Perangkat elektromagnetik: tujuan, jenis, persyaratan, desain

Tujuan perangkat elektromagnetik

Produksi, transformasi, transmisi, distribusi atau konsumsi energi listrik dilakukan dengan menggunakan perangkat listrik. Dari semua ragamnya, kami memilih perangkat elektromagnetik, yang menjadi dasarnya tentang fenomena induksi elektromagnetikdisertai dengan munculnya fluks magnet.

Perangkat elektromagnetik statis termasuk choke, amplifier magnetik, transformator, relai, starter, kontaktor, dan perangkat lainnya. Berputar — motor listrik dan generator, cengkeraman elektromagnetik.

Satu set bagian feromagnetik dari perangkat elektromagnetik yang dirancang untuk melakukan bagian utama dari fluks magnet, Dinamakan sistem magnetik perangkat elektromagnetik… Unit struktural khusus dari sistem semacam itu adalah sirkuit magnetik… Fluks magnet yang melewati sirkuit magnetik dapat sebagian terkurung dalam media non-magnetik, membentuk fluks magnet liar.

Fluks magnet yang melewati sirkuit magnetik dapat dibuat menggunakan arus listrik langsung atau bolak-balik yang mengalir dalam satu atau lebih kumparan induktif… Kumparan semacam itu adalah elemen rangkaian listrik yang dirancang untuk menggunakan induktansi dan/atau medan magnetnya sendiri.

Satu atau lebih kumparan terbentuk likuidasi… Bagian dari sirkuit magnetik di mana atau di sekitar koil berada disebut inti, disebut bagian di mana atau di sekitar koil tidak berada kuk.

Perhitungan parameter listrik utama perangkat elektromagnetik didasarkan pada hukum arus total dan hukum induksi elektromagnetik. Fenomena saling induksi digunakan untuk mentransfer energi dari satu sirkuit listrik yang lain.

Lihat detail lebih lanjut di sini: Sirkuit magnetik perangkat listrik dan di sini: Untuk apa perhitungan sirkuit magnetik?

Persyaratan untuk sirkuit magnetik perangkat elektromagnetik

Persyaratan untuk inti magnet bergantung pada tujuan fungsional perangkat elektromagnetik yang digunakannya.

Dalam perangkat elektromagnetik, fluks magnet konstan dan/atau bolak-balik dapat digunakan. Fluks magnet permanen tidak menyebabkan kehilangan energi di sirkuit magnetik.

Inti magnetik beroperasi di bawah kondisi paparan fluks magnet konstan (misalnya alas untuk mesin DC) dapat dibuat dari cetakan kosong dengan pemesinan berikutnya. Dengan konfigurasi sirkuit magnetik yang rumit, lebih ekonomis untuk membuatnya dari beberapa elemen.

Bagian melalui sirkuit magnetik dari fluks magnet bolak-balik disertai dengan kehilangan energi, yang disebut kerugian magnetik… Mereka menyebabkan sirkuit magnetik memanas. Dimungkinkan untuk mengurangi pemanasan inti magnet dengan tindakan khusus untuk pendinginannya (misalnya, bekerja dalam oli). Solusi semacam itu memperumit desainnya, meningkatkan biaya produksi dan pengoperasiannya.

Kerugian magnetik terdiri dari:

• hilangnya histeresis;

• kerugian arus eddy;

• kerugian tambahan.

Kerugian histeresis dapat dikurangi dengan menggunakan soft magnet feromagnet dengan penyempit sirkuit histeresis.

Kerugian arus Eddy biasanya dikurangi dengan:

• penggunaan bahan dengan konduktivitas listrik spesifik yang lebih rendah;

• produksi inti magnetik dari strip atau pelat yang diisolasi secara elektrik.

Distribusi arus eddy di sirkuit magnetik yang berbeda: a — dalam pengecoran; b — dalam satu set bagian yang terbuat dari bahan lembaran.

Bagian tengah sirkuit magnetik lebih tertutup oleh arus eddy dibandingkan dengan permukaannya, yang mengarah ke «perpindahan» fluks magnet utama ke permukaan sirkuit magnetik, yaitu, efek permukaan terjadi.

Hal ini mengarah pada fakta bahwa pada karakteristik frekuensi tertentu dari bahan rangkaian magnetik ini, fluks magnet akan sepenuhnya terkonsentrasi pada lapisan permukaan tipis rangkaian magnetik, yang ketebalannya ditentukan oleh kedalaman penetrasi pada frekuensi tertentu. .

Kehadiran arus eddy yang mengalir dalam inti magnet yang terbuat dari bahan dengan resistansi listrik yang rendah menyebabkan kerugian yang sesuai (kerugian arus eddy).

