Čo je to magnetický obvod a kde sa používa

Dva zložené korene "magnet" a "vodič" spojené písmenom "o" určujú účel tohto elektrického zariadenia, vytvoreného na spoľahlivý prenos magnetického toku cez špeciálny vodič s minimálnymi alebo v niektorých prípadoch istými stratami.

Elektrotechnický priemysel široko využíva vzájomnú závislosť elektrickej a magnetickej energie, ich prechod z jedného stavu do druhého. Na tomto princípe pracuje mnoho transformátorov, tlmiviek, stýkačov, relé, štartérov, elektromotorov, generátorov a iných podobných zariadení.

Ich konštrukcia obsahuje magnetický obvod, ktorý prenáša magnetický tok vybudený prechodom elektrického prúdu na ďalšiu premenu elektrickej energie. Je jednou zo zložiek magnetického systému elektrických zariadení.

Magnetické jadro elektrického výrobku (zariadenia) (vodič toku cievky) — magnetický systém elektrického výrobku (prístroja) alebo súbor niekoľkých jeho častí vo forme samostatnej konštrukčnej jednotky (GOST 18311-80).

Z čoho je vyrobené magnetické jadro?

Magnetické charakteristiky

Látky, ktoré sú súčasťou jeho dizajnu, môžu mať rôzne magnetické vlastnosti. Zvyčajne sú rozdelené do 2 typov:

1. slabo magnetické;

2. vysoko magnetické.

Na ich rozlíšenie sa používa termín "Magnetická permeabilita µ", ktorý určuje závislosť vytvorenej magnetickej indukcie B (sily) od hodnoty pôsobiacej sily H.

Vyššie uvedený graf ukazuje, že feromagnety majú silné magnetické vlastnosti, zatiaľ čo v paramagnetoch a diamagnetoch sú slabé.

Indukcia feromagnetov s ďalším zvýšením napätia však začína klesať, pričom má výrazný bod s maximálnou hodnotou, ktorá charakterizuje moment nasýtenia látky. Používa sa pri výpočte a prevádzke magnetických obvodov.

Po ukončení pôsobenia napätia ostáva látke časť magnetických vlastností a ak na ňu pôsobí opačné pole, časť jej energie sa minie na prekonanie tohto zlomku.

Preto v obvodoch striedavého elektromagnetického poľa existuje indukčné oneskorenie od aplikovanej sily. Podobnú závislosť od magnetizácie látky feromagnetík charakterizuje graf tzv hysteréza.

Na ňom body Hk znázorňujú šírku obrysu, ktorý charakterizuje zvyškový magnetizmus (koercitívna sila). Podľa veľkosti sú feromagnety rozdelené do dvoch kategórií:

1. mäkké, vyznačujúce sa úzkou slučkou;

2. tvrdo, s vysokou donucovacou silou.

Do prvej kategórie patria mäkké zliatiny železa a permoly. Používajú sa na výrobu jadier pre transformátory, elektromotory a alternátory, pretože vytvárajú minimálny energetický výdaj na zvrátenie magnetizácie.

Tvrdé feromagnety vyrobené z uhlíkových ocelí a špeciálnych zliatin sa používajú v rôznych prevedeniach permanentných magnetov.

Pri výbere materiálu pre magnetický obvod sa berú do úvahy straty pre:

• hysteréza;

• vírivé prúdy generované pôsobením EMF indukovaného magnetickým tokom;

• dôsledkom magnetickej viskozity.

Materiály (upraviť)

Charakteristika zliatin

Pre návrhy magnetických obvodov so striedavým prúdom sa vyrábajú špeciálne druhy plechu alebo zvinutej tenkostennej ocele s rôznym stupňom legujúcich prísad, ktoré sa vyrábajú valcovaním za studena alebo za tepla. Oceľ valcovaná za studena je tiež drahšia, ale má menšie indukčné straty.

Oceľové plechy a zvitky sú opracované do dosiek alebo pásov. Pre ochranu a izoláciu sú pokryté vrstvou laku. Obojstranné pokrytie je spoľahlivejšie.

Pre relé, štartéry a stykače pracujúce v jednosmerných obvodoch sú magnetické jadrá odliate do pevných blokov.

AC obvody

Magnetické jadrá transformátorov

Jednofázové zariadenia

Medzi nimi sú bežné dva typy magnetických obvodov:

1. palica;

2. Obrnený.

Prvý typ je vyrobený s dvoma tyčami, na každej z nich sú oddelene umiestnené dve cievky s vysokonapäťovými alebo nízkonapäťovými cievkami. Ak je na tyč umiestnená cievka NN a NN, dochádza k veľkým stratovým tokom energie a zvyšuje sa zložka reaktancie.

Magnetický tok prechádzajúci tyčami je uzavretý horným a spodným strmeňom.

