Vad är en magnetisk krets och var används den

Två sammansatta rötter "magnet" och "ledare" anslutna med bokstaven "o" bestämmer syftet med denna elektriska enhet, skapad för att tillförlitligt överföra det magnetiska flödet genom en speciell ledare med minimala eller i vissa fall vissa förluster.

Elindustrin använder i stor utsträckning det ömsesidiga beroendet av elektrisk och magnetisk energi, deras övergång från ett tillstånd till ett annat. Många transformatorer, choker, kontaktorer, reläer, startmotorer, elmotorer, generatorer och andra liknande enheter fungerar enligt denna princip.

Deras design inkluderar en magnetisk krets som överför ett magnetiskt flöde som exciteras av passagen av elektrisk ström för att ytterligare omvandla elektrisk energi. Det är en av komponenterna i det magnetiska systemet för elektriska enheter.

Magnetisk kärna av en elektrisk produkt (enhet) (spoleflödesguide) - ett magnetiskt system av en elektrisk produkt (enhet) eller en uppsättning av flera av dess delar i form av en separat strukturell enhet (GOST 18311-80).

Vad är den magnetiska kärnan gjord av?

Magnetiska egenskaper

De ämnen som ingår i dess design kan ha olika magnetiska egenskaper. De delas vanligtvis in i två typer:

1. svagt magnetisk;

2. mycket magnetisk.

För att särskilja dem används termen «Magnetisk permeabilitet µ», som bestämmer beroendet av den skapade magnetiska induktionen B (kraft) på värdet av den applicerade kraften H.

Ovanstående graf visar att ferromagneter har starka magnetiska egenskaper, medan de är svaga i paramagneter och diamagneter.

Emellertid börjar induktionen av ferromagneter med en ytterligare ökning av spänningen att minska, med en uttalad punkt med ett maximalt värde som kännetecknar ämnets mättnadsmoment. Det används vid beräkning och drift av magnetiska kretsar.

Efter avslutad spänningsverkan förblir en del av de magnetiska egenskaperna med ämnet, och om ett motsatt fält appliceras på det, kommer en del av dess energi att spenderas på att övervinna denna fraktion.

Därför finns det i alternerande elektromagnetiska fältkretsar en induktionsfördröjning från den applicerade kraften. Ett liknande beroende av magnetiseringen av ämnet i ferromagneter kännetecknas av en graf som kallas hysteres.

På den visar punkterna Hk bredden på konturen som kännetecknar restmagnetismen (koercitivkraften). Beroende på deras storlek delas ferromagneter in i två kategorier:

1. mjuk, kännetecknad av en smal slinga;

2. hård, med hög tvångskraft.

Den första kategorin omfattar mjuka legeringar av järn och permola. De används för att tillverka kärnor för transformatorer, elmotorer och generatorer eftersom de skapar en minimal energiförbrukning för att vända magnetiseringen.

Hårda ferromagneter gjorda av kolstål och speciallegeringar används i olika permanentmagnetdesigner.

När du väljer ett material för en magnetisk krets, beaktas förluster för:

• hysteres;

• virvelströmmar som genereras av verkan av EMF inducerad av det magnetiska flödet;

• följd på grund av magnetisk viskositet.

Material (redigera)

Egenskaper hos legeringar

För AC-magnetiska kretskonstruktioner tillverkas speciella kvaliteter av plåt eller lindat tunnväggigt stål med varierande grader av legeringstillsatser, som framställs genom kall- eller varmvalsning. Dessutom är kallvalsat stål dyrare men har mindre induktionsförluster.

Stålplåtar och rullar bearbetas till plåtar eller remsor. De är täckta med ett lager lack för skydd och isolering. Dubbelsidig täckning är mer tillförlitlig.

För reläer, starter och kontaktorer som arbetar i DC-kretsar är magnetkärnorna gjutna i solida block.

AC-kretsar

Magnetiska kärnor av transformatorer

Enfasenheter

Bland dem är två typer av magnetiska kretsar vanliga:

1. sticka;

2. Pansar.

Den första typen är gjord med två stavar, på var och en av vilka två spolar med hög- eller lågspänningsspolar är placerade separat. Om en LV- och LV-spole placeras på stången uppstår stora energiförlustflöden och reaktanskomponenten ökar.

Det magnetiska flödet som passerar genom stängerna stängs av det övre och undre oket.