Tugas untuk mengurangi kerugian arus eddy dan mempertahankan fluks magnet secara maksimal diselesaikan dengan membuat sirkuit magnetik dari masing-masing bagian (atau bagiannya), yang diisolasi secara elektrik satu sama lain. Dalam hal ini, luas penampang sirkuit magnetik tetap tidak berubah.

Pelat atau strip yang dicap dari bahan lembaran dan dililitkan pada inti banyak digunakan. Metode teknologi yang berbeda dapat digunakan untuk mengisolasi permukaan pelat (atau strip), di mana penerapan pernis atau enamel isolasi paling sering digunakan.

Sirkuit magnetik yang terbuat dari bagian-bagian terpisah (atau bagian-bagiannya) memungkinkan:

• pengurangan kerugian arus eddy karena susunan pelat yang tegak lurus relatif terhadap arah sirkulasinya (dalam hal ini, panjang sirkuit di mana arus eddy dapat bersirkulasi berkurang);

• untuk mendapatkan distribusi fluks magnet yang tidak seragam yang dapat diabaikan, karena pada ketebalan kecil dari bahan lembaran, sepadan dengan kedalaman penetrasi, efek pelindung dari arus eddy kecil.

Persyaratan lain dapat dikenakan pada bahan inti magnet: tahan suhu dan getaran, biaya rendah, dll. Saat merancang perangkat tertentu, bahan magnet lunak yang parameternya paling sesuai dengan persyaratan yang ditentukan dipilih.

Desain inti magnet

Bergantung pada teknologi produksinya, inti magnetik perangkat elektromagnetik dapat dibagi menjadi 3 kelompok utama:

• pipih;

• tape;

• dibentuk.

Sirkuit magnetik pipih direkrut dari pelat terpisah yang diisolasi secara elektrik satu sama lain, yang memungkinkan untuk mengurangi kerugian arus eddy. Inti magnetik pita diperoleh dengan melilitkan pita dengan ketebalan tertentu. Dalam sirkuit magnetik seperti itu, efek arus eddy berkurang secara signifikan, karena bidang strip ditutupi dengan pernis isolasi.

Inti magnet yang terbentuk diproduksi dengan pengecoran (baja listrik), teknologi keramik (ferit), pencampuran komponen diikuti dengan pengepresan (magneto-dielektrik) dan metode lainnya.

Dalam pembuatan sirkuit magnetik perangkat elektromagnetik, perlu untuk memastikan desain spesifiknya, yang ditentukan oleh banyak faktor (daya perangkat, frekuensi operasi, dll.), Termasuk ada tidaknya konversi elektromagnetik langsung atau sebaliknya. energi menjadi energi mekanik dalam perangkat.

Desain perangkat tempat transformasi semacam itu terjadi (motor listrik, generator, relai, dll.) Termasuk bagian yang bergerak di bawah pengaruh interaksi elektromagnetik.

Perangkat di mana induksi elektromagnetik tidak menyebabkan konversi energi elektromagnetik menjadi energi mekanik (transformator, choke, amplifier magnetik, dll.) Disebut perangkat elektromagnetik statis.

Dalam perangkat elektromagnetik statis, tergantung pada desainnya, sirkuit magnetik lapis baja, batang dan cincin paling sering digunakan.

Inti magnet yang dibentuk dapat memiliki desain yang lebih kompleks daripada lembaran dan strip.

Inti magnet yang terbentuk: a — bulat; b — d — lapis baja; d—cangkir; f, g — rotasi; h - banyak bukaan

Inti magnetik lapis baja dibedakan berdasarkan kesederhanaan desainnya dan, sebagai hasilnya, kemampuan manufakturnya. Selain itu, desain ini memberikan perlindungan koil yang lebih baik (dibandingkan dengan yang lain) dari pengaruh mekanis dan interferensi elektromagnetik.

Sirkuit magnetik inti berbeda:

• pendinginan yang baik;

• sensitivitas rendah terhadap gangguan (karena EMF gangguan yang diinduksi dalam kumparan tetangga berlawanan tanda dan dikompensasi sebagian atau seluruhnya);

• berat kurang (relatif terhadap baju besi) dengan kekuatan yang sama;

• lebih sedikit (relatif terhadap armor) disipasi fluks magnet.

Kerugian dari perangkat yang didasarkan pada sirkuit magnet batang (relatif terhadap perangkat yang didasarkan pada lapis baja) termasuk kerja keras pembuatan gulungan (terutama ketika ditempatkan pada batang yang berbeda) dan perlindungannya yang lebih lemah dari pengaruh mekanis.

Karena arus bocor yang rendah, sirkuit magnetik cincin dibedakan, di satu sisi, dengan isolasi kebisingan yang baik, dan di sisi lain, dengan efek kecil pada elemen peralatan elektronik (REE) terdekat. Untuk alasan ini, mereka banyak digunakan dalam produk rekayasa radio.

