전자기 장치: 목적, 유형, 요구 사항, 설계
전자기 장치의 목적
전기 에너지의 생산, 변환, 전송, 분배 또는 소비는 전기 장치를 사용하여 수행됩니다. 모든 다양성 중에서 우리는 전자기 장치를 선택합니다. 전자기 유도 현상에 대해자속의 출현을 동반합니다.
정적 전자기 장치에는 초크, 자기 증폭기, 변압기, 릴레이, 시동기, 접촉기 및 기타 장치가 포함됩니다. 회전 - 전기 모터 및 발전기, 전자기 클러치.
자속의 주요 부분을 전도하도록 설계된 전자기 장치의 강자성 부품 세트. 전자기 장치의 자기 시스템… 그러한 시스템의 특별한 구조 단위는 자기 회로… 자기 회로를 통과하는 자기 플럭스는 비자성 매질에 부분적으로 구속되어 표류 자기 플럭스를 형성할 수 있습니다.
자기 회로를 통과하는 자속은 하나 이상의 흐름에 흐르는 직류 또는 교류 전류를 사용하여 생성될 수 있습니다. 유도 코일… 이러한 코일은 자체 인덕턴스 및/또는 자체 자기장을 사용하도록 설계된 전기 회로 소자입니다.
하나 이상의 코일이 형성됩니다. 변제… 코일이 있는 자기 회로 부분을 다음과 같이 부릅니다. 핵심, 코일이 위치하지 않는 부분 또는 그 주위에 있는 부분이라고 함 멍에.
전자기 장치의 주요 전기 매개변수 계산은 총 전류 법칙과 전자기 유도 법칙을 기반으로 합니다. 상호 유도 현상은 한 전기 회로에서 다른 전기 회로로 에너지를 전달하는 데 사용됩니다.
자세한 내용은 여기에서 확인하세요. 전기 장치의 자기 회로 그리고 여기: 자기 회로 계산은 무엇입니까?
전자기 장치의 자기 회로 요구 사항
자기 코어에 대한 요구 사항은 사용되는 전자기 장치의 기능적 목적에 따라 다릅니다.
전자기 장치에서는 일정 및/또는 교류 자속을 모두 사용할 수 있습니다. 영구 자속은 자기 회로에서 에너지 손실을 일으키지 않습니다.
노출 조건에서 작동하는 자기 코어 일정한 자속 (예: DC 기계용 베드)는 후속 가공을 통해 캐스트 블랭크로 만들 수 있습니다. 복잡한 자기 회로 구성으로 인해 여러 요소로 제조하는 것이 더 경제적입니다.
교류 자속의 자기 회로를 통한 통과는 에너지 손실을 동반하며, 이를 자기 손실… 그들은 자기 회로를 가열합니다. 냉각을 위한 특별한 조치(예: 오일 작업)를 통해 자기 코어의 가열을 줄일 수 있습니다. 이러한 솔루션은 설계를 복잡하게 만들고 생산 및 운영 비용을 증가시킵니다.
자기 손실은 다음으로 구성됩니다.
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히스테리시스 손실;
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와전류 손실;
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추가 손실.
폭이 좁은 연자성 강자성체를 사용하면 히스테리시스 손실을 줄일 수 있습니다. 히스테리시스 회로.
와전류 손실은 일반적으로 다음과 같이 감소합니다.
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비 전기 전도도가 낮은 재료 사용;
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전기적으로 절연된 스트립 또는 플레이트에서 자기 코어 생산.
서로 다른 자기 회로에서 맴돌이 전류의 분포: a - 주조에서; b — 판재로 만들어진 일련의 부품.
자기 회로의 중간 부분은 표면에 비해 와전류에 의해 더 많이 덮여 있어 자기 회로의 표면을 향한 주 자속의 "변위", 즉 표면 효과가 발생합니다.
이것은 이 자기 회로 재료의 특정 주파수 특성에서 자속이 자기 회로의 얇은 표면층에 완전히 집중되며 그 두께는 주어진 주파수에서 침투 깊이에 의해 결정된다는 사실로 이어집니다. .
전기 저항이 낮은 재료로 만들어진 자기 코어에 흐르는 와전류의 존재는 그에 상응하는 손실(와전류 손실)을 초래합니다.
