อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า: วัตถุประสงค์ ประเภท ข้อกำหนด การออกแบบ

วัตถุประสงค์ของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

การผลิต การเปลี่ยนรูป การส่ง การกระจาย หรือการใช้พลังงานไฟฟ้าดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า จากความหลากหลายทั้งหมด เราคัดแยกอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีพื้นฐานมาจากการทำงาน เกี่ยวกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมกับการปรากฏตัวของฟลักซ์แม่เหล็ก

อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสถิต ได้แก่ โช้ก เครื่องขยายสัญญาณแม่เหล็ก หม้อแปลง รีเลย์ สตาร์ตเตอร์ คอนแทคเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ การหมุน — มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า คลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้า

ชุดของชิ้นส่วนแม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่นำส่วนหลักของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งมีชื่อว่า ระบบแม่เหล็กของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า… หน่วยโครงสร้างพิเศษของระบบดังกล่าวคือ วงจรแม่เหล็ก… ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรแม่เหล็กสามารถกักขังบางส่วนไว้ในตัวกลางที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ก่อตัวเป็นฟลักซ์แม่เหล็กจรจัด

ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรแม่เหล็กสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้กระแสไฟฟ้าตรงหรือกระแสสลับที่ไหลในหนึ่งกระแสหรือมากกว่า ขดลวดเหนี่ยวนำ… ขดลวดดังกล่าวเป็นส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อใช้ตัวเหนี่ยวนำและ/หรือสนามแม่เหล็กของมันเอง

มีการสร้างขดลวดตั้งแต่หนึ่งขดขึ้นไป การชำระบัญชี… ส่วนของวงจรแม่เหล็กที่ขดลวดตั้งอยู่หรือรอบๆ เรียกว่า แกนกลางเรียกว่าส่วนที่หรือรอบ ๆ ซึ่งขดลวดไม่อยู่ แอก.

การคำนวณพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าหลักของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับกฎของกระแสรวมและกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันใช้เพื่อถ่ายโอนพลังงานจากวงจรไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่ง

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่นี่: วงจรแม่เหล็กของอุปกรณ์ไฟฟ้า และที่นี่: การคำนวณวงจรแม่เหล็กมีไว้เพื่ออะไร?

ข้อกำหนดสำหรับวงจรแม่เหล็กของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อกำหนดสำหรับแกนแม่เหล็กขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การทำงานของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้

ในอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า สามารถใช้ทั้งฟลักซ์แม่เหล็กคงที่และ/หรือสลับกันได้ ฟลักซ์แม่เหล็กถาวรทำให้ไม่มีการสูญเสียพลังงานในวงจรแม่เหล็ก

แกนแม่เหล็กทำงานภายใต้สภาวะการสัมผัส ฟลักซ์แม่เหล็กคงที่ (เช่น ฐานสำหรับเครื่อง DC) สามารถทำจากช่องว่างหล่อด้วยการตัดเฉือนที่ตามมา ด้วยการกำหนดค่าวงจรแม่เหล็กที่ซับซ้อนทำให้ประหยัดกว่าในการผลิตจากองค์ประกอบหลายอย่าง

การผ่านวงจรแม่เหล็กของฟลักซ์แม่เหล็กสลับนั้นมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงานซึ่งเรียกว่า การสูญเสียแม่เหล็ก… พวกมันทำให้วงจรแม่เหล็กร้อนขึ้น สามารถลดความร้อนของแกนแม่เหล็กได้ด้วยมาตรการพิเศษสำหรับการระบายความร้อน (เช่น การทำงานในน้ำมัน) โซลูชันดังกล่าวทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้น เพิ่มต้นทุนการผลิตและการดำเนินงาน

การสูญเสียแม่เหล็กประกอบด้วย:

• การสูญเสียฮิสเทรีซิส

• การสูญเสียกระแสไหลวน

• การสูญเสียเพิ่มเติม

การสูญเสียฮิสเทรีซีสสามารถลดลงได้โดยใช้แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกแบบอ่อนที่มีความแคบ วงจรฮิสเทรีซิส.

