Cos'è un circuito magnetico e dove viene utilizzato

Due radici composte "magnete" e "conduttore" collegate dalla lettera "o" determinano lo scopo di questo dispositivo elettrico, creato per trasmettere in modo affidabile il flusso magnetico attraverso uno speciale conduttore con perdite minime o in alcuni casi certe.

L'industria elettrica utilizza ampiamente l'interdipendenza dell'energia elettrica e magnetica, la loro transizione da uno stato all'altro. Molti trasformatori, induttanze, contattori, relè, avviatori, motori elettrici, generatori e altri dispositivi simili funzionano secondo questo principio.

Il loro design include un circuito magnetico che trasmette un flusso magnetico eccitato dal passaggio di corrente elettrica per convertire ulteriormente l'energia elettrica. È uno dei componenti del sistema magnetico dei dispositivi elettrici.

Nucleo magnetico di un prodotto elettrico (dispositivo) (guida del flusso della bobina) - un sistema magnetico di un prodotto elettrico (dispositivo) o un insieme di più parti sotto forma di un'unità strutturale separata (GOST 18311-80).

Di cosa è fatto il nucleo magnetico?

Caratteristiche magnetiche

Le sostanze incluse nel suo design possono avere diverse proprietà magnetiche. Di solito sono classificati in 2 tipi:

1. debolmente magnetico;

2. altamente magnetico.

Per distinguerli, viene utilizzato il termine «Permeabilità magnetica µ», che determina la dipendenza dell'induzione magnetica creata B (forza) dal valore della forza applicata H.

Il grafico sopra mostra che i ferromagneti hanno forti proprietà magnetiche, mentre sono deboli nei paramagneti e nei diamagneti.

Tuttavia, l'induzione dei ferromagneti con un ulteriore aumento della tensione inizia a diminuire, avendo un punto pronunciato con un valore massimo che caratterizza il momento di saturazione della sostanza. Viene utilizzato nel calcolo e nel funzionamento dei circuiti magnetici.

Dopo la cessazione dell'azione della tensione, una parte delle proprietà magnetiche rimane con la sostanza e, se ad essa viene applicato un campo opposto, parte della sua energia verrà spesa per superare questa frazione.

Pertanto, nei circuiti di campo elettromagnetico alternato c'è un ritardo di induzione dalla forza applicata. Una dipendenza simile dalla magnetizzazione della sostanza dei ferromagneti è caratterizzata da un grafico chiamato isteresi.

Su di essa i punti Hk indicano l'ampiezza del contorno che caratterizza il magnetismo residuo (forza coercitiva). In base alla loro dimensione, i ferromagneti si dividono in due categorie:

1. morbido, caratterizzato da un'ansa stretta;

2. duro, con elevata forza coercitiva.

La prima categoria comprende le leghe tenere di ferro e permola. Sono utilizzati per realizzare nuclei per trasformatori, motori elettrici e alternatori perché creano un dispendio energetico minimo per invertire la magnetizzazione.

I ferromagneti duri realizzati con acciai al carbonio e leghe speciali sono utilizzati in vari design di magneti permanenti.

Quando si sceglie un materiale per un circuito magnetico, vengono prese in considerazione le perdite per:

• isteresi;

• correnti parassite generate dall'azione dei campi elettromagnetici indotti dal flusso magnetico;

• conseguenza dovuta alla viscosità magnetica.

Materiali (modifica)

Caratteristiche delle leghe

Per i progetti di circuiti magnetici CA, vengono prodotti gradi speciali di lamiera o acciaio a parete sottile in bobina con vari gradi di aggiunte di lega, che vengono prodotti mediante laminazione a freddo oa caldo. Inoltre, l'acciaio laminato a freddo è più costoso ma presenta minori perdite per induzione.

Lamiere e bobine di acciaio vengono lavorate in lastre o nastri. Sono ricoperti da uno strato di vernice per protezione e isolamento. La copertura su entrambi i lati è più affidabile.

Per relè, avviatori e contattori funzionanti in circuiti DC, i nuclei magnetici sono fusi in blocchi pieni.

Circuiti CA

Nuclei magnetici dei trasformatori

Dispositivi monofase

Tra questi, sono comuni due tipi di circuiti magnetici:

1. bastone;

2. Corazzato.

Il primo tipo è realizzato con due aste, su ciascuna delle quali sono poste separatamente due spire con spire di alta o bassa tensione. Se una bobina LV e LV è posizionata sulla barra, si verificano grandi flussi di dissipazione di energia e la componente di reattanza aumenta.

Il flusso magnetico che passa attraverso le aste è chiuso dal giogo superiore e inferiore.

Il tipo corazzato ha un'asta con bobine e gioghi da cui il flusso magnetico si divide in due metà. Pertanto, la sua area è il doppio della sezione trasversale del giogo.Tali strutture si trovano più spesso nei trasformatori a bassa potenza, dove non vengono creati grandi carichi termici sulla struttura.