Den pansartyp har en stång med spolar och ok från vilka det magnetiska flödet delar sig i två halvor. Därför är dess yta två gånger tvärsnittet av oket.Sådana strukturer finns oftare i lågeffekttransformatorer, där stora termiska belastningar inte skapas på strukturen.

Krafttransformatorer kräver en stor kylyta med lindningar på grund av omvandlingen av högre belastningar. Det konsoliderade systemet är mer lämpligt för dem.

Tre-fas enheter

För dem kan du använda tre enfasiga magnetiska kretsar placerade på en tredjedel av omkretsen, eller samla spolar av vanligt järn i sina burar.

Om vi ​​betraktar en vanlig magnetisk krets av tre identiska strukturer placerade i en vinkel på 120 grader, som visas i det övre vänstra hörnet av bilden, kommer det totala magnetiska flödet inuti den centrala stången att vara balanserat och lika med noll.

I praktiken används dock oftare en förenklad design placerad i samma plan, när tre olika lindningar är placerade på en separat stång. I denna metod passerar det magnetiska flödet från ändspolarna genom de stora och små ringarna och från mitten - genom två intilliggande. På grund av bildandet av en ojämn fördelning av avstånd skapas en viss obalans av magnetiska motstånd.

Den inför separata begränsningar för konstruktionsberäkningar och vissa driftsätt, särskilt tomgång. Men i allmänhet används ett sådant schema för den magnetiska kretsen i stor utsträckning i praktiken.

De magnetiska kretsarna som visas på ovanstående bilder är gjorda av plattor och spolar placeras på de monterade stängerna. Denna teknik används i automatiserade fabriker med en stor maskinpark.

I små industrier kan manuell monteringsteknik användas på grund av tejpämnen, när en spole initialt tillverkas med en lindad tråd, och sedan installeras en magnetisk krets runt den från ett tejp av transformatorjärn med successiva varv.

Sådana tvinnade magnetiska kretsar skapas också enligt baren och pansartyp.

För remsteknik är den tillåtna tjockleken på materialet 0,2 eller 0,35 mm och för installation med plattor kan 0,35 eller 0,5 eller ännu mer väljas. Detta beror på behovet av att linda bandet tätt mellan lagren, vilket är svårt att göra manuellt när man arbetar med tjocka material.

Om, när du lindar bandet på en rulle, dess längd inte är tillräcklig, är det tillåtet att ansluta en förlängning till den och på ett tillförlitligt sätt pressa den med ett nytt lager. På samma sätt monteras plattor av stavar och ok i lamellära magnetiska kretsar, i alla dessa fall måste skarvarna göras med minsta dimensioner, eftersom de påverkar den totala reluktansen och energiförlusten i allmänhet.

För noggrant arbete försöker man undvika skapandet av sådana fogar, och när det är omöjligt att utesluta dem använder de kantslipning för att uppnå en nära passform av metallen.

När man monterar en struktur manuellt är det ganska svårt att exakt orientera plattorna mot varandra. Därför borrades hål i dem och stift sattes in, vilket säkerställde en bra centrering. Men den här metoden minskar den magnetiska kretsens yta något, förvränger passagen av kraftlinjer och magnetiskt motstånd i allmänhet.

Stora automatiserade företag som specialiserat sig på produktion av magnetiska kärnor för precisionstransformatorer, reläer, starter har övergett perforeringshålen inuti plattorna och använder andra monteringstekniker.

Klädda och frontkonstruktioner

Magnetiska kärnor skapade på basis av plattor kan monteras genom att separat förbereda okstängerna och sedan montera spolar med spolar, som visas på bilden.

Ett förenklat diagram för kolvmontering visas till höger. Det kan ha en allvarlig nackdel — "brand i stål", som kännetecknas av utseendet virvelströmmar i kärnan till det kritiska värdet som visas på bilden nedan till vänster med en vågig röd linje. Detta skapar en nödsituation.

Denna defekt elimineras med ett isolerande skikt, vilket avsevärt påverkar ökningen av magnetiseringsflödet. Och det är onödiga energiförluster.

I vissa fall är det nödvändigt att öka detta gap för att öka reaktiviteten. Denna teknik används i induktorer och chokes.

Av de skäl som anges ovan används schemat för montering av ytor i icke-kritiska strukturer. För exakt drift av magnetkretsen används en laminerad platta.