การสูญเสียกระแสไหลวนมักจะลดลงโดย:

• การใช้วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะต่ำกว่า

• การผลิตแกนแม่เหล็กจากแถบหรือแผ่นฉนวนไฟฟ้า

การกระจายของกระแสวนในวงจรแม่เหล็กต่างๆ: a — ในการหล่อ; b — ในชุดของชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุแผ่น

ส่วนตรงกลางของวงจรแม่เหล็กนั้นถูกปกคลุมด้วยกระแสไหลวนในระดับที่มากกว่าเมื่อเทียบกับพื้นผิวของมัน ซึ่งนำไปสู่ ​​«การกระจัด» ของฟลักซ์แม่เหล็กหลักที่มีต่อพื้นผิวของวงจรแม่เหล็ก นั่นคือ พื้นผิวจะเกิดขึ้น

สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในลักษณะความถี่เฉพาะของวัสดุของวงจรแม่เหล็กนี้ฟลักซ์แม่เหล็กจะเข้มข้นอย่างสมบูรณ์ในชั้นผิวบาง ๆ ของวงจรแม่เหล็กซึ่งความหนานั้นพิจารณาจากความลึกของการเจาะที่ความถี่ที่กำหนด .

การปรากฏตัวของกระแสไหลวนในแกนแม่เหล็กที่ทำจากวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำทำให้เกิดการสูญเสียที่สอดคล้องกัน (การสูญเสียกระแสไหลวน)

ภารกิจในการลดการสูญเสียกระแสไหลวนและรักษาฟลักซ์แม่เหล็กให้ได้มากที่สุดนั้นแก้ไขได้โดยการผลิตวงจรแม่เหล็กจากชิ้นส่วนแต่ละชิ้น (หรือชิ้นส่วน) ซึ่งแยกทางไฟฟ้าออกจากกัน ในกรณีนี้พื้นที่หน้าตัดของวงจรแม่เหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง

แผ่นหรือแถบที่ประทับจากวัสดุแผ่นและพันบนแกนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย สามารถใช้วิธีการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันเพื่อป้องกันพื้นผิวของแผ่น (หรือแถบ) ซึ่งส่วนใหญ่มักใช้เคลือบเงาหรือเคลือบฟัน

วงจรแม่เหล็กที่ทำจากชิ้นส่วนแยก (หรือชิ้นส่วน) ช่วยให้:

• การลดลงของการสูญเสียกระแสวนเนื่องจากการจัดเรียงในแนวตั้งฉากของแผ่นที่สัมพันธ์กับทิศทางของการไหลเวียน (ในกรณีนี้ความยาวของวงจรที่กระแสวนสามารถไหลเวียนได้ลดลง)

• เพื่อให้ได้การกระจายฟลักซ์แม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอเล็กน้อยเนื่องจากวัสดุแผ่นมีความหนาเล็กน้อยซึ่งสอดคล้องกับความลึกของการเจาะเกราะผลการป้องกันของกระแสไหลวนจึงมีน้อย

วัสดุของแกนแม่เหล็กสามารถกำหนดข้อกำหนดอื่น ๆ ได้: อุณหภูมิและความต้านทานการสั่นสะเทือน ต้นทุนต่ำ ฯลฯ เมื่อออกแบบอุปกรณ์เฉพาะ วัสดุแม่เหล็กอ่อนที่มีพารามิเตอร์ตรงตามข้อกำหนดที่ระบุมากที่สุดจะถูกเลือก

การออกแบบแกนแม่เหล็ก

ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการผลิต แกนแม่เหล็กของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มหลัก:

• แผ่นลาเมลลาร์;

• เทป;

• ขึ้นรูป

วงจรแม่เหล็กแบบลาเมลลาร์ถูกคัดเลือกจากแผ่นที่แยกด้วยไฟฟ้าออกจากกัน ซึ่งทำให้สามารถลดการสูญเสียกระแสไหลวนได้ แกนแม่เหล็กของเทปได้มาจากการม้วนเทปที่มีความหนาบาง ในวงจรแม่เหล็กดังกล่าว ผลกระทบของกระแสไหลวนจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากระนาบแถบถูกเคลือบด้วยสารเคลือบเงาที่เป็นฉนวน

แกนแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นผลิตโดยการหล่อ (เหล็กไฟฟ้า) เทคโนโลยีเซรามิก (เฟอร์ไรต์) การผสมส่วนประกอบตามด้วยการกด (แม่เหล็ก-ไดอิเล็กทริก) และวิธีการอื่นๆ

