Что такое магнитопровод и где он используется

Содержание

Определение слова «Электромагнит» по БСЭ:

Электромагнит — электротехническое устройство, состоящее обычно из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается (приобретает свойства магнита) при прохождении по обмотке электрического тока. Э. используют в основном для создания магнитного потока (в электрических машинах) и усилия (в приводных механизмах). Несмотря на конструктивное разнообразие, Э. обычно состоят из следующих частей, имеющих одинаковое назначение: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника (неподвижной части магнитопровода) и якоря (подвижной части магнитопровода), передающего усилие деталям приводимого в действие механизма. Обмотки Э. выполняются из изолированного алюминиевого или медного провода (существуют также Э. с обмоткой из сверхпроводящих материалов. см. Магнит сверхпроводящий). Магнитопроводы Э. изготовляют из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют из набора листов.В зависимости от способа создания магнитного потока и характера действующей намагничивающей силы Э. подразделяют на 3 группы: Э. постоянного тока нейтральные, Э. постоянного тока поляризованные, Э. переменного тока. У нейтральных Э. сила притяжения зависит только от величины магнитного потока и не зависит от направления тока в обмотке. при отсутствии тока в обмотке магнитный поток, а следовательно, сила притяжения практически равны нулю. У поляризованных Э. создаётся 2 независимых магнитных потока: поляризующий, который образуется обычно полем постоянного магнита (иногда другого Э.), и рабочий магнитный поток, который возникает под действием намагничивающей силы рабочей или управляющей обмотки.Если ток в них отсутствует, на якорь действует сила притяжения, созданная поляризующим магнитным потоком. Действие такого Э. зависит как от величины магнитного потока, так и от направления электрического тока в рабочей обмотке. В Э. переменного тока питание обмотки осуществляется от источника переменного тока, а магнитный поток периодически изменяется по величине и направлению, в результате чего сила притяжения пульсирует от нуля до максимального значения с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Э. различают также по ряду других признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками. по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах. по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия и т. д.Наиболее широкая и важная область применения Э. — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру регулирования, защиты электротехнических установок. В составе различных механизмов Э. используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Примером таких Э. могут служить Э. грузоподъёмных машин, Э. муфт сцепления и тормозов, Э., применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и т. п. Перспективно использование Э. в тяговых приводах скоростных транспортных средств для создания т. н. магнитной подушки. Развивающейся областью применения Э. является медицинская аппаратура. В научных целях Э. используют в эксперимент. химии, биологии, физике. В связи с широтой применения конструктивное исполнение, размеры, потребляемая мощность Э. находятся и широких пределах. В зависимости от назначения Э. могут весить от долей г до сотен т, потреблять электрическую мощность — от долей вт до десятков Мвт.Лит.: Гордон А. В., Сливинская А. Г., Электромагниты постоянного тока, М. — Л., 1960. Карасик В. Р., Физика и техника сильных магнитных полей, М., 1964. Тер-Акопов А. К., Динамика быстродействующих электромагнитов, М. — Л., 1965. Сливинская А. Г., Электромагниты и постоянные магниты, М., 1972.М. И. Озеров.

Виды магнитопроводов и их использование

Давайте чуть подробней остановимся на особенностях магнитопроводов, предназначенных для разных устройств.

Для трансформаторов используются однофазные или трехфазные магнитопроводы. Среди однофазных можно выделить стержневые и броневые устройства. Стержневой магнитопровод состоит из двух стержней, на которые проводится установка двух катушек с обмотками. Броневой магнитопровод состоит из стержня, на котором расположены обмотки и ярма. От стержня происходит раздвоение магнитного потока на 2 части. Такой тип магнитопровода используется в трансформаторе малых мощностей. Это связано с тем, что он не приспособлен к высоким тепловым нагрузкам. Стержневой магнитопровод, у которого больше площадь для охлаждения обмотки, лучше подходит для силовых транформаторов.

Для трехфазных устройств используется либо 3 однофазных конструкции, либо собирается общая обмотка с отдельными ячейками.

Наиболее часто применяемая конструкция в этом случае – это расположение обмоток на отдельном стержне.
Если производство небольшое, то магнитопровод там часто монтируют своими силами из лент-заготовок. То есть на готовую катушку с проводом наматывают ленты из железа – магнитопровод.

При этом если используются ленты, то их толщина должна быть 0.2 или 0,35 мм, а если пластины – то 0,35 или 0,5 мм. Это связано с тем, лента должна быть намотана очень плотно, что невозможно сделать, если толщина материала слишком большая.

