Zastosowanie magnesów trwałych w elektrotechnice i energetyce
Obecnie magnesy trwałe znajdują użyteczne zastosowanie w wielu dziedzinach życia człowieka. Czasami nie zauważamy ich obecności, jednak w prawie każdym mieszkaniu w różnych urządzeniach elektrycznych i urządzeniach mechanicznych, jeśli dobrze się przyjrzeć, można znaleźć trwały magnes… Golarka elektryczna i głośnik, odtwarzacz wideo i zegar ścienny, telefon komórkowy i kuchenka mikrofalowa, drzwi lodówki, wreszcie — magnesy trwałe można znaleźć wszędzie.
Wykorzystywane są w sprzęcie medycznym i pomiarowym, w różnych instrumentach iw przemyśle motoryzacyjnym, w silnikach prądu stałego, w systemach akustycznych, w sprzęcie AGD i w wielu, wielu innych miejscach: radiotechnika, instrumenty, automatyka, telemechanika itp. . — żaden z tych obszarów nie jest kompletny bez użycia magnesów trwałych.
Konkretne rozwiązania wykorzystujące magnesy trwałe można wymieniać w nieskończoność, ale tematem tego artykułu będzie krótki przegląd kilku zastosowań magnesów trwałych w elektrotechnice i energetyce.
Silniki elektryczne i generatory
Od czasów Oersteda i Ampere'a powszechnie wiadomo, że przewody przewodzące prąd i elektromagnesy oddziałują z polem magnetycznym magnesu trwałego. Wiele silników i generatorów działa na tej zasadzie. Nie trzeba daleko szukać przykładów. Wentylator w zasilaczu komputera ma wirnik i stojan.
Wirnik łopatkowy to wirnik z magnesami trwałymi ułożonymi w okręgu, a stojan jest rdzeniem elektromagnesu. Odwracając namagnesowanie stojana, obwód elektroniczny tworzy efekt obracania pola magnetycznego stojana, po tym jak pole magnetyczne stojana, próbując zostać do niego przyciągnięte, podąża za wirnikiem magnetycznym - wentylator się obraca. Rotacja dysku twardego odbywa się w podobny sposób i działa w podobny sposób wiele silników krokowych.
Magnesy trwałe znalazły również swoje miejsce w agregatach prądotwórczych. Jednym z obszarów zastosowań są na przykład generatory synchroniczne do domowych turbin wiatrowych.
Na obwodzie stojana generatora znajdują się cewki generatora, przez które podczas pracy turbiny wiatrowej przepływa zmienne pole magnetyczne poruszających się (pod działaniem wiatru wiejącego na łopaty) magnesów trwałych wirnika. Przedkładający prawo indukcji elektromagnetycznej, przewody uzwojeń generatora przecięte przez magnesy prądu stałego w obwodzie odbiornika.
Takie generatory są stosowane nie tylko w turbinach wiatrowych, ale także w niektórych modelach przemysłowych, w których magnesy trwałe są instalowane na wirniku zamiast cewki wzbudzenia. Zaletą rozwiązań z magnesami jest możliwość uzyskania generatora o niskiej prędkości nominalnej.
Urządzenia i mechanizmy magnetoelektryczne
V mechaniczne indukcyjne liczniki energii elektrycznej dysk przewodzący obraca się w polu magnesu trwałego. Prąd poboru, przechodzący przez dysk, oddziałuje z polem magnetycznym magnesu trwałego i dysk obraca się.
Im wyższy prąd, tym większa prędkość obrotowa dysku, ponieważ moment obrotowy jest wytwarzany przez siłę Lorentza działającą na poruszające się naładowane cząstki wewnątrz dysku po stronie pola magnetycznego magnesu trwałego. W rzeczywistości jest to taki licznik Silnik AC niska moc z magnesem stojana.
Do pomiaru słabych prądów użyj galwanometry — bardzo czułe urządzenia pomiarowe. Tutaj magnes w kształcie podkowy oddziałuje z małą cewką przewodzącą prąd, która jest zawieszona w szczelinie między biegunami magnesu stałego.
Odchylenie cewki podczas pomiaru jest spowodowane momentem obrotowym generowanym przez indukcję magnetyczną, która występuje, gdy prąd przepływa przez cewkę. W ten sposób ugięcie cewki okazuje się być proporcjonalne do wartości wynikowej indukcji magnetycznej w szczelinie i odpowiednio do prądu w przewodniku cewki. W przypadku małych odchyleń skala galwanometru jest liniowa.
Magnesy trwałe w sprzęcie AGD
Z pewnością w twojej kuchni jest kuchenka mikrofalowa. A są w nim aż dwa magnesy trwałe. Generować fale elektromagnetyczne Kuchenka mikrofalowa zainstalowana w kuchence mikrofalowej magnetostrykcja… Wewnątrz magnetronu elektrony przemieszczają się w próżni od katody do anody, a podczas ich ruchu ich trajektoria musi być zakrzywiona, aby rezonatory anodowe zostały wystarczająco silnie wzbudzone.
Aby zakrzywić trajektorię elektronu, pierścieniowe magnesy trwałe są montowane powyżej i poniżej komory próżniowej magnetronu. Pole magnetyczne magnesów trwałych zakrzywia trajektorie elektronów, tworząc potężny wir elektronów, który pobudza rezonatory, które z kolei generują mikrofalowe fale elektromagnetyczne do podgrzewania żywności.
Aby głowica dysku twardego była precyzyjnie ustawiona, jej ruchy w procesie zapisu i odczytu informacji muszą być bardzo precyzyjnie kontrolowane i kontrolowane. Po raz kolejny na ratunek przychodzi magnes trwały. Wewnątrz dysku twardego, w polu magnetycznym nieruchomego magnesu trwałego, porusza się cewka przewodząca prąd połączona z głowicą.
Po przyłożeniu prądu do cewki głównej, pole magnetyczne tego prądu, w zależności od jego wartości, odpycha cewkę od magnesu stałego mniej lub bardziej, w jednym lub drugim kierunku, w ten sposób głowica zaczyna się poruszać i to z dużą precyzją. Ruchem tym steruje mikrokontroler.
Łożyska magnetyczne w elektryczności
Aby poprawić efektywność energetyczną, niektóre kraje budują magazyny energii mechanicznej dla przedsiębiorstw. Są to przetwornice elektromechaniczne działające na zasadzie bezwładnościowego magazynowania energii w postaci energii kinetycznej obracającego się koła zamachowego, tzw. magazynowanie energii kinetycznej.
Na przykład w Niemczech firma ATZ opracowała magazyn energii kinetycznej o mocy 20 MJ i mocy 250 kW, a gęstość energii ok. 100 Wh/kg. Przy masie koła zamachowego 100 kg przy prędkości obrotowej 6000 obr./min cylindryczna konstrukcja o średnicy 1,5 metra wymaga wysokiej jakości łożysk. W efekcie dolne łożysko wykonane jest oczywiście na bazie magnesów trwałych.