L'uso dei magneti permanenti nell'ingegneria elettrica e nell'energia

Oggi i magneti permanenti trovano utili applicazioni in molti settori della vita umana. A volte non ci accorgiamo della loro presenza, tuttavia, in quasi tutti gli appartamenti in vari apparecchi elettrici e in dispositivi meccanici, se guardi attentamente, puoi trovare magnete permanente… Rasoio elettrico e altoparlante, lettore video e orologio da parete, telefono cellulare e forno a microonde, sportello del frigorifero, infine: i magneti permanenti possono essere trovati ovunque.

Sono utilizzati in apparecchiature mediche e apparecchiature di misurazione, in vari strumenti e nell'industria automobilistica, nei motori a corrente continua, nei sistemi acustici, negli elettrodomestici e in molti, molti altri luoghi: ingegneria radio, strumenti, automazione, telemeccanica, ecc. . — nessuna di queste aree è completa senza l'uso di magneti permanenti.

Le soluzioni specifiche che utilizzano i magneti permanenti possono essere elencate all'infinito, ma l'argomento di questo articolo sarà una breve panoramica di diverse applicazioni dei magneti permanenti nell'ingegneria elettrica e nell'energia.

Motori elettrici e generatori

Sin dai tempi di Oersted e Ampere, è risaputo che fili ed elettromagneti percorsi da corrente interagiscono con il campo magnetico di un magnete permanente. Molti motori e generatori funzionano secondo questo principio. Non devi andare lontano per gli esempi. La ventola nell'alimentatore del tuo computer ha un rotore e uno statore.

Una girante a palette è un rotore con magneti permanenti disposti in un cerchio e lo statore è il nucleo di un elettromagnete. Invertendo la magnetizzazione dello statore, il circuito elettronico crea l'effetto di ruotare il campo magnetico dello statore, dopo che il campo magnetico dello statore, cercando di esserne attratto, segue il rotore magnetico: la ventola ruota. La rotazione del disco rigido viene eseguita in modo simile e funziona in modo simile molti motori passo-passo.

Anche i magneti permanenti hanno trovato il loro posto nei generatori di corrente. I generatori sincroni per turbine eoliche domestiche, ad esempio, sono una delle aree di applicazione.

Sulla circonferenza dello statore del generatore sono presenti gli avvolgimenti del generatore, che durante il funzionamento dell'aerogeneratore vengono attraversati dal campo magnetico alternato di movimento (sotto l'azione del vento che soffia sulle pale) dei magneti permanenti del rotore. Invio la legge dell'induzione elettromagnetica, i fili degli avvolgimenti del generatore attraversati dai magneti DC nel circuito delle utenze.

Tali generatori sono utilizzati non solo nelle turbine eoliche, ma anche in alcuni modelli industriali, dove i magneti permanenti sono installati sul rotore anziché sulla bobina di eccitazione. Il vantaggio delle soluzioni con magneti è la possibilità di ottenere un generatore con una bassa velocità nominale.

Dispositivi e meccanismi magnetoelettrici

v contatori elettrici ad induzione meccanica il disco conduttore ruota nel campo di un magnete permanente. La corrente di consumo, passando attraverso il disco, interagisce con il campo magnetico del magnete permanente e il disco ruota.

Maggiore è la corrente, maggiore è la velocità di rotazione del disco, poiché la coppia è creata dalla forza di Lorentz che agisce sulle particelle cariche in movimento all'interno del disco sul lato del campo magnetico di un magnete permanente. In effetti, è un tale contatore Motore a corrente alternata bassa potenza con magnete dello statore.

Per misurare correnti deboli utilizzare galvanometri — dispositivi di misurazione molto sensibili. Qui il magnete a ferro di cavallo interagisce con una piccola bobina conduttrice di corrente sospesa nello spazio tra i poli del magnete permanente.

La deflessione della bobina durante la misurazione è dovuta alla coppia generata dall'induzione magnetica che si verifica quando la corrente scorre attraverso la bobina. In questo modo la deflessione della bobina risulta essere proporzionale al valore dell'induzione magnetica risultante nel traferro e, di conseguenza, alla corrente nel conduttore della bobina. Per piccole deviazioni, la scala del galvanometro è lineare.

Magneti permanenti negli elettrodomestici

Sicuramente c'è un forno a microonde nella tua cucina. E ci sono fino a due magneti permanenti al suo interno. Generare onde elettromagnetiche Gamma di microonde installate nel microonde magnetron… All'interno del magnetron, gli elettroni si muovono nel vuoto dal catodo all'anodo e, durante il loro movimento, la loro traiettoria deve essere piegata affinché i risonatori dell'anodo siano eccitati abbastanza potentemente.

Per piegare la traiettoria dell'elettrone, i magneti permanenti ad anello sono montati sopra e sotto la camera a vuoto del magnetron. Il campo magnetico dei magneti permanenti piega le traiettorie degli elettroni in modo da produrre un potente vortice di elettroni, che eccita i risonatori, che a loro volta generano onde elettromagnetiche a microonde per riscaldare il cibo.

Affinché la testina del disco rigido sia posizionata con precisione, i suoi movimenti nel processo di scrittura e lettura delle informazioni devono essere controllati e controllati in modo molto preciso. Ancora una volta, un magnete permanente viene in soccorso. All'interno del disco rigido, nel campo magnetico di un magnete permanente stazionario, si muove una bobina conduttrice di corrente collegata alla testina.

Quando viene applicata una corrente alla bobina principale, il campo magnetico di questa corrente, a seconda del suo valore, respinge più o meno la bobina dal magnete permanente, in una direzione o nell'altra, quindi la testa inizia a muoversi e con alta precisione. Questo movimento è controllato da un microcontrollore.

Cuscinetti magnetici in elettricità

Per migliorare l'efficienza energetica, alcuni paesi stanno costruendo depositi meccanici di energia per le imprese. Si tratta di convertitori elettromeccanici che funzionano secondo il principio dell'accumulo inerziale di energia sotto forma di energia cinetica di un volano rotante, il cosiddetto accumulo di energia cinetica.

Ad esempio, in Germania ATZ ha sviluppato un'unità di accumulo di energia cinetica da 20 MJ con una potenza di 250 kW e la densità energetica specifica è di circa 100 Wh/kg. Con un peso del volano di 100 kg mentre ruota a una velocità di 6000 giri/min, una struttura cilindrica con un diametro di 1,5 metri necessita di cuscinetti di alta qualità. Di conseguenza, il cuscinetto inferiore è realizzato, ovviamente, sulla base di magneti permanenti.