Для реле и пускателей принципиально конструкция магнитопровода не меняется. Различие лишь в том, что в него входит 2 части – подвижная и стационарная. Если появляется магнитный поток, то подвижная часть с контактом притягивается как магнит, а если нет магнитного потока, то она возвращается в прежнее положение.
Магнитопроводы, работающие с постоянным током, изготавливается при помощи отлива цельной детали, тонкие пластины для них не используются. Сердечник у них круглой формы, а корпус и ярмо – прямоугольные.
Магнитопровод для электрической машины несколько отличается по конструкции. Это связано с наличием подвижного ротора. В магнитопроводе в этом случае делаются пустые пространства для расположения там проводов, ведь внутри них расположены обмотки, где течет ток для обеспечения минимальных габаритов.

← Предыдущая страница
Следующая страница →

Виды магнитопроводов

Магнитопроводы изготавливают стержневой, броневой и кольцевой конструкций.

Стержневой тип

Вертикальные сердечники ступенчатого сечения образуют с горизонтальными ярмами окружность. Обмотки расположены только на вертикальных элементах. Вся система магнитопровода устроена в виде замкнутой цепи.

Пластинчатые наборные магнитопроводы

Броневой тип

Сердечники в сечении имеют прямоугольную форму. Они занимают горизонтальное положение. Обмотки тоже выполнены в прямоугольном виде. Для того чтобы исполнить такую конфигурацию оборудования, требуется довольно сложная производственная технология. Поэтому такой тип МП используется только в специальных видах трансформаторов.

Кольцевой – тороидальный тип

Кольцевые ленточные магнитопроводы применяют в сборке силовых однофазных трансформаторов. МП изготавливают из холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0.08, 0,3 и 0,35 мм. Тороидальные сердечники изготавливают из феррита или карбонильного железа. Их широко применяют в радиоэлектронике.

Кольцевые тороидальные МП

Виды трансформаторов

Автотрансформатор

Это вариант трансформатора, принцип работы которого заключается в соединении вторичной и первичной обмотки напрямую, в обмотках прослеживается электрическая и электромагнитная связь. Для подключения и получения различного напряжения в обмотке предусмотрено несколько выводов

Этот вид приборов работает с высоким коэффициентом полезного действия, так как преобразовывается только некоторая часть мощности, что важно при небольшой разнице входного и выходного напряжения

К отрицательным характеристикам относится отсутствие гальванической развязки (изолирующего слоя) между вторичной и первичной цепью. Используют автотрансформаторы на месте обычных агрегатов для соединения заземленных контуров с показателями напряжения от 110 КВт, при этом коэффициент трансформации не должен превышать показание 3−4.

Положительным является низкая стоимость из-за меньшего веса сердечнниковой стали, медных проводов, отсюда маленькая масса прибора и небольшие габариты.

Силовой

Обычный стандартный прибор для преобразования электричества в сетях и устройствах, принимающих и использующих электрическую энергию.

Трансформатор тока

Принцип работы и устройство трансформатора заключается в подаче питания от источника электричества. Наиболее актуальным является использование для снижения первичных показателей тока до величины, применяемой в измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления. Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключаются к вторичной обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют показания в первичной обмотке и делят на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения

Это прибор для преобразования больших показателей напряжения в низкие значения в стандартных цепях, измерительных линиях, и контурах РЗиА. Устройство питается от источника электрического напряжения, изолирует логические защитные контуры и измерительные цепи от цепи с высокими показателями напряжения.

Импульсного действия

Прибор используется для преобразования сигналов импульса с минимальным искажением формы и длительностью до десятков микросекунд. В основном применяется для передачи импульса прямоугольного типа (наиболее крутой срез и фронт, примерно постоянное колебание амплитуды). Служит для преобразования коротких видеоимпульсов, постоянно повторяющихся, основной задачей является передача трансформируемых импульсов в первоначальном и неискаженном виде. На выходе обмоток требуется получить ту же форму импульса напряжения, но иногда меняется полярность или амплитуда.

Разделительный тип

У этого прибора первичная и вторичная обмотки никак не связаны. Трансформатор используется для увеличения безопасного подключения к электрическим сетям, для случаев одновременного прикасания к токоведущим деталям и земле. Защищает от одновременного прикасания к деталям, которые не находятся под действием тока, но могут под ним оказаться в результате нарушения изоляции. Агрегаты призваны обеспечить гальваническую развязку (изоляцию) электрических цепей.

Пик-трансформатор

Служит для преобразования синусоидального тока в импульсное напряжение с полярностью, меняющейся через каждые полпериода.