I trasformatori di potenza richiedono un'ampia superficie di raffreddamento con avvolgimenti a causa della conversione di carichi più elevati. Lo schema consolidato è più adatto a loro.

Dispositivi trifase

Per loro si possono utilizzare tre circuiti magnetici monofase posti ad un terzo della circonferenza, oppure raccogliere bobine di ferro comune nelle loro gabbie.

Se consideriamo un circuito magnetico comune di tre strutture identiche situate ad un angolo di 120 gradi, come mostrato nell'angolo in alto a sinistra dell'immagine, allora all'interno dell'asta centrale il flusso magnetico totale sarà bilanciato e uguale a zero.

In pratica, tuttavia, viene più spesso utilizzata una struttura semplificata situata sullo stesso piano, quando tre diversi avvolgimenti si trovano su un'asta separata. In questo metodo, il flusso magnetico dalle bobine terminali passa attraverso gli anelli grandi e piccoli e dal centro attraverso due adiacenti. A causa della formazione di una distribuzione irregolare delle distanze, si crea un certo squilibrio di resistenze magnetiche.

Impone restrizioni separate sui calcoli di progettazione e su alcune modalità di funzionamento, in particolare al minimo. Ma in generale, un tale schema del circuito magnetico è ampiamente utilizzato nella pratica.

I circuiti magnetici mostrati nelle foto sopra sono fatti di piastre e le bobine sono posizionate sulle aste assemblate. Questa tecnologia viene utilizzata nelle fabbriche automatizzate con un ampio parco macchine.

Nelle piccole industrie, la tecnologia di assemblaggio manuale può essere utilizzata grazie ai nastri grezzi, quando una bobina viene inizialmente realizzata con un filo avvolto, quindi attorno ad essa viene installato un circuito magnetico da un nastro di ferro trasformatore con spire successive.

Tali circuiti magnetici ritorti vengono creati anche in base al tipo di barra e corazzato.

Per la tecnologia a nastro, lo spessore consentito del materiale è di 0,2 o 0,35 mm e per l'installazione con piastre è possibile scegliere 0,35 o 0,5 o anche di più. Ciò è dovuto alla necessità di avvolgere strettamente il nastro tra gli strati, operazione difficile da eseguire manualmente quando si lavora con materiali spessi.

Se, quando si avvolge il nastro su una bobina, la sua lunghezza non è sufficiente, è possibile unire un'estensione ad essa e pressarla in modo affidabile con un nuovo strato. Allo stesso modo piastre di tondini e gioghi vengono assemblate in circuiti magnetici lamellari, in tutti questi casi le giunzioni devono essere realizzate con dimensioni minime, in quanto incidono sulla riluttanza totale e sulla perdita di energia in generale.

Per un lavoro accurato, si cerca di evitare la creazione di tali giunti e, quando è impossibile escluderli, si utilizza la molatura dei bordi, ottenendo una perfetta aderenza del metallo.

Quando si assembla manualmente una struttura, è abbastanza difficile orientare con precisione le piastre l'una rispetto all'altra. Pertanto, sono stati praticati dei fori e sono stati inseriti dei perni, che hanno garantito un buon centraggio. Ma questo metodo riduce leggermente l'area del circuito magnetico, distorce il passaggio delle linee di forza e la resistenza magnetica in generale.

Le grandi imprese automatizzate specializzate nella produzione di nuclei magnetici per trasformatori di precisione, relè, avviatori hanno abbandonato i fori di perforazione all'interno delle piastre e utilizzano altre tecnologie di assemblaggio.

Costruzioni rivestite e frontali

I nuclei magnetici creati sulla base di piastre possono essere assemblati preparando separatamente le barre del giogo e quindi montando bobine con bobine, come mostrato nella foto.

A destra è mostrato uno schema di assemblaggio del calcio semplificato. Può avere un grave inconveniente: il "fuoco nell'acciaio", che è caratterizzato dall'aspetto correnti parassite nel nucleo al valore critico come mostrato nella figura in basso a sinistra con una linea rossa ondulata. Questo crea un'emergenza.

Questo difetto viene eliminato con uno strato isolante, che influisce in modo significativo sull'aumento del flusso magnetizzante. E queste sono inutili perdite di energia.

In alcuni casi, è necessario aumentare questo divario per aumentare la reattività. Questa tecnica è utilizzata negli induttori e nelle bobine d'arresto.

Per i motivi sopra elencati, lo schema di assemblaggio frontale viene utilizzato in strutture non critiche. Per un funzionamento accurato del circuito magnetico, viene utilizzata una piastra laminata.