Pancierový typ má tyč s cievkami a strmeňmi, z ktorých sa magnetický tok rozdeľuje na dve polovice. Preto je jeho plocha dvojnásobkom prierezu jarma.Takéto štruktúry sa častejšie nachádzajú v transformátoroch s nízkym výkonom, kde sa na konštrukcii nevytvárajú veľké tepelné zaťaženia.

Výkonové transformátory vyžadujú veľkú chladiacu plochu s vinutím z dôvodu premeny vyšších záťaží. Konsolidovaná schéma je pre nich vhodnejšia.

Trojfázové zariadenia

Na ne môžete použiť tri jednofázové magnetické obvody umiestnené v tretine obvodu, alebo do ich klietok pozbierať cievky bežného železa.

Ak vezmeme do úvahy spoločný magnetický obvod troch rovnakých štruktúr umiestnených pod uhlom 120 stupňov, ako je znázornené v ľavom hornom rohu obrázku, potom vo vnútri centrálnej tyče bude celkový magnetický tok vyvážený a rovný nule.

V praxi sa však častejšie používa zjednodušený dizajn umiestnený v rovnakej rovine, keď sú tri rôzne vinutia umiestnené na samostatnej tyči. Pri tejto metóde magnetický tok z koncových cievok prechádza cez veľké a malé krúžky a od stredu cez dva susedné. V dôsledku vytvorenia nerovnomerného rozloženia vzdialeností vzniká určitá nerovnováha magnetických odporov.

Ukladá samostatné obmedzenia na konštrukčné výpočty a niektoré režimy prevádzky, najmä na voľnobeh. Vo všeobecnosti je však takáto schéma magnetického obvodu v praxi široko používaná.

Magnetické obvody zobrazené na vyššie uvedených fotografiách sú vyrobené z dosiek a cievky sú umiestnené na zostavených tyčiach. Táto technológia sa používa v automatizovaných továrňach s veľkým strojovým parkom.

V malých priemyselných odvetviach je možné použiť technológiu ručnej montáže vďaka polotovarom pásky, keď sa cievka najprv vyrobí so zvinutým drôtom a potom sa okolo nej nainštaluje magnetický obvod z pásky transformátorového železa s postupnými otáčkami.

Takéto skrútené magnetické obvody sa vytvárajú aj podľa tyčového a pancierového typu.

Pre pásovú technológiu je prípustná hrúbka materiálu 0,2 alebo 0,35 mm a pre inštaláciu s platňami možno zvoliť 0,35 alebo 0,5 alebo aj viac. Je to spôsobené potrebou tesne navinúť pásku medzi vrstvami, čo je pri práci s hrubými materiálmi ťažké ručne.

Ak pri navíjaní pásky na cievku jej dĺžka nestačí, je možné k nej pripojiť predĺženie a spoľahlivo ju pritlačiť novou vrstvou. Rovnakým spôsobom sa do lamelových magnetických obvodov montujú dosky z tyčí a strmeňov.Vo všetkých týchto prípadoch musia byť spoje vyhotovené s minimálnymi rozmermi, pretože ovplyvňujú celkovú reluktanciu a stratu energie vo všeobecnosti.

Pre presnú prácu sa snažíme vyhnúť sa vytváraniu takýchto spojov, a keď ich nie je možné vylúčiť, používajú sa brúsenie hrán, čím sa dosiahne tesné uloženie kovu.

Pri ručnej montáži konštrukcie je pomerne ťažké presne orientovať dosky k sebe. Preto sa do nich vyvŕtali otvory a vložili čapy, ktoré zabezpečili dobré centrovanie. Táto metóda však mierne zmenšuje oblasť magnetického obvodu, skresľuje priechod siločiar a magnetický odpor vo všeobecnosti.

Veľké automatizované podniky špecializujúce sa na výrobu magnetických jadier pre presné transformátory, relé, štartéry opustili perforačné otvory vo vnútri dosiek a používajú iné montážne technológie.

Obložené a predné konštrukcie

Magnetické jadrá vytvorené na základe dosiek je možné zostaviť oddelenou prípravou strmeňov a následným namontovaním cievok s cievkami, ako je znázornené na fotografii.

Zjednodušená schéma montáže zadku je zobrazená vpravo. Môže to mať vážnu nevýhodu - "oheň v oceli", ktorý sa vyznačuje vzhľadom vírivé prúdy v jadre na kritickú hodnotu, ako je znázornené na obrázku nižšie vľavo s vlnovkou červenou čiarou. To vytvára núdzový stav.

Táto chyba je eliminovaná izolačnou vrstvou, ktorá výrazne ovplyvňuje zvýšenie magnetizačného toku. A to sú zbytočné straty energie.

V niektorých prípadoch je potrebné túto medzeru zväčšiť, aby sa zvýšila reaktivita. Táto technika sa používa v induktoroch a tlmivkách.

Z vyššie uvedených dôvodov sa schéma čelnej montáže používa v nekritických štruktúrach. Pre presné fungovanie magnetického obvodu sa používa laminovaná doska.