Сдвоенный дроссель

Индуктивный встречный фильтр или сдвоенный дроссель представляет собой тип устройства с использованием двух обмоток. Из-за взаимной катушечной индукции он действует эффективнее, чем одинарный дроссель. Используется в качестве входного фильтровального приспособления перед блоками питания, в сигнальных дифференциальных цифровых контурах и в технике со звуком.

Броневой трехфазный

Выпускают две различных базовых конструкции:

стержневую;
броневую.

Обе конструкции не изменяют эксплуатационные качества и надежность прибора, но при изготовлении имеются существенные различия:

стержневой тип включает сердечник и обмотки, при взгляде на конструкцию сердечник скрыт за обмотками, видно только нижнее и верхнее ярмо, ось обмоток имеет вертикальное расположение;
броневой вид прибора включает сердечник в виде обмоток, при этом видно, что сердечник скрывает за собой часть обмоток трансформатора, ось обмоток может располагаться в вертикальном или горизонтальном положении.

Магнетизм и электричество

Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.

Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.

Изготовление тороидального сердечника

Тороидальные трансформаторы содержат в своей конструкции сложный сердечник. Лучшим материалом для его изготовления считается трансформаторная сталь. Для того чтобы изготовить сердечник тороидального трансформатора вам необходимо использовать стальную ленту. Ее необходимо свернуть в рулон, который будет иметь форму Тора. Если у вас уже есть такая форма, то никаких проблем возникнуть не должно.

Если значение внутреннего диаметра d будет недостаточным, то часть ленты необходимо отмотать. В результате этого у вас возрастут оба диаметра, и увеличится площадь всей поверхности. Правда при этом у вас может уменьшиться площадь поперечного сечения.

Хороший готовый сердечник вы также можете найти на лабораторном автотрансформаторе. Вам следует перемотать его обмотки. Измерительные трансформаторы имеют более простой сердечник.

Еще к одному способу изготовления тороидального сердечника относят использование пластин от неисправного промышленного трансформатора. Сначала из этих закрепок вам потребуется изготовить обруч. Его диаметр должен составлять 26 см. Внутрь этого обруча необходимо постепенно вставлять пластины. Следите за тем чтобы они не разматывались.

Если тороидальный трансформатор наберет необходимое сечение, тогда его магнитопровод готов. Для увеличения S0 вам необходимо сделать два тороида. Они должны иметь одинаковые размеры. Их края необходимо будет закруглить с помощью напильника. Из картона необходимо сделать два специальных кольца и две полоски для Тора. После их наложения все элементы следует обмотать изоляционной лентой. Теперь ваш магнитопровод готов.

Магнитодиэлетрики

Материалы данной группы получают смешиванием мелкофракционного ферромагнитного порошка с различными изолирующими материалами (обычно: полиэтилен или ПВХ) с последующей формовкой, прессовкой и запеканием. В результате, микроскопические частицы ферромагнетика разделяются тонким слоем непроводящего ток и немагнитного вещества.

Магнитодиэлектрики (так же, как и ферриты) служат для производства сердечников в разнообразных электромагнитных изделиях: приемниках, передатчиках, усилителях, компьютерах и т.д.

Рисунок 2 — Статическая петля магнитного гистерезиса магнитопровода ГАММАМЕТ 412А

Работы над созданием новых типов магнитно-мягких материалов продолжаются и сейчас. Так, недавно специалистами фирмы ГАММАМЕТ был создан магнитопровод ленточного типа «гаммамет 412А». Его изготавливают из специальной ленты с нанокристаллическим строением, толщина которой составляет 25 мкм. Саму ленту получают скоростным закаливанием одного из сплавов, где главной составляющей служит железо. Затем магнитопроводы подвергают термообработке в условиях продольного магнитного поля. После этого их петля гистерезиса приобретает форму очень близкую к правильной прямоугольной (рис. 2). Соответственно данные магнитопроводы характеризуются минимальными показателями удельных магнитных потерь.

Такие магнитопроводы сохраняют свои качества при температурах среды от -60 до +125°С и способны прослужить 30 лет. ТУ обеспечены коэффициентом соответствия прямоугольной форме B_r/B₁₀> 0,85.

Гаммамет 412А способен стать хорошей заменой ферритам и другим материалам, имеющим петлю гистерезиса близкую к прямоугольной форме. Среди перспективных сфер использования: различные магнитные устройства и установки, насыщающие дроссели и т.д.