Kerugian dari sirkuit magnetik sirkular dikaitkan dengan teknologinya yang rendah (kesulitan dalam melilitkan kumparan dan memasang perangkat elektromagnetik di tempat penggunaan) dan daya yang terbatas - hingga ratusan watt (yang terakhir dijelaskan oleh pemanasan sirkuit magnetik, yang tidak memiliki pendinginan langsung karena kumparan terletak di atasnya).

Pilihan jenis dan jenis rangkaian magnetik dibuat dengan mempertimbangkan kemungkinan memperoleh nilai terkecil dari massa, volume, dan biayanya.

Struktur yang cukup kompleks memiliki sirkuit magnetik perangkat di mana terdapat konversi langsung atau terbalik dari energi elektromagnetik menjadi energi mekanik (misalnya, sirkuit magnetik dari mesin listrik yang berputar). Perangkat semacam itu menggunakan sirkuit magnetik cetakan atau pelat.

Jenis perangkat elektromagnetik

Mencekik — perangkat yang digunakan sebagai resistansi induktif dalam sirkuit arus bolak-balik atau berdenyut.

Inti magnetik dengan celah non-magnetik digunakan dalam choke AC yang digunakan untuk penyimpanan energi dan dalam smoothing choke yang dirancang untuk memuluskan riak arus yang diperbaiki. Pada saat yang sama, ada choke di mana ukuran celah non-magnetik dapat disesuaikan, yang diperlukan untuk mengubah induktansi choke selama operasinya.

Perangkat dan prinsip pengoperasian throttle listrik

Penguat magnet — perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sirkuit magnetik dengan kumparan yang dengannya arus atau tegangan dapat diubah besarnya dalam sirkuit listrik yang disuplai oleh tegangan bolak-balik atau sumber arus bolak-balik, berdasarkan penggunaan fenomena saturasi ferromagnet di bawah aksi bidang bias permanen.

Prinsip operasi penguat magnetik didasarkan pada perubahan permeabilitas magnetik diferensial (diukur pada arus bolak-balik) dengan perubahan arus bias langsung, oleh karena itu penguat magnetik yang paling sederhana adalah choke jenuh yang berisi kumparan kerja dan kontrol gulungan.

Transformator disebut perangkat elektromagnetik statis yang memiliki dua (atau lebih) kumparan yang digabungkan secara induktif dan dirancang untuk mengubah dengan induksi elektromagnetik satu atau lebih sistem AC menjadi satu atau lebih sistem AC lainnya.

Kekuatan transformator ditentukan oleh induksi maksimum yang mungkin dari bahan inti magnet dan dimensinya. Oleh karena itu, inti magnet (biasanya tipe batang) dari transformator daya yang kuat dirangkai dari lembaran baja listrik dengan ketebalan 0,35 atau 0,5 mm.

Perangkat dan prinsip pengoperasian transformator

Relai elektromagnetik disebut relai elektromekanis, yang pengoperasiannya didasarkan pada efek medan magnet kumparan stasioner pada elemen feromagnetik yang bergerak.

Setiap relai elektromagnetik berisi dua sirkuit listrik: sirkuit sinyal input (kontrol) dan sirkuit sinyal output (terkontrol). Menurut prinsip perangkat sirkuit terkontrol, relai non-terpolarisasi dan terpolarisasi dibedakan. Pengoperasian relai non-terpolarisasi, tidak seperti relai terpolarisasi, tidak bergantung pada arah arus di sirkuit kontrol.

Bagaimana relay elektromagnetik bekerja dan bekerja

Perbedaan antara relai elektromagnetik DC dan AC

Memutar mesin listrik — perangkat yang dirancang untuk mengubah energi berdasarkan induksi elektromagnetik dan interaksi medan magnet dengan arus listrik, yang mengandung setidaknya dua bagian yang terlibat dalam proses konversi utama dan mampu berputar atau berputar relatif satu sama lain.

Bagian mesin listrik yang termasuk rangkaian magnet stasioner dengan kumparan disebut stator, dan bagian yang berputar disebut rotor.

Mesin listrik yang dirancang untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator mesin listrik. Mesin listrik yang dirancang untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik disebut motor listrik putar.

Prinsip operasi dan perangkat motor listrik

Prinsip operasi dan perangkat generator

Contoh penggunaan bahan lunak di atas untuk membuat perangkat elektromagnetik tidak lengkap. Semua prinsip ini juga berlaku untuk desain sirkuit magnetik dan produk listrik lainnya yang menggunakan induktor, seperti perangkat sakelar listrik, kunci magnetik, dll.