ในการผลิตวงจรแม่เหล็กของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า จำเป็นต้องตรวจสอบการออกแบบเฉพาะของมัน ซึ่งพิจารณาจากหลายปัจจัย (กำลังของอุปกรณ์ ความถี่ในการทำงาน ฯลฯ) รวมถึงการมีอยู่หรือไม่มีการแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรงหรือย้อนกลับ พลังงานเป็นพลังงานกลในอุปกรณ์

การออกแบบอุปกรณ์ที่เกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว (มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า รีเลย์ ฯลฯ) รวมถึงชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

อุปกรณ์ที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานกล (หม้อแปลง โช้ก เครื่องขยายแม่เหล็ก ฯลฯ) เรียกว่าอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสถิต

ในอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสถิต มักใช้วงจรแม่เหล็กหุ้มเกราะ แท่ง และวงแหวน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบ

แกนแม่เหล็กขึ้นรูปสามารถออกแบบได้ซับซ้อนกว่าแบบแผ่นและแถบ

แกนแม่เหล็กที่เกิดขึ้น: a — รอบ; b — d — หุ้มเกราะ; d — ถ้วย; f, g - การหมุน; h - ช่องเปิดมากมาย

แกนแม่เหล็กหุ้มเกราะนั้นโดดเด่นด้วยความเรียบง่ายของการออกแบบและเป็นผลให้สามารถผลิตได้ นอกจากนี้ การออกแบบนี้ยังให้การป้องกันคอยล์ที่ดีกว่า (เมื่อเทียบกับแบบอื่นๆ) จากอิทธิพลทางกลและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

วงจรแม่เหล็กหลักแตกต่างกัน:

• ระบายความร้อนได้ดี

• ความไวต่ำต่อการรบกวน (เนื่องจาก EMF ของการรบกวนที่เกิดขึ้นในขดลวดข้างเคียงนั้นตรงกันข้ามกับสัญญาณและได้รับการชดเชยบางส่วนหรือทั้งหมด)

• น้ำหนักน้อยกว่า (เทียบกับชุดเกราะ) ด้วยพลังเท่ากัน

• น้อยกว่า (เมื่อเทียบกับชุดเกราะ) การกระจายของฟลักซ์แม่เหล็ก

ข้อเสียของอุปกรณ์ที่ใช้วงจรแม่เหล็กแบบแท่ง (เทียบกับอุปกรณ์แบบหุ้มเกราะ) รวมถึงความลำบากในการผลิตคอยล์ (โดยเฉพาะเมื่อวางบนแท่งต่างๆ) และการป้องกันที่อ่อนแอกว่าจากอิทธิพลทางกล

เนื่องจากกระแสรั่วไหลต่ำ วงจรแม่เหล็กแบบวงแหวนจึงแยกความแตกต่างในด้านหนึ่งด้วยการแยกสัญญาณรบกวนที่ดี และในทางกลับกัน โดยมีผลเล็กน้อยต่อองค์ประกอบใกล้เคียงของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (REE) ด้วยเหตุนี้จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ด้านวิศวกรรมวิทยุ

ข้อเสียของวงจรแม่เหล็กแบบวงกลมเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีต่ำ (ความยุ่งยากในการม้วนขดลวดและการติดตั้งอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า ณ สถานที่ใช้งาน) และกำลังไฟที่จำกัด - สูงถึงหลายร้อยวัตต์ (ส่วนหลังอธิบายได้จากความร้อนของวงจรแม่เหล็ก ซึ่งไม่มีการระบายความร้อนโดยตรงเนื่องจากอยู่ตรงการหมุนของคอยล์)

การเลือกประเภทและประเภทของวงจรแม่เหล็กนั้นคำนึงถึงความเป็นไปได้ที่จะได้รับค่ามวลปริมาตรและต้นทุนที่น้อยที่สุด

โครงสร้างที่ซับซ้อนเพียงพอมีวงจรแม่เหล็กของอุปกรณ์ซึ่งมีการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรงหรือย้อนกลับเป็นพลังงานกล (ตัวอย่างเช่นวงจรแม่เหล็กของเครื่องจักรไฟฟ้าที่หมุน) อุปกรณ์ดังกล่าวใช้วงจรแม่เหล็กแบบหล่อหรือแบบแผ่น

ประเภทของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

คันเร่ง — อุปกรณ์ที่ใช้เป็นตัวต้านทานแบบเหนี่ยวนำในวงจรกระแสสลับหรือกระแสพัลซิ่ง

แกนแม่เหล็กที่มีช่องว่างที่ไม่ใช่แม่เหล็กจะใช้ในโช้กไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้สำหรับเก็บพลังงานและในโช้กที่ปรับให้เรียบซึ่งออกแบบมาเพื่อปรับการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขให้เรียบ ในขณะเดียวกันก็มีโช้คที่สามารถปรับขนาดของช่องว่างที่ไม่ใช่แม่เหล็กได้ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนการเหนี่ยวนำของโช้คในระหว่างการใช้งาน

อุปกรณ์และหลักการทำงานของคันเร่งไฟฟ้า

เครื่องขยายเสียงแม่เหล็ก — อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยวงจรแม่เหล็กหนึ่งวงจรหรือมากกว่าที่มีขดลวดซึ่งกระแสหรือแรงดันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในขนาดในวงจรไฟฟ้าที่จ่ายโดยแรงดันไฟสลับหรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก ภายใต้การกระทำของสนามอคติถาวร

หลักการทำงานของแอมพลิฟายเออร์แม่เหล็กนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของการซึมผ่านของแม่เหล็กเชิงอนุพันธ์ (วัดจากกระแสสลับ) โดยมีการเปลี่ยนแปลงของกระแสไบอัสโดยตรง ดังนั้นแอมพลิฟายเออร์แม่เหล็กที่ง่ายที่สุดคือโช้กอิ่มตัวที่มีขดลวดทำงานและตัวควบคุม ม้วน.

หม้อแปลง เรียกว่าอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสถิตที่มีขดลวดเหนี่ยวนำคู่ (หรือมากกว่า) สองตัวและได้รับการออกแบบเพื่อแปลงโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระบบ AC หนึ่งระบบขึ้นไปเป็นระบบ AC อื่น ๆ หนึ่งระบบหรือมากกว่า

กำลังของหม้อแปลงถูกกำหนดโดยการเหนี่ยวนำสูงสุดของวัสดุแกนแม่เหล็กและขนาดของมัน ดังนั้นแกนแม่เหล็ก (โดยปกติจะเป็นแบบแท่ง) ของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทรงพลังจึงประกอบจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าที่มีความหนา 0.35 หรือ 0.5 มม.

อุปกรณ์และหลักการทำงานของหม้อแปลง

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่ารีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าซึ่งการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับผลกระทบของสนามแม่เหล็กของขดลวดที่อยู่นิ่งกับองค์ประกอบเฟอร์โรแมกเนติกที่เคลื่อนที่

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ ที่มีวงจรไฟฟ้าสองวงจร: วงจรสัญญาณอินพุต (ควบคุม) และวงจรสัญญาณเอาต์พุต (ควบคุม) ตามหลักการอุปกรณ์ของวงจรควบคุมรีเลย์แบบไม่มีขั้วและแบบโพลาไรซ์จะแตกต่างกัน การทำงานของรีเลย์แบบไม่มีโพลาไรซ์ ซึ่งแตกต่างจากรีเลย์แบบโพลาไรซ์ คือไม่ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในวงจรควบคุม

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานและทำงานอย่างไร

ความแตกต่างระหว่างรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า DC และ AC

เครื่องไฟฟ้าหมุน — อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานโดยอาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้า โดยมีส่วนประกอบอย่างน้อยสองส่วนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการแปลงหลักและสามารถหมุนหรือหมุนสัมพันธ์กันได้

ส่วนของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีวงจรแม่เหล็กอยู่กับที่ซึ่งมีขดลวดเรียกว่าสเตเตอร์ และส่วนที่หมุนเรียกว่าโรเตอร์

เครื่องจักรไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าเรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องจักรไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลเรียกว่ามอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุน

หลักการทำงานและอุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้า

หลักการทำงานและอุปกรณ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตัวอย่างข้างต้นของการใช้วัสดุอ่อนเพื่อสร้างอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้ายังไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ หลักการทั้งหมดนี้ใช้กับการออกแบบวงจรแม่เหล็กและผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าอื่นๆ ที่ใช้ตัวเหนี่ยวนำ เช่น อุปกรณ์สวิตชิ่งไฟฟ้า แม่เหล็กล็อค เป็นต้น