와전류 손실을 줄이고 자속을 최대한 보존하는 작업은 서로 전기적으로 절연된 개별 부품(또는 해당 부품)에서 자기 회로를 제조하여 해결됩니다. 이 경우 자기 회로의 단면적은 변경되지 않습니다.
시트 재료로 스탬프를 찍고 코어에 감은 판 또는 스트립이 널리 사용됩니다. 플레이트(또는 스트립)의 표면을 절연하기 위해 다양한 기술적 방법을 사용할 수 있으며, 절연 바니시 또는 에나멜의 적용이 가장 자주 적용됩니다.
별도의 부품(또는 해당 부품)으로 구성된 자기 회로는 다음을 허용합니다.
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순환 방향에 대한 플레이트의 수직 배열로 인한 와전류 손실 감소(이 경우 와전류가 순환할 수 있는 회로의 길이가 감소함);
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무시할 수 있는 불균일한 자기 플럭스 분포를 얻기 위해 얇은 판재 두께에서 침투 깊이에 비례하여 맴돌이 전류의 차폐 효과가 작습니다.
자기 코어의 재료에는 온도 및 진동 저항, 저비용 등의 다른 요구 사항이 부과될 수 있습니다. 특정 장치를 설계할 때 매개 변수가 지정된 요구 사항을 가장 잘 충족하는 연자성 재료가 선택됩니다.
자기 코어 설계
생산 기술에 따라 전자기 장치의 자기 코어는 세 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다.
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라멜라;
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줄자;
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성형.
라멜라 자기 회로는 서로 전기적으로 분리된 별도의 플레이트에서 모집되어 와전류 손실을 줄일 수 있습니다. 테이프 자기 코어는 특정 두께의 테이프를 감아서 얻습니다. 이러한 자기 회로에서는 스트립 평면이 절연 바니시로 덮여 있기 때문에 와전류의 영향이 크게 감소합니다.
형성된 자기 코어는 주조(전기 강판), 세라믹 기술(페라이트), 구성 요소 혼합 후 압착(자기 유전체) 및 기타 방법으로 생산됩니다.
전자기 장치의 자기 회로를 제조할 때 전자기의 직접 또는 역 변환 여부를 포함하여 많은 요소(장치 전원, 작동 주파수 등)에 의해 결정되는 특정 설계를 보장할 필요가 있습니다. 장치의 기계적 에너지로의 에너지.
이러한 변환이 발생하는 장치(전기 모터, 발전기, 계전기 등)의 설계에는 전자기 상호 작용의 영향을 받아 움직이는 부품이 포함됩니다.
전자기 유도가 전자기 에너지를 기계 에너지로 변환하지 않는 장치(변압기, 초크, 자기 증폭기 등)를 정적 전자기 장치라고 합니다.
정적 전자기 장치에서는 설계에 따라 외장, 막대 및 링 자기 회로가 가장 자주 사용됩니다.
성형 자기 코어는 시트 및 스트립보다 더 복잡한 설계를 가질 수 있습니다.
형성된 자기 코어: a — 라운드; b — d — 기갑; d — 컵; f, g — 회전; h — 많은 개구부
Armored 자기 코어는 디자인의 단순성과 결과적으로 제조 가능성으로 구별됩니다. 또한 이 디자인은 기계적 영향 및 전자기 간섭으로부터 더 나은 코일 보호 기능을 제공합니다(다른 제품에 비해).
핵심 자기 회로는 다릅니다.
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좋은 냉각;
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교란에 대한 낮은 감도(이웃 코일에서 유도된 교란의 EMF는 부호가 반대이고 부분적으로 또는 완전히 보상되기 때문에);
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같은 힘으로 (갑옷에 비해) 무게가 적습니다.
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(갑옷에 비해) 자속 소산이 적습니다.
로드 자기 회로 기반 장치의 단점(장갑 기반 장치에 비해)에는 코일 제조가 번거롭고(특히 다른 로드에 배치될 때) 기계적 영향에 대한 보호가 약하다는 점을 포함합니다.