Петля гистерезиса

Гистерезис по-гречески означает запаздывание. Графическое изображение петли гистерезиса отражает степень намагничивания тела, находящегося во внешнем магнитном поле. Гистерезис – это зависимость векторов намагничивания и напряжённости магнитного поля в какой-либо среде от приложенного внешнего МП. Состояние тела на данный момент времени сравнивается с его предыдущим состоянием. При этом наблюдается отставание реакции тела на воздействие внешнего МП. Физическое действие отлично проявляется в ферромагнетиках: это железо, кобальт, никель и сплавы из них. Петля гистерезиса даёт объяснение существования постоянных магнитов.

Петля гистерезиса

Обратите внимание! Магнитным гистерезисом ферромагнетика называют отставание изменения степени намагничивания тела от изменения внешнего магнитного поля. То есть петля показывает зависимость степени намагничивания от предыстории образца. Магнитная проницаемость ферромагнетика – непостоянная величина, она тесно связана с индукцией внешнего поля

Кривая намагничивания сердечника представляет собой изогнутую петлю, при определённой степени насыщения поля ферромагнетика. В дальнейшем эта величина не растёт. Если внешнюю индукцию уменьшить до нуля, то ферромагнетик сохранит остаточное намагничивание. При смене направления внешнего поля ферромагнетик перемагничивается в обратную сторону

Магнитная проницаемость ферромагнетика – непостоянная величина, она тесно связана с индукцией внешнего поля. Кривая намагничивания сердечника представляет собой изогнутую петлю, при определённой степени насыщения поля ферромагнетика. В дальнейшем эта величина не растёт. Если внешнюю индукцию уменьшить до нуля, то ферромагнетик сохранит остаточное намагничивание. При смене направления внешнего поля ферромагнетик перемагничивается в обратную сторону.

Что нужно для намотки устройства

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же, как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию.

Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Основное, что должен знать и главное понимать человек, который мотает трансформатор:

длина провода (количество витков) это напряжение;
сечение проводника – это ток, которым можно нагружать его;
если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного), это опять-таки тепло;
перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Для намотки понадобится трансформаторное железо в форме тора, лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод). Также пригодится скотч малярный (бумажный), клей ПВА, тканевая изолента или киперка и кусочки провода в изоляции.

Схема расчета конструкции трансформатора.

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора, то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально. Минимальный радиус окружности 3мм.

Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Чтобы изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту шириной около 25мм, тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем.

Будет интересно Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы

Лакопровод

Лакопроводом называют электрический проводник изоляция которого сделана из лака (намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В).

Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Готовая намотка с лакопроводом.

Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень ненужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался.

Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод, который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки, обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов).

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно к касательной, а слегка наклонено в сторону намотки, как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной. Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам.

Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин/воск.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности

Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже

Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов

Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.

Настоящее чудо техники – японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться.

Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.

Основные преимущества и недостатки

При использовании тороидальных трансформаторов, поставляемых со свободными витыми выводами, можно добиться экономии до 64 % занимаемого объёма по сравнению с обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками (очень часто легче подключить оборудование именно с помощью выводов из трансформатора, а не клеммников).

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор, используя минимальное количество материала. Все обмотки симметрично распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки.

Главные плюсы и минусы тороидальных трансформаторов.

Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению коэффициента полезного действия. Возможна более высокая магнитная индукция, так как магнитный ток проходит в том же направлении, в каком ориентирована кремнистая сталь ядра во время прокатки. Также можно отметить плюсы:

низкие показатели рассеивания;
меньший нагрев;
низкий вес и размер;
компактен, удобен в установке в электроаппаратуре.

Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность тороидального сердечника позволяет эффективно охлаждать медные провода. Потери в железе очень низки – типическое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Это обеспечивает очень низкий ток намагничивания, способствующий изумительной тепловой нагрузочной способности тороидального трансформатора.

Тороидальный трансформатор

Почему это самый популярный вид трансформаторов

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше, чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

Обмотка тороидального трансформатора.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются, будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

Будет интересно Режим холостого хода для трансформаторов

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, – и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Применение магнитных цепей

Магнитные цепи находят очень большое поле применения, а именно, они используются для надежного пропускания магнитного потока по специальному проводнику с минимальными или, в некоторых случаях, определенными потерями. В электротехнической промышленности широко используется взаимная зависимость магнитной и электрической энергий, переход из одного состояния в другое. На подобном принципе работают, например, трансформаторы, разные электродвигатели, генераторы и другие устройства.

Конечно, можно продолжительное время говорить об устройствах, разных типах магнитопроводов (про которые речь пойдет далее), но наша первичная цель — рассмотреть выводы основных характеристик магнитных цепей. Продолжаем!

