Användningen av permanentmagneter inom elektroteknik och energi

Idag hittar permanentmagneter användbara tillämpningar inom många områden av mänskligt liv. Ibland märker vi inte deras närvaro, men i nästan varje lägenhet i olika elektriska apparater och i mekaniska enheter, om du tittar noga kan du hitta permanentmagnet… Elektrisk rakapparat och högtalare, videospelare och väggklocka, mobiltelefon och mikrovågsugn, kylskåpsdörr, slutligen – permanentmagneter finns överallt.

De används i medicinsk utrustning och mätutrustning, i olika instrument och i bilindustrin, i likströmsmotorer, i akustiska system, i elektriska hushållsapparater och på många, många andra platser: radioteknik, instrument, automation, telemekanik, etc. . — Inget av dessa områden är komplett utan användning av permanentmagneter.

Specifika lösningar som använder permanentmagneter kan listas oändligt, men ämnet för den här artikeln kommer att vara en kort översikt över flera tillämpningar av permanentmagneter inom elektroteknik och energi.

Elmotorer och generatorer

Sedan Oersteds och Amperes tid har det varit allmänt känt att strömförande ledningar och elektromagneter interagerar med magnetfältet hos en permanentmagnet. Många motorer och generatorer arbetar enligt denna princip. Du behöver inte gå långt för exempel. Fläkten i din dators strömförsörjning har en rotor och en stator.

Ett skovelhjul är en rötor med permanentmagneter arrangerade i en cirkel, och statorn är kärnan i en elektromagnet. Omvänd magnetiseringen av statorn, skapar den elektroniska kretsen effekten av att rotera statorns magnetfält, efter att statorns magnetfält, som försöker attraheras av det, följer den magnetiska rotorn - fläkten roterar. Hårddiskrotation görs på liknande sätt och fungerar på liknande sätt många stegmotorer.

Permanenta magneter har också hittat sin plats i kraftgeneratorer. Synkrongeneratorer för exempelvis inhemska vindkraftverk är ett av de tillämpade områdena.

På omkretsen av generatorns stator finns det generatorspolar, som under vindkraftverkets drift korsas av det alternerande magnetfältet av rörliga (under verkan av vinden som blåser på bladen) rotorns permanentmagneter. Skickar in lagen om elektromagnetisk induktion, generatorlindningarnas ledningar korsade av DC-magneterna i konsumentkretsen.

Sådana generatorer används inte bara i vindturbiner, utan också i vissa industriella modeller, där permanentmagneter är installerade på rotorn istället för excitationsspolen. Fördelen med lösningar med magneter är möjligheten att få en generator med lågt nominellt varvtal.

Magnetoelektriska enheter och mekanismer

V mekaniska induktions elmätare den ledande skivan roterar i fältet av en permanentmagnet. Förbrukningsströmmen, som passerar genom skivan, samverkar med permanentmagnetens magnetfält och skivan roterar.

Ju högre ström, desto högre rotationshastighet för skivan, eftersom vridmomentet skapas av Lorentzkraften som verkar på de rörliga laddade partiklarna inuti skivan på sidan av magnetfältet hos en permanentmagnet. I själva verket är det en sådan räknare AC motor låg effekt med statormagnet.

För att mäta svaga strömmar använd galvanometrar — mycket känsliga mätinstrument. Här samverkar hästskomagneten med en liten strömförande spole som är upphängd i springan mellan permanentmagnetens poler.

Avböjningen av spolen under mätning beror på vridmomentet som genereras av den magnetiska induktionen som uppstår när ström flyter genom spolen. På detta sätt visar sig spolens avböjning vara proportionell mot värdet av den resulterande magnetiska induktionen i gapet och följaktligen mot strömmen i spolens ledare. För små avvikelser är galvanometerns skala linjär.

Permanenta magneter i elektriska hushållsapparater

Det finns säkert en mikrovågsugn i ditt kök. Och det finns så många som två permanentmagneter i den. Att generera elektromagnetiska vågor Mikrovågsugn installerad i mikrovågsugnen magnetron… Inuti magnetronen rör sig elektronerna i ett vakuum från katoden till anoden, och i processen av deras rörelse måste deras bana böjas för att anodresonatorerna ska exciteras tillräckligt kraftfullt.

För att böja elektronbanan är ringpermanentmagneter monterade ovanför och under magnetronens vakuumkammare. Permanentmagneternas magnetfält böjer elektronernas banor så att en kraftfull virvel av elektroner produceras, som exciterar resonatorerna, som i sin tur genererar elektromagnetiska mikrovågor för att värma upp maten.

För att hårddiskhuvudet ska vara exakt positionerat måste dess rörelser i processen att skriva och läsa information vara mycket exakt kontrollerade och kontrollerade. Återigen kommer en permanent magnet till undsättning. Inuti hårddisken, i magnetfältet hos en stationär permanentmagnet, rör sig en strömförande spole kopplad till huvudet.

När en ström appliceras på huvudspolen, stöter magnetfältet för denna ström, beroende på dess värde, bort spolen från permanentmagneten mer eller mindre, i en eller annan riktning, så att huvudet börjar röra sig och med hög precision. Denna rörelse styrs av en mikrokontroller.

Magnetiska lager i el

För att förbättra energieffektiviteten bygger vissa länder mekanisk energilagring för företag. Dessa är elektromekaniska omvandlare som arbetar efter principen om tröghetsenergilagring i form av kinetisk energi hos ett roterande svänghjul, det s.k. lagring av kinetisk energi.

Till exempel har ATZ i Tyskland utvecklat en lagringsenhet för kinetisk energi på 20 MJ med en effekt på 250 kW, och den specifika energitätheten är cirka 100 Wh/kg. Med en svänghjulsvikt på 100 kg medan den roterar med en hastighet av 6000 rpm, behöver en cylindrisk struktur med en diameter på 1,5 meter högkvalitativa lager. Som ett resultat görs det nedre lagret, naturligtvis, på basis av permanentmagneter.