Využitie permanentných magnetov v elektrotechnike a energetike

V súčasnosti nachádzajú permanentné magnety užitočné uplatnenie v mnohých oblastiach ľudského života. Niekedy si ich prítomnosť nevšimneme, ale takmer v každom byte v rôznych elektrických spotrebičoch a mechanických zariadeniach, ak sa pozorne pozriete, nájdete permanentný magnet… Elektrický holiaci strojček a reproduktor, video prehrávač a nástenné hodiny, mobilný telefón a mikrovlnná rúra, dvierka chladničky a napokon – permanentné magnety nájdete všade.

Používajú sa v zdravotníckych zariadeniach a meracích zariadeniach, v rôznych prístrojoch a v automobilovom priemysle, v jednosmerných motoroch, v akustických systémoch, v domácich elektrospotrebičoch a na mnohých ďalších miestach: rádiotechnika, prístroje, automatizácia, telemechanika atď. . — žiadna z týchto oblastí nie je úplná bez použitia permanentných magnetov.

Konkrétnych riešení pomocou permanentných magnetov je možné vymenovať donekonečna, no témou tohto článku bude stručný prehľad niekoľkých aplikácií permanentných magnetov v elektrotechnike a energetike.

Elektromotory a generátory

Od čias Oersteda a Ampera je všeobecne známe, že vodiče a elektromagnety pod prúdom interagujú s magnetickým poľom permanentného magnetu. Mnoho motorov a generátorov pracuje na tomto princípe. Pre príklady netreba chodiť ďaleko. Ventilátor v napájacom zdroji vášho počítača má rotor a stator.

Lopatkové obežné koleso je rotor s permanentnými magnetmi usporiadanými do kruhu a stator je jadrom elektromagnetu. Obrátením magnetizácie statora elektronický obvod vytvára efekt otáčania magnetického poľa statora, potom, čo sa magnetické pole statora snaží pritiahnuť k nemu, nasleduje magnetický rotor - ventilátor sa otáča. Rotácia pevného disku sa vykonáva podobným spôsobom a funguje podobným spôsobom veľa krokových motorov.

Permanentné magnety si našli svoje miesto aj v elektrocentrálach. Jednou z aplikovaných oblastí sú napríklad synchrónne generátory pre domáce veterné turbíny.

Na obvode statora generátora sú cievky generátora, ktoré pri prevádzke veternej turbíny križuje striedavé magnetické pole pohybujúcich sa (pri pôsobení vetra fúkajúceho na lopatky) permanentných magnetov rotora. Odovzdáva sa zákon elektromagnetickej indukcie, drôty vinutí generátora prekrížené jednosmernými magnetmi v obvode spotrebiča.

Takéto generátory sa používajú nielen vo veterných turbínach, ale aj v niektorých priemyselných modeloch, kde sú na rotor namiesto budiacej cievky inštalované permanentné magnety. Výhodou riešení s magnetmi je možnosť získať generátor s nízkou nominálnou rýchlosťou.

Magnetoelektrické zariadenia a mechanizmy

V mechanické indukčné elektromery vodivý kotúč sa otáča v poli permanentného magnetu. Spotrebný prúd prechádzajúci diskom interaguje s magnetickým poľom permanentného magnetu a disk sa otáča.

Čím vyšší je prúd, tým vyššia je rýchlosť otáčania disku, pretože krútiaci moment je vytváraný Lorentzovou silou pôsobiacou na pohybujúce sa nabité častice vo vnútri disku na strane magnetického poľa permanentného magnetu. V skutočnosti je to taký pult AC motor nízky výkon so statorovým magnetom.

Na meranie slabých prúdov použite galvanometre — veľmi citlivé meracie zariadenia. Tu podkovovitý magnet interaguje s malou cievkou s prúdom, ktorá je zavesená v medzere medzi pólmi permanentného magnetu.

Vychýlenie cievky počas merania je spôsobené krútiacim momentom generovaným magnetickou indukciou, ku ktorému dochádza, keď cievkou preteká prúd. Týmto spôsobom sa ukáže, že vychýlenie cievky je úmerné hodnote výslednej magnetickej indukcie v medzere, a teda prúdu vo vodiči cievky. Pre malé odchýlky je stupnica galvanometra lineárna.

Permanentné magnety v domácich elektrospotrebičoch

Určite je vo vašej kuchyni mikrovlnná rúra. A sú v ňom až dva permanentné magnety. Generovať elektromagnetické vlny Mikrovlnná rúra inštalovaná v mikrovlnnej rúre magnetrón… Vo vnútri magnetrónu sa elektróny pohybujú vo vákuu od katódy k anóde a pri ich pohybe sa musí ich trajektória ohnúť, aby boli dostatočne silne vybudené anódové rezonátory.

Na ohýbanie trajektórie elektrónov sú prstencové permanentné magnety namontované nad a pod vákuovou komorou magnetrónu. Magnetické pole permanentných magnetov ohýba trajektórie elektrónov tak, že vzniká silný elektrónový vír, ktorý vybudí rezonátory, ktoré následne generujú mikrovlnné elektromagnetické vlny na ohrev jedla.

Aby bola hlava pevného disku presne umiestnená, musia byť jej pohyby v procese zápisu a čítania informácií veľmi presne kontrolované a kontrolované. Na pomoc opäť prichádza permanentný magnet. Vo vnútri pevného disku sa v magnetickom poli stacionárneho permanentného magnetu pohybuje cievka s prúdom spojená s hlavou.

Keď sa na hlavnú cievku privedie prúd, magnetické pole tohto prúdu v závislosti od jeho hodnoty viac-menej odpudzuje cievku od permanentného magnetu, v jednom alebo druhom smere, čím sa hlava začne pohybovať a to s vysokou presnosťou. Tento pohyb je riadený mikrokontrolérom.

Magnetické ložiská v elektrine

Na zlepšenie energetickej účinnosti niektoré krajiny budujú pre podniky mechanické úložiská energie. Ide o elektromechanické meniče pracujúce na princípe akumulácie zotrvačnej energie vo forme kinetickej energie rotujúceho zotrvačníka, tzv. skladovanie kinetickej energie.

Napríklad v Nemecku ATZ vyvinula 20 MJ zásobník kinetickej energie s výkonom 250 kW a merná hustota energie je približne 100 Wh/kg. Pri hmotnosti zotrvačníka 100 kg pri rýchlosti otáčania 6000 otáčok za minútu potrebuje valcová konštrukcia s priemerom 1,5 metra kvalitné ložiská. Výsledkom je, že spodné ložisko je vyrobené samozrejme na báze permanentných magnetov.