누설 전류가 낮기 때문에 링 자기 회로는 한편으로는 노이즈 차단이 우수하고 다른 한편으로는 주변 전자 장비(REE) 요소에 대한 작은 영향으로 구별됩니다. 이러한 이유로 무선 엔지니어링 제품에 널리 사용됩니다.
원형 자기 회로의 단점은 낮은 기술(코일 감기 및 사용 장소에 전자기 장치 설치의 어려움) 및 최대 수백 와트의 제한된 전력(후자는 자기 회로의 가열로 설명됨)과 관련이 있습니다. 코일의 회전 위치로 인해 직접 냉각되지 않음).
자기 회로의 유형 및 유형의 선택은 질량, 부피 및 비용의 가장 작은 값을 얻을 수 있는 가능성을 고려하여 이루어집니다.
충분히 복잡한 구조에는 전자기 에너지가 기계 에너지(예: 회전 전기 기계의 자기 회로)로 직접 또는 역으로 변환되는 장치의 자기 회로가 있습니다. 이러한 장치는 몰드 또는 플레이트 자기 회로를 사용합니다.
전자기 장치의 종류
조절판 - 교류 또는 맥동 전류 회로에서 유도 저항으로 사용되는 장치.
비자기 갭이 있는 자기 코어는 에너지 저장에 사용되는 AC 초크와 정류된 전류 리플을 완화하도록 설계된 스무딩 초크에 사용됩니다. 동시에 작동 중에 초크의 인덕턴스를 변경하는 데 필요한 비자 성 갭의 크기를 조정할 수있는 초크가 있습니다.
자기 증폭기 - 강자성체의 포화 현상을 이용하여 교류 전압 또는 교류 전원에 의해 공급되는 전기 회로에서 전류 또는 전압의 크기를 변경할 수 있는 코일이 있는 하나 이상의 자기 회로로 구성된 장치 영구 바이어스 필드의 작용하에.
자기 증폭기의 작동 원리는 직접 바이어스 전류의 변화에 따른 차동 자기 투자율(교류에서 측정)의 변화를 기반으로 하므로 가장 간단한 자기 증폭기는 작동 코일과 제어 장치를 포함하는 포화 초크입니다. 코일.
변신 로봇 2개(또는 그 이상)의 유도 결합 코일이 있고 전자기 유도에 의해 하나 이상의 AC 시스템을 하나 이상의 다른 AC 시스템으로 변환하도록 설계된 정적 전자기 장치라고 합니다.
변압기의 전력은 자기 코어 재료와 그 치수의 가능한 최대 유도에 의해 결정됩니다. 따라서 강력한 전력 변압기의 자기 코어(일반적으로 막대형)는 두께가 0.35 또는 0.5mm인 전기 강판으로 조립됩니다.
전자기 릴레이 움직이는 강자성 요소에 대한 고정 코일의 자기장의 영향을 기반으로 작동하는 전기 기계 계전기라고합니다.
모든 전자기 릴레이에는 입력(제어) 신호 회로와 출력(제어) 신호 회로의 두 가지 전기 회로가 포함되어 있습니다. 제어 회로의 장치 원리에 따라 비극성 릴레이와 극성 릴레이가 구별됩니다. 극성 릴레이와 달리 비극성 릴레이의 작동은 제어 회로의 전류 방향에 의존하지 않습니다.
회전 전기 기계 - 전자기 유도 및 자기장과 전류의 상호 작용을 기반으로 에너지를 변환하도록 설계된 장치로, 주요 변환 프로세스에 포함되고 서로에 대해 회전 또는 회전할 수 있는 적어도 두 부분을 포함합니다.
코일이 있는 고정 자기 회로를 포함하는 전기 기계 부분을 고정자라고 하고 회전하는 부분을 회전자라고 합니다.
기계 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 설계된 전기 기계를 전기 기계 발전기라고 합니다. 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하도록 설계된 전기 기계를 회전식 전기 모터라고 합니다.
전자기 장치를 만들기 위해 부드러운 재료를 사용하는 위의 예는 완전하지 않습니다. 이러한 모든 원칙은 전기 스위칭 장치, 자기 잠금 등과 같은 인덕터를 사용하는 자기 회로 및 기타 전기 제품의 설계에도 적용됩니다.