Il suo principio si basa su una chiara distribuzione degli strati e sulla creazione di spazi uguali nell'asta e nel giogo in modo tale che durante il montaggio tutte le cavità create siano riempite con giunzioni minime. In questo caso le piastre dell'asta e del giogo si intrecciano tra loro formando una struttura forte e rigida.

La foto precedente sopra mostra un metodo laminato per collegare lastre rettangolari.Tuttavia, le strutture inclinate, solitamente create a 45 gradi, hanno minori perdite di energia magnetica. Sono utilizzati in potenti circuiti magnetici di trasformatori di potenza.

La foto mostra l'assemblaggio di più lastre inclinate con scarico parziale dell'intera struttura.

Anche con questo metodo è necessario monitorare la qualità delle superfici di supporto e l'assenza di lacune inaccettabili in esse.

Il metodo di utilizzo di piastre inclinate garantisce perdite minime di flusso magnetico negli angoli del circuito magnetico, ma complica notevolmente il processo di produzione e la tecnologia di assemblaggio. A causa della maggiore complessità del lavoro, viene utilizzato molto raramente.

Il metodo di assemblaggio laminato è più affidabile. Il design è robusto, richiede meno parti ed è assemblato utilizzando un metodo pre-preparato.

Con questo metodo, viene creata una struttura comune dalle lastre. Dopo il completo assemblaggio del circuito magnetico, diventa necessario installare la bobina su di esso.

Per fare ciò è necessario smontare il giogo superiore già assemblato, rimuovendo successivamente tutte le sue piastre. Per eliminare un'operazione così inutile, la tecnologia di assemblaggio di un circuito magnetico è stata sviluppata direttamente all'interno degli avvolgimenti preparati con bobine.

Modelli semplificati di strutture laminate

I trasformatori a bassa potenza spesso non richiedono un controllo magnetico preciso. Per loro, gli spazi vengono creati utilizzando metodi di stampaggio secondo modelli preparati, seguiti dal rivestimento con vernice isolante e molto spesso su un lato.

Il gruppo del circuito magnetico sinistro viene creato inserendo spazi vuoti nelle bobine sopra e sotto, e quello destro consente di piegare e inserire l'asta centrale nel foro interno della bobina. In questi metodi, si forma un piccolo spazio d'aria tra le piastre di supporto.

Dopo aver assemblato il set, le piastre vengono premute saldamente dagli elementi di fissaggio. Per ridurre le correnti parassite con perdite magnetiche, viene applicato uno strato di isolamento.

Caratteristiche dei circuiti magnetici di relè, avviatori

I principi per creare un percorso per il passaggio del flusso magnetico sono rimasti gli stessi. Solo il circuito magnetico è diviso in due parti:

1. mobile;

2. permanentemente fisso.

Quando si verifica un flusso magnetico, l'armatura mobile, insieme ai contatti fissati su di essa, viene attratta dal principio di un elettromagnete e quando scompare ritorna al suo stato originale sotto l'azione di molle meccaniche.

Corto circuito

La corrente alternata cambia costantemente in grandezza e ampiezza. Questi cambiamenti vengono trasmessi al flusso magnetico e alla parte mobile dell'armatura, che può ronzare e vibrare. Per eliminare questo fenomeno, il circuito magnetico viene separato inserendo un cortocircuito.

In esso si formano una biforcazione del flusso magnetico e uno sfasamento di una delle sue parti. Quindi, quando si attraversa il punto zero di un ramo, una forza che impedisce le vibrazioni agisce nel secondo e viceversa.

Nuclei magnetici per dispositivi DC

In questi circuiti non è necessario fare i conti con gli effetti dannosi delle correnti parassite, che si manifestano in oscillazioni sinusoidali armoniche.Per i nuclei magnetici non vengono utilizzati gruppi di piastre sottili, ma sono realizzati con parti rettangolari o arrotondate con il metodo delle fusioni in un unico pezzo.

In questo caso, il nucleo su cui è montata la bobina è rotondo e l'alloggiamento e il giogo sono rettangolari.

Per ridurre la forza di trazione iniziale, il traferro tra le parti separate del circuito magnetico è piccolo.

Circuiti magnetici di macchine elettriche

La presenza di un rotore mobile che ruota nel campo dello statore richiede caratteristiche particolari progetti di motori elettrici e generatori. Al loro interno è necessario disporre le bobine attraverso le quali scorre la corrente elettrica, in modo da garantire il minimo ingombro.

A tale scopo vengono realizzate delle cavità per la posa dei fili direttamente nei circuiti magnetici. Per fare ciò, immediatamente durante lo stampaggio delle lastre, in esse vengono creati dei canali, che dopo l'assemblaggio sono linee pronte per le bobine.

Pertanto, il circuito magnetico è parte integrante di molti dispositivi elettrici e serve a trasmettere il flusso magnetico.