Wat is een magnetisch circuit en waar wordt het gebruikt

Twee samengestelde wortels "magneet" en "geleider" verbonden door de letter "o" bepalen het doel van dit elektrische apparaat, gemaakt om de magnetische flux betrouwbaar door een speciale geleider te geleiden met minimale of in sommige gevallen bepaalde verliezen.

De elektrische industrie maakt op grote schaal gebruik van de onderlinge afhankelijkheid van elektrische en magnetische energie, hun overgang van de ene staat naar de andere. Veel transformatoren, smoorspoelen, schakelaars, relais, starters, elektromotoren, generatoren en andere soortgelijke apparaten werken volgens dit principe.

Hun ontwerp omvat een magnetisch circuit dat een magnetische flux uitzendt die wordt opgewekt door de passage van elektrische stroom om elektrische energie verder om te zetten. Het is een van de componenten van het magnetische systeem van elektrische apparaten.

Magnetische kern van een elektrisch product (apparaat) (coil flux guide) - een magnetisch systeem van een elektrisch product (apparaat) of een set van verschillende onderdelen ervan in de vorm van een afzonderlijke structurele eenheid (GOST 18311-80).

Waar is de magnetische kern van gemaakt?

Magnetische kenmerken

De stoffen die in het ontwerp zijn opgenomen, kunnen verschillende magnetische eigenschappen hebben. Ze worden meestal ingedeeld in 2 soorten:

1. zwak magnetisch;

2. zeer magnetisch.

Om ze te onderscheiden, wordt de term gebruikt «Magnetische permeabiliteit µ», die de afhankelijkheid bepaalt van de gecreëerde magnetische inductie B (kracht) van de waarde van de uitgeoefende kracht H.

De bovenstaande grafiek laat zien dat ferromagneten sterke magnetische eigenschappen hebben, terwijl ze zwak zijn in paramagneten en diamagneten.

De inductie van ferromagneten met een verdere toename van de spanning begint echter af te nemen, met een uitgesproken punt met een maximale waarde die het moment van verzadiging van de stof kenmerkt. Het wordt gebruikt bij de berekening en werking van magnetische circuits.

Na het beëindigen van de actie van spanning, blijft een deel van de magnetische eigenschappen bij de substantie, en als er een tegengesteld veld op wordt toegepast, zal een deel van zijn energie worden besteed aan het overwinnen van deze fractie.

Daarom is er in circuits met wisselend elektromagnetisch veld een inductievertraging van de uitgeoefende kracht. Een vergelijkbare afhankelijkheid van de magnetisatie van de substantie van ferromagneten wordt gekenmerkt door een grafiek genaamd hysterese.

Daarop tonen de punten Hk de breedte van de contour die het restmagnetisme (dwingende kracht) kenmerkt. Volgens hun grootte zijn ferromagneten onderverdeeld in twee categorieën:

1. zacht, gekenmerkt door een smalle lus;

2. hard, met hoge dwingende kracht.

De eerste categorie omvat zachte legeringen van ijzer en permola. Ze worden gebruikt om kernen te maken voor transformatoren, elektromotoren en alternatoren omdat ze een minimaal energieverbruik creëren om de magnetisatie om te keren.

In verschillende permanente magneetuitvoeringen worden harde ferromagneten van koolstofstaal en speciale legeringen gebruikt.

Bij het kiezen van een materiaal voor een magnetisch circuit wordt rekening gehouden met verliezen voor:

• hysterese;

• wervelstromen gegenereerd door de werking van de EMF geïnduceerd door de magnetische flux;

• gevolg als gevolg van magnetische viscositeit.

Materialen (bewerken)

Kenmerken van legeringen

Voor AC-magnetische circuitontwerpen worden speciale soorten plaatstaal of opgerold dunwandig staal geproduceerd met verschillende legeringstoevoegingen, die worden geproduceerd door koud of warm walsen. Koudgewalst staal is ook duurder, maar heeft minder inductieverliezen.

Staalplaten en coils worden bewerkt tot platen of strips. Ze zijn bedekt met een vernislaag voor bescherming en isolatie. Dubbelzijdige dekking is betrouwbaarder.

Voor relais, starters en magneetschakelaars die in gelijkstroomcircuits werken, zijn de magnetische kernen gegoten in massieve blokken.

AC-circuits

Magnetische kernen van transformatoren

Eenfasige apparaten

Onder hen zijn twee soorten magnetische circuits gebruikelijk:

1. plakken;

2. Gepantserd.

Het eerste type is gemaakt met twee staven, waarop elk twee spoelen met hoog- of laagspanningsspoelen afzonderlijk zijn geplaatst. Als een LV- en LV-spoel op de balk wordt geplaatst, treden grote energiedissipatiestromen op en neemt de reactantiecomponent toe.

De magnetische flux die door de staven gaat, wordt gesloten door het bovenste en onderste juk.

Het gepantserde type heeft een staaf met spoelen en jukken waaruit de magnetische flux in twee helften splitst. Daarom is het oppervlak tweemaal de dwarsdoorsnede van het juk.Dergelijke constructies worden vaker aangetroffen in transformatoren met laag vermogen, waar geen grote thermische belastingen op de constructie worden gecreëerd.