Особенности эксплуатации магнитодиэлектрика Ферроксон (Ferroxon)

Можно наносить пластичный Ферроксон на любые индукторы без ограничения по форме.
Для улучшения магнитопроводности на индукторах сложной формы, рекомендуется заполнить пластичным Ферроксоном щели между П-образными пластинами.
Магнитопровод приклеивается к индуктору любым термостойким клеем, лучше всего для этого подходит эпоксидная смола.
Для приклеивания так же можно использовать следующий состав: 5% оксид меди с добавлением фосфорной кислоты. Намазывать в пастообразном виде.
На длинные линейные индукторы, применяющиеся для закалки плоскостей и направляющих, к индуктору привариваются медные шпильки для крепления пластины из стеклотекстолита, прижимающих магнитопровод. К ним же крепится рама индуктора из немагнитных материалов.
Рабочая температура магнитной керамики до 180°С, поэтому требуется обеспечить максимальное прилегание магнитопровода к трубке индуктора, для эффективного охлаждения, плюс использовать теплопроводящий клей или мастику.
Магнитная керамика охлаждается самим индуктором. Как правило, при непрерывной работе в течение 30 минут, температура магнитопровода поднимается не выше 100 градусов Цельсия.
Как уже говорилось, между керамическими ферритами и индукционной катушкой не требуется изоляция.
Для обеспечения высокоэффективного нагрева требуется обеспечить зазор между магнитопроводом и деталью около 1 мм.
Нельзя резко менять температуру магнитного феррита, например, поливать после нагрева водой, он потрескается и ухудшит магнитопроводность. Поливать феррит водой для охлаждения можно, только если делать это непрерывно.
Для дополнительного охлаждения магнитопровода следует приклеить на нерабочую сторону феррита медную пластину, с приваренной медной трубкой.
Дополнительно можно охлаждать, поливая водой мокрую тряпочку, с обратной стороны от детали, не допуская попадания воды в зону нагрева.
Эффективность охлаждения повышается если уменьшить зазор между трубкой индуктора и магнитопроводом.
Ферритовые кусочки можно склеивать между собой, это лишь незначительно ухудшает его магнитопроводность.
Если на ферритовом магнитопроводе появились местные сколы и обломы уголков, его можно продолжать использовать, это мало влияет на общую работоспособность.

Внимание!

Для обеспечения интенсивного охлаждения магнитодиэлектрика Ферроксон, следите за давлением охлаждающей жидкости в индукторе, оно должно быть не менее 2–3 атм. В случае превышения температуры Ферроксона выше тучки Кюри 180°С магнитные свойства исчезают. А при дальнейшем охлаждении восстанавливаются лишь частично.
Помните, что при перегреве Ферроксона, магнитопроводные свойства теряются необратимо!

Усилитель магнитного поля

Если возникает потребность в его усилении, применяются магнитопроводы. Также они называются сердечниками. Их материал и конструкция зависят от назначения устройства

Материал сердечника является его самой важной составляющей. Свойства материала в основном определяют процессы, которые происходят в сердечнике

Эти процессы различны в случае его взаимодействия с постоянным и переменным током.

Простейший магнитопровод это стержень круглого или иного по форме сечения. Его охватывают витки катушки, которая в тех или иных устройствах называется обмоткой. Магнитными свойствами обладают различные материалы. Наиболее эффективными усилителями электромагнитного поля являются материалы, именуемые ферромагнетиками. Это сплавы на основе железа с добавлением некоторых других компонентов. Добавки определяются свойствами сплава, которые стремятся получить в результате.

Если из такого сплава изготовить монолитный цилиндр и поместить его внутрь катушки получится устройство, которым можно пользоваться для тех или иных целей. Если ток в обмотке будет постоянным, такое устройство будет создавать постоянное магнитное поле. Получится электромагнит. Для того чтобы в сердечнике увеличивалась сила магнитного поля надо увеличивать либо силу тока в обмотке, либо число витков в обмотке, либо и то и другое вместе.

Но увеличение силы магнитного поля в сердечнике ограничено свойствами сплава. Этот эффект называется магнитным гистерезисом, а состояние магнитопровода – насыщением. Графически процессы в магнитопроводе отображаются в виде петли гистерезиса:

Насыщение магнитопровода начинается вблизи горизонтального участка кривой при движении по ней от нуля.

Любая катушка обладает индуктивностью. Сердечник эту индуктивность существенно увеличивает. Поэтому такие катушки применяются в цепях переменного тока и называются дросселями. Индуктивность определяется в первую очередь массой сердечника. Расстояние между его концами является следующим параметром, который влияет на величину индуктивности и называется зазором.