Jeho princíp je založený na jasnom rozložení vrstiev a vytvorení rovnakých medzier v tyči a strmene tak, že pri montáži sú všetky vytvorené dutiny vyplnené s minimálnymi škárami. V tomto prípade sú dosky tyče a strmeňa navzájom prepletené a vytvárajú pevnú a tuhú štruktúru.

Predchádzajúca fotografia vyššie zobrazuje laminovaný spôsob spájania obdĺžnikových dosiek.Šikmé štruktúry, ktoré sa zvyčajne vytvárajú pod uhlom 45 stupňov, však majú nižšie straty magnetickej energie. Používajú sa vo výkonných magnetických obvodoch výkonových transformátorov.

Na fotografii je znázornená montáž niekoľkých šikmých dosiek s čiastočným vyložením celkovej konštrukcie.

Aj pri tejto metóde je potrebné sledovať kvalitu nosných plôch a absenciu neprijateľných medzier v nich.

Spôsob použitia šikmých dosiek zaisťuje minimálne straty magnetického toku v rohoch magnetického obvodu, no výrazne komplikuje výrobný proces a technológiu montáže. Kvôli zvýšenej zložitosti práce sa používa veľmi zriedkavo.

Metóda laminovanej montáže je spoľahlivejšia. Konštrukcia je robustná, vyžaduje menej dielov a zostavuje sa vopred pripravenou metódou.

Touto metódou sa z platní vytvorí spoločná štruktúra. Po kompletnej montáži magnetického obvodu je potrebné naň namontovať cievku.

Na tento účel je potrebné rozobrať už zmontovaný horný strmeň a postupne odstrániť všetky jeho dosky. Aby sa takáto zbytočná operácia eliminovala, bola vyvinutá technológia montáže magnetického obvodu priamo vo vnútri pripravených vinutí s cievkami.

Zjednodušené modely laminovaných konštrukcií

Transformátory s nízkym výkonom často nevyžadujú presné magnetické ovládanie. Pre nich sa vytvárajú prírezy lisovacími metódami podľa pripravených šablón s následným náterom izolačným lakom a najčastejšie jednostranne.

Ľavá zostava magnetického obvodu vzniká vložením polotovarov do cievok nad a pod a pravá umožňuje ohnúť a vložiť stredovú tyč do vnútorného otvoru cievky. Pri týchto metódach sa medzi nosnými doskami vytvorí malá vzduchová medzera.

Po zložení súpravy sú dosky pevne pritlačené upevňovacími prvkami. Na zníženie vírivých prúdov s magnetickými stratami sa na ne nanáša vrstva izolácie.

Charakteristika magnetických obvodov relé, štartérov

Princípy vytvárania dráhy pre prechod magnetického toku zostali rovnaké. Iba magnetický obvod je rozdelený na dve časti:

1. hnuteľný;

2. trvalo fixovaný.

Pri vzniku magnetického toku je pohyblivá kotva spolu s na nej upevnenými kontaktmi priťahovaná princípom elektromagnetu a keď zmizne, pôsobením mechanických pružín sa vráti do pôvodného stavu.

Skrat

Striedavý prúd neustále mení veľkosť a amplitúdu. Tieto zmeny sa prenášajú na magnetický tok a pohyblivú časť kotvy, ktorá môže bzučať a vibrovať. Na odstránenie tohto javu je magnetický obvod oddelený vložením skratu.

Vzniká v ňom bifurkácia magnetického toku a fázový posun jednej z jeho častí. Potom pri prekročení nulového bodu jednej vetvy pôsobí sila zabraňujúca vibráciám v druhej a naopak.

Magnetické jadrá pre DC zariadenia

V týchto obvodoch nie je potrebné riešiť škodlivé účinky vírivých prúdov, ktoré sa prejavujú harmonickými sínusovými osciláciami.Pre magnetické jadrá sa nepoužívajú zostavy tenkých dosiek, ale vyrábajú sa s pravouhlými alebo zaoblenými časťami metódou jednodielnych odliatkov.

V tomto prípade je jadro, na ktorom je cievka namontovaná, okrúhle a puzdro a strmeň sú pravouhlé.

Na zníženie počiatočnej ťažnej sily je vzduchová medzera medzi oddelenými časťami magnetického obvodu malá.

Magnetické obvody elektrických strojov

Prítomnosť pohyblivého rotora, ktorý sa otáča v poli statora, vyžaduje špeciálne vlastnosti konštrukcie elektromotorov a generátory. V ich vnútri je potrebné usporiadať cievky, ktorými preteká elektrický prúd, tak, aby boli zaistené minimálne rozmery.

Na tento účel sú vytvorené dutiny na kladenie drôtov priamo v magnetických obvodoch. Aby sa to dosiahlo, ihneď pri razení dosiek sa v nich vytvoria kanály, ktoré sú po zložení pripravené linky pre cievky.

Magnetický obvod je teda neoddeliteľnou súčasťou mnohých elektrických zariadení a slúži na prenos magnetického toku.