Vermogenstransformatoren hebben een groot koeloppervlak met wikkelingen nodig vanwege de omzetting van hogere belastingen. Voor hen is de geconsolideerde regeling geschikter.

Driefasige apparaten

Voor hen kun je drie enkelfasige magnetische circuits gebruiken die zich op een derde van de omtrek bevinden, of spoelen van gewoon ijzer in hun kooien verzamelen.

Als we een gemeenschappelijk magnetisch circuit beschouwen van drie identieke structuren die zich onder een hoek van 120 graden bevinden, zoals weergegeven in de linkerbovenhoek van de afbeelding, dan zal binnen de centrale staaf de totale magnetische flux in evenwicht zijn en gelijk zijn aan nul.

In de praktijk wordt echter vaker een vereenvoudigd ontwerp gebruikt dat zich in hetzelfde vlak bevindt, wanneer drie verschillende wikkelingen zich op een afzonderlijke staaf bevinden. Bij deze methode gaat de magnetische flux van de eindspoelen door de grote en kleine ringen en vanuit het midden door twee aangrenzende ringen. Door de vorming van een ongelijke verdeling van afstanden ontstaat een zekere onbalans van magnetische weerstanden.

Het legt afzonderlijke beperkingen op aan ontwerpberekeningen en sommige werkingsmodi, met name stationair draaien. Maar over het algemeen wordt zo'n schema van het magnetische circuit in de praktijk veel gebruikt.

De magnetische circuits die op de bovenstaande foto's worden getoond, zijn gemaakt van platen en spoelen zijn op de geassembleerde staven geplaatst. Deze technologie wordt toegepast in geautomatiseerde fabrieken met een groot machinepark.

In kleine industrieën kan handmatige assemblagetechnologie worden gebruikt vanwege tape-blanks, wanneer een spoel in eerste instantie wordt gemaakt met een opgerolde draad, en vervolgens wordt er een magnetisch circuit omheen geïnstalleerd vanaf een tape van transformatorijzer met opeenvolgende windingen.

Dergelijke gedraaide magnetische circuits worden ook gemaakt volgens het staaf- en gepantserde type.

Voor striptechnologie is de toegestane dikte van het materiaal 0,2 of 0,35 mm, en voor installatie met platen kan 0,35 of 0,5 of zelfs meer worden gekozen. Dit komt door de noodzaak om de tape strak tussen de lagen te wikkelen, wat moeilijk handmatig te doen is bij het werken met dikke materialen.

Als bij het oprollen van de tape op een haspel de lengte ervan niet voldoende is, mag er een verlenging aan worden toegevoegd en deze betrouwbaar met een nieuwe laag worden aangedrukt. Op dezelfde manier worden stavenplaten en jukken geassembleerd in lamellaire magnetische circuits.In al deze gevallen moeten de verbindingen met minimale afmetingen worden gemaakt, aangezien ze de totale terughoudendheid en het energieverlies in het algemeen beïnvloeden.

Voor nauwkeurig werk wordt geprobeerd het ontstaan ​​​​van dergelijke verbindingen te vermijden, en wanneer het onmogelijk is om ze uit te sluiten, gebruiken ze randslijpen om een ​​​​goede pasvorm van het metaal te bereiken.

Bij het handmatig monteren van een constructie is het vrij moeilijk om de platen precies op elkaar te richten. Daarom zijn er gaten in geboord en zijn er pennen in gestoken, wat voor een goede centrering zorgde. Maar deze methode verkleint enigszins het gebied van het magnetische circuit, verstoort de doorgang van krachtlijnen en magnetische weerstand in het algemeen.

Grote geautomatiseerde ondernemingen die gespecialiseerd zijn in de productie van magnetische kernen voor precisietransformatoren, relais, starters hebben de perforatiegaten in de platen verlaten en gebruiken andere assemblagetechnologieën.

Gevel- en frontconstructies

Magnetische kernen gemaakt op basis van platen kunnen worden samengesteld door de jukstaven afzonderlijk voor te bereiden en vervolgens spoelen met spoelen te monteren, zoals op de foto te zien is.

Een vereenvoudigd montageschema voor de kolf wordt rechts getoond. Het kan een serieus nadeel hebben - "vuur in staal", dat wordt gekenmerkt door het uiterlijk wervelstromen in de kern naar de kritische waarde zoals weergegeven in onderstaande afbeelding links met een golvende rode lijn. Hierdoor ontstaat een noodsituatie.

Dit defect wordt geëlimineerd met een isolerende laag, die de toename van de magnetiserende flux aanzienlijk beïnvloedt. En dat zijn onnodige energieverliezen.

In sommige gevallen is het nodig om deze opening te vergroten om de reactiviteit te vergroten. Deze techniek wordt gebruikt in inductoren en smoorspoelen.

Om de hierboven genoemde redenen wordt het gezichtsmontageschema gebruikt in niet-kritieke constructies. Voor een nauwkeurige werking van het magnetische circuit wordt een gelamineerde plaat gebruikt.

