania taśmy na szpulę jej długość nie jest wystarczająca, można dołączyć do niej przedłużenie i niezawodnie docisnąć ją nową warstwą. W ten sam sposób płytki prętów i jarzma są montowane w blaszkowych obwodach magnetycznych.We wszystkich tych przypadkach połączenia muszą być wykonane z minimalnymi wymiarami, ponieważ wpływają one na całkowitą reluktancję i ogólnie straty energii.

W celu dokładnej pracy stara się unikać tworzenia takich połączeń, a gdy nie można ich wykluczyć, stosuje się szlifowanie krawędzi, uzyskując ścisłe dopasowanie metalu.

Podczas ręcznego montażu konstrukcji dość trudno jest precyzyjnie ustawić płyty względem siebie. Dlatego wiercono w nich otwory i wbijano kołki, co zapewniało dobre centrowanie. Ale ta metoda nieznacznie zmniejsza obszar obwodu magnetycznego, zniekształca przejście linii sił i ogólnie opór magnetyczny.

Duże zautomatyzowane przedsiębiorstwa specjalizujące się w produkcji rdzeni magnetycznych do precyzyjnych transformatorów, przekaźników, rozruszników zrezygnowały z perforacji otworów wewnątrz płyt i stosują inne technologie montażu.

Konstrukcje okładzinowe i frontowe

Rdzenie magnetyczne utworzone na bazie płytek można montować poprzez oddzielne przygotowanie prętów jarzmowych, a następnie zamontowanie cewek z cewkami, jak pokazano na zdjęciu.

Uproszczony schemat montażu doczołowego pokazano po prawej stronie. Może mieć poważną wadę — „ogień w stali”, który charakteryzuje się wyglądem prądy wirowe w rdzeniu do wartości krytycznej, jak pokazano na poniższym rysunku po lewej stronie z falistą czerwoną linią. To stwarza sytuację awaryjną.

Wada ta jest eliminowana warstwą izolującą, co znacząco wpływa na zwiększenie strumienia magnesującego. A to niepotrzebne straty energii.

W niektórych przypadkach konieczne jest zwiększenie tej luki w celu zwiększenia reaktywności. Ta technika jest stosowana w cewkach indukcyjnych i dławikach.

Z powodów wymienionych powyżej schemat montażu czołowego jest stosowany w konstrukcjach niekrytycznych. Do dokładnego działania obwodu magnetycznego zastosowano laminowaną płytkę.

Jego zasada opiera się na wyraźnym rozłożeniu warstw i stworzeniu równych szczelin w pręcie i jarzmie w taki sposób, aby podczas montażu wszystkie powstałe ubytki zostały wypełnione minimalnymi spoinami. W tym przypadku płytki pręta i jarzma przeplatają się ze sobą, tworząc mocną i sztywną konstrukcję.

Poprzednie zdjęcie powyżej pokazuje laminowaną metodę łączenia prostokątnych płyt.Jednak ukośne struktury, zwykle tworzone pod kątem 45 stopni, mają mniejsze straty energii magnetycznej. Stosowane są w mocnych obwodach magnetycznych transformatorów mocy.

Zdjęcie pokazuje montaż kilku pochylonych płyt z częściowym rozładowaniem całej konstrukcji.

Nawet przy tej metodzie konieczne jest monitorowanie jakości powierzchni podparcia i braku w nich niedopuszczalnych luk.

Sposób wykorzystania pochylonych płytek zapewnia minimalne straty strumienia magnetycznego w rogach obwodu magnetycznego, ale znacznie komplikuje proces produkcji i technologię montażu. Ze względu na zwiększoną złożoność pracy jest używany bardzo rzadko.

Laminowana metoda montażu jest bardziej niezawodna. Konstrukcja jest solidna, wymaga mniej części i jest montowana przy użyciu wcześniej przygotowanej metody.

Dzięki tej metodzie z płyt tworzona jest wspólna struktura. Po całkowitym zmontowaniu obwodu magnetycznego konieczne staje się zainstalowanie na nim cewki.

Aby to zrobić, należy zdemontować już zmontowane górne jarzmo, sukcesywnie usuwając wszystkie jego płyty. Aby wyeliminować taką zbędną operację, opracowano technologię montażu obwodu magnetycznego bezpośrednio w przygotowanych uzwojeniach z cewkami.

Uproszczone modele konstrukcji laminowanych

Transformatory małej mocy często nie wymagają precyzyjnego sterowania magnetycznego. Dla nich powstają wykroje metodami tłoczenia według przygotowanych szablonów, następnie pokrywane są lakierem izolującym i najczęściej z jednej strony.

Lewy zespół obwodu magnetycznego jest tworzony przez włożenie półfabrykatów w cewki powyżej i poniżej, a prawy umożliwia wygięcie i włożenie środkowego pręta do wewnętrznego otworu cewki. W tych metodach między płytami nośnymi tworzy się mała szczelina powietrzna.

Po złożeniu zestawu płytki są mocno dociśnięte przez łączniki. Aby zmniejszyć prądy wirowe ze stratami magnetycznymi, nakłada się na nie warstwę izolacji.

Charakterystyki obwodów magnetycznych przekaźników, rozruszników

Zasady tworzenia ścieżki przejścia strumienia magnetycznego pozostały takie same. Tylko obwód magnetyczny jest podzielony na dwie części:

1. ruchomy;

2. zamocowane na stałe.

Kiedy pojawia się strumień magnetyczny, ruchoma zwora wraz z zamocowanymi na niej stykami jest przyciągana przez zasadę elektromagnesu, a gdy znika, powraca do swojego pierwotnego stanu pod działaniem sprężyn mechanicznych.

Zwarcie

Prąd przemienny stale zmienia wielkość i amplitudę. Zmiany te są przenoszone na strumień magnetyczny i ruchomą część twornika, która może buczeć i wibrować. Aby wyeliminować to zjawisko, obwód magnetyczny zostaje odseparowany poprzez wstawienie zwarcia.

Powstaje w nim bifurkacja strumienia magnetycznego i przesunięcie fazowe jednej z jego części. Następnie, po przekroczeniu punktu zerowego jednej gałęzi, w drugiej działa siła zapobiegająca drganiom i odwrotnie.

Rdzenie magnetyczne do urządzeń prądu stałego

W obwodach tych nie ma potrzeby radzenia sobie ze szkodliwym działaniem prądów wirowych, które przejawiają się harmonicznymi oscylacjami sinusoidalnymi.W przypadku rdzeni magnetycznych nie stosuje się zespołów cienkich płyt, ale wykonuje się je z części prostokątnych lub zaokrąglonych metodą jednoczęściowych odlewów.

W tym przypadku rdzeń, na którym mocowana jest cewka, jest okrągły, a obudowa i jarzmo prostokątne.

Aby zmniejszyć początkową siłę ciągnącą, szczelina powietrzna między oddzielonymi częściami obwodu magnetycznego jest niewielka.

Obwody magnetyczne maszyn elektrycznych

Obecność ruchomego wirnika obracającego się w polu stojana wymaga specjalnych właściwości projekty silników elektrycznych i generatory. Wewnątrz nich należy rozmieścić cewki, przez które przepływa prąd elektryczny, tak aby zapewnić minimalne wymiary.

W tym celu wykonuje się wnęki do układania przewodów bezpośrednio w obwodach magnetycznych. Aby to zrobić, od razu podczas tłoczenia płyt tworzone są w nich kanały, które po złożeniu są gotowymi liniami dla cewek.

Zatem obwód magnetyczny jest integralną częścią wielu urządzeń elektrycznych i służy do przesyłania strumienia magnetycznego.