Dess princip är baserad på en tydlig fördelning av skikten och skapandet av lika mellanrum i stången och oket på ett sådant sätt att alla skapade hålrum fylls med minimala fogar under monteringen. I detta fall är stavens och okets plattor sammanflätade med varandra och bildar en stark och styv struktur.

Det föregående fotot ovan visar en laminerad metod för att ansluta rektangulära plattor.Men lutande strukturer, vanligtvis skapade i 45 grader, har lägre magnetiska energiförluster. De används i kraftfulla magnetiska kretsar av krafttransformatorer.

Bilden visar monteringen av flera lutande plattor med partiell avlastning av den övergripande strukturen.

Även med denna metod är det nödvändigt att övervaka kvaliteten på stödytorna och frånvaron av oacceptabla luckor i dem.

Metoden att använda lutande plattor säkerställer minimala förluster av magnetiskt flöde i hörnen av den magnetiska kretsen, men komplicerar avsevärt produktionsprocessen och monteringstekniken. På grund av arbetets ökade komplexitet används det mycket sällan.

Den laminerade monteringsmetoden är mer tillförlitlig. Konstruktionen är robust, kräver färre delar och monteras enligt en förberedd metod.

Med denna metod skapas en gemensam struktur av plattorna. Efter den fullständiga monteringen av magnetkretsen blir det nödvändigt att installera spolen på den.

För att göra detta är det nödvändigt att demontera det redan monterade övre oket och successivt ta bort alla dess plattor. För att eliminera en sådan onödig operation utvecklades tekniken för att montera en magnetisk krets direkt inuti de förberedda lindningarna med spolar.

Förenklade modeller av laminerade strukturer

Lågeffekttransformatorer kräver ofta inte exakt magnetisk styrning. För dem skapas ämnen med stämplingsmetoder enligt förberedda mallar, följt av beläggning med isolerande lack och oftast på ena sidan.

Den vänstra magnetkretsenheten skapas genom att sätta in ämnen i spolarna ovanför och under, och den högra låter dig böja och föra in mittstaven i det inre spolhålet. I dessa metoder bildas en liten luftspalt mellan stödplattorna.

Efter montering av uppsättningen pressas plattorna hårt av fästelementen. För att minska virvelströmmar med magnetiska förluster appliceras ett lager av isolering på dem.

Egenskaper för magnetiska kretsar av reläer, starters

Principerna för att skapa en väg för passagen av det magnetiska flödet förblev desamma. Endast den magnetiska kretsen är uppdelad i två delar:

1. rörlig;

2. permanent fixerad.

När ett magnetiskt flöde uppstår, attraheras det rörliga ankaret, tillsammans med kontakterna som är fixerade på det, av principen om en elektromagnet, och när det försvinner återgår det till sitt ursprungliga tillstånd under inverkan av mekaniska fjädrar.

Kortslutning

Växelström förändras ständigt i storlek och amplitud. Dessa förändringar överförs till det magnetiska flödet och den rörliga delen av ankaret, som kan brumma och vibrera. För att eliminera detta fenomen separeras den magnetiska kretsen genom att sätta in en kortslutning.

En bifurkation av det magnetiska flödet och en fasförskjutning av en av dess delar bildas i den. Sedan, när man korsar nollpunkten för en gren, verkar en vibrationsförhindrande kraft i den andra, och vice versa.

Magnetiska kärnor för DC-enheter

I dessa kretsar finns det inget behov av att ta itu med de skadliga effekterna av virvelströmmar, som visar sig i harmoniska sinusformade svängningar.För magnetiska kärnor används inte tunna plattaggregat, men de är gjorda med rektangulära eller rundade delar med metoden för gjutgods i ett stycke.

I det här fallet är kärnan på vilken spolen är monterad rund, och huset och oket är rektangulära.

För att minska den initiala dragkraften är luftgapet mellan de separerade delarna av magnetkretsen liten.

Magnetiska kretsar för elektriska maskiner

Förekomsten av en rörlig rötor som roterar i statorfältet kräver speciella egenskaper design av elmotorer och generatorer. Inuti dem är det nödvändigt att ordna spolarna genom vilka den elektriska strömmen flyter, för att säkerställa minimimåtten.

För detta ändamål är hålrum gjorda för att lägga ledningar direkt i magnetkretsarna. För att göra detta, omedelbart vid stämpling av plattorna, skapas kanaler i dem, som efter montering är färdiga linjer för spolarna.

Således är den magnetiska kretsen en integrerad del av många elektriska anordningar och tjänar till att överföra magnetiskt flöde.