Het principe is gebaseerd op een duidelijke verdeling van de lagen en het creëren van gelijke openingen in de stang en het juk, zodanig dat tijdens de montage alle gecreëerde holtes worden opgevuld met minimale voegen. In dit geval zijn de platen van de stang en het juk met elkaar verweven, waardoor een sterke en stijve structuur ontstaat.

De vorige foto hierboven toont een gelamineerde methode om rechthoekige platen te verbinden.Schuine constructies, meestal gemaakt op 45 graden, hebben echter lagere magnetische energieverliezen. Ze worden gebruikt in krachtige magnetische circuits van stroomtransformatoren.

De foto toont de montage van verschillende hellende platen met gedeeltelijke ontlading van de totale structuur.

Zelfs met deze methode is het noodzakelijk om de kwaliteit van de steunvlakken en de afwezigheid van onaanvaardbare openingen daarin te bewaken.

De methode om hellende platen te gebruiken zorgt voor minimale verliezen van magnetische flux in de hoeken van het magnetische circuit, maar bemoeilijkt het productieproces en de assemblagetechnologie aanzienlijk. Vanwege de toegenomen complexiteit van het werk, wordt het zeer zelden gebruikt.

De gelamineerde montagemethode is betrouwbaarder. Het ontwerp is robuust, vereist minder onderdelen en wordt op een vooraf voorbereide manier in elkaar gezet.

Met deze methode wordt een gemeenschappelijke structuur gemaakt van de platen. Na de volledige montage van het magnetische circuit, wordt het noodzakelijk om de spoel erop te installeren.

Om dit te doen, is het noodzakelijk om het reeds gemonteerde bovenste juk te demonteren en achtereenvolgens alle platen te verwijderen. Om zo'n onnodige operatie te elimineren, werd de technologie van het samenstellen van een magnetisch circuit direct in de voorbereide wikkelingen met spoelen ontwikkeld.

Vereenvoudigde modellen van gelamineerde structuren

Transformatoren met laag vermogen vereisen vaak geen nauwkeurige magnetische regeling. Voor hen worden blanco's gemaakt met behulp van stempelmethoden volgens voorbereide sjablonen, gevolgd door coating met isolerende vernis en meestal aan één kant.

De linker magnetische schakeling wordt gemaakt door blanco's in de spoelen boven en onder te steken, en met de rechter kunt u de middelste staaf buigen en in het binnenste spoelgat steken. Bij deze methoden wordt een kleine luchtspleet gevormd tussen de steunplaten.

Na het monteren van de set worden de platen stevig aangedrukt door de bevestigingsmiddelen. Om wervelstromen met magnetische verliezen te verminderen, wordt er een isolatielaag op aangebracht.

Kenmerken van magnetische circuits van relais, starters

De principes van het creëren van een pad voor de doorgang van de magnetische flux bleven hetzelfde. Alleen het magnetische circuit is verdeeld in twee delen:

1. verplaatsbaar;

2. permanent vast.

Wanneer een magnetische flux optreedt, wordt het beweegbare anker, samen met de erop bevestigde contacten, aangetrokken door het principe van een elektromagneet, en wanneer het verdwijnt, keert het terug naar zijn oorspronkelijke staat onder invloed van mechanische veren.

Kortsluiting

Wisselstroom verandert voortdurend in grootte en amplitude. Deze veranderingen worden doorgegeven aan de magnetische flux en het bewegende deel van het anker, dat kan zoemen en trillen. Om dit fenomeen te elimineren, wordt het magnetische circuit gescheiden door een kortsluiting in te voegen.

Daarin wordt een vertakking van de magnetische flux en een faseverschuiving van een van zijn delen gevormd. Dan, bij het overschrijden van het nulpunt van één tak, werkt een trillingsverhinderende kracht in de tweede, en vice versa.

Magnetische kernen voor DC-apparaten

In deze circuits is het niet nodig om te gaan met de schadelijke effecten van wervelstromen, die zich manifesteren in harmonische sinusoïdale oscillaties.Voor magnetische kernen worden geen dunne plaatconstructies gebruikt, maar ze worden gemaakt met rechthoekige of afgeronde delen door middel van gietstukken uit één stuk.

In dit geval is de kern waarop de spoel is gemonteerd rond en zijn de behuizing en het juk rechthoekig.

Om de initiële trekkracht te verminderen, is de luchtspleet tussen de gescheiden delen van het magnetische circuit klein.

Magnetische circuits van elektrische machines

De aanwezigheid van een beweegbare rotor die roteert in het statorveld vereist speciale eigenschappen ontwerpen van elektromotoren en generatoren. Binnenin is het noodzakelijk om de spoelen te plaatsen waardoor de elektrische stroom stroomt, om de minimale afmetingen te garanderen.

Hiervoor worden holtes gemaakt om draden direct in de magnetische circuits te leggen. Om dit te doen, worden er onmiddellijk bij het stempelen van de platen kanalen in gemaakt, die na montage gereed zijn voor spoelen.

Het magnetische circuit is dus een integraal onderdeel van veel elektrische apparaten en dient om magnetische flux over te dragen.