Устройство, которое усиливает магнитное поле, называется усилителем магнитного поля. Электромагнитное поле тесно связано с током и применяется во всех электрических машинах, устройствах электроники и автоматики.
Усилитель магнитного поля
Устройство, которое усиливает магнитное поле, называется усилителем магнитного поля. Электромагнитное поле тесно связано с током и применяется во всех электрических машинах, устройствах электроники и автоматики. Основная задача магнитопроводов - передача и усиление магнитного поля. Усилитель магнитного поля обычно состоит из сердечника, на который намотаны витки катушек. В зависимости от материала, используемого для изготовления, достигаются определенные характеристики магнитного поля. Существует два типа усилителей магнитного поля: амплистаты - статического типа, и трансдукторы - с подвижными элементами.
Зачем нужен магнитопровод
Для понимания сущности магнитопровода можно рассмотреть устройство обычного трансформатора. В этом устройстве две индукционные катушки намотаны на сердечники, которые соединены в одну конструкцию и служат магнитопроводами. Первичная катушка, находящаяся под напряжением, создает магнитное поле в сердечнике, который в свою очередь индуцирует магнитный поток во вторичной обмотке. Следовательно, магнитопровод порождает ток во второй катушке, но уже со своими уникальными характеристиками.
Характеристики и принцип действия
Принцип действия МП заключается в том, чтобы увеличивать магнитное поле, направленное на вторичную обмотку электроустройства. Характеризующие величины МП напрямую зависят от состава сплава, применяемого для изготовления сердечников. Самыми эффективными усилителями считаются ферромагнетики. Чтобы в сердечнике постоянно возрастала сила магнитного потока, нужно повышать силу тока и количество витков в катушке.
Следует понимать! Величина магнитного поля ограничивается характеристиками материала, из которого изготовлен сердечник. Чтобы чётко выразить характеристики магнитопровода, их отображают графически на осях координат. Изменение величин выглядит в виде замкнутой кривой линии, называемой петлёй гистерезиса.
Петля гистерезиса
Гистерезис, в переводе с греческого, означает запаздывание. Графическое изображение петли гистерезиса отражает степень намагничивания материала под воздействием внешнего магнитного поля. Гистерезис представляет собой зависимость величин намагниченности и напряженности магнитного поля в конкретной среде от приложенного внешнего магнитного поля. Текущее состояние материала сравнивается с его предыдущим состоянием, и наблюдается отставание реакции материала на воздействие внешнего магнитного поля. Этот эффект особенно ярко проявляется в ферромагнетиках, таких как железо, кобальт, никель и их сплавы. Петля гистерезиса помогает понять принцип работы постоянных магнитов.
Обратите внимание! Магнитным гистерезисом у ферромагнетиков называется отклонение изменения намагниченности материала от изменения внешнего магнитного поля. Иными словами, петля гистерезиса отображает зависимость намагниченности от состояния образца в предшествующем времени.
Магнитная проницаемость ферромагнетика является переменной величиной и тесно связана с индукцией внешнего поля. Кривая намагничивания сердечника имеет форму изогнутой петли при достижении определенной насыщенности поля ферромагнетика. Дальнейшее увеличение величины не происходит. Если внешнюю индукцию уменьшить до нуля, ферромагнетик сохранит остаточную намагниченность. При изменении направления внешнего поля ферромагнетик перемагничивается в обратную сторону.
Потери от гистерезиса
При регулярном перемагничивании сердечника происходят необратимые процессы, которые сопровождаются потерей энергии от внешнего источника. Это явление вызвано гистерезисом, вихревыми токами и магнитной вязкостью материала. Площадь петли определяет количество энергии, потерянной в объеме ферромагнетика в течение одного цикла перемагничивания. Для снижения потерь от гистерезиса используют сердечники из мягких сплавов.
Конструктивные особенности
Магнитопроводы могут быть изготовлены в стыковом и шихтованном исполнениях, в зависимости от конструктивных особенностей. В стыковом исполнении сердечники и ярмы соединяются после установки обмоток на вертикальные сердечники. Эта конструкция позволяет легко снимать и менять обмотки, удалив шпильки и горизонтальную секцию. Стыковые конструкции используются в шунтирующих токоограничивающих устройствах реакторов. Шихтованные конструкции представляют собой слоеные плиты стержней и ярем, соединенные в промежутках между слоями магнитопровода. Однако сложность монтажа всей конструкции трансформатора может привести к риску некачественной сборки прибора.
Виды магнитопроводов
Магнитопроводы изготавливают стержневой, броневой и кольцевой конструкций.
Стержневой тип
Горизонтальные ярмы образуют кольцо вокруг вертикальных сердечников ступенчатого сечения. Обмотки находятся только на вертикальных элементах. Все магнитопроводы организованы в виде замкнутой цепи.
Броневой тип
Сердечники имеют прямоугольную форму в сечении и расположены горизонтально. Обмотки также выполнены в прямоугольной форме. Для создания такой конфигурации требуется сложная производственная технология, поэтому такие типы магнитопроводов применяются лишь в специальных видах трансформаторов.
Кольцевой-тороидальный тип
Кольцевые ленточные магнитопроводы используются при сборке силовых однофазных трансформаторов. Магнитопроводы изготавливаются из холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0.08, 0.3 и 0.35 мм. Тороидальные сердечники могут быть изготовлены из феррита или карбонильного железа, и широко применяются в радиоэлектронике.
Применение трансформаторов
При передаче электроэнергии на большие расстояния возникают значительные потери из-за нагрева проводов, что обуславливает необходимость использования трансформаторов для предотвращения этого явления. Сначала на электростанции происходит повышение напряжения с одновременным уменьшением силы тока. Затем энергия передается через линии электропередачи, и перед доставкой к потребителю напряжение уменьшается до необходимого уровня (обычно 220 В) с помощью трансформаторов.
Для преобразования трехфазного тока могут использоваться группы из трех однофазных трансформаторов, соединенных в звездчатую или треугольную схему, а также трехфазные трансформаторы с общим магнитопроводом. Эти устройства обладают высоким КПД, что приводит к выделению тепла, поэтому мощные трансформаторы помещают в ёмкости, заполненные специальным маслом.
Трансформаторы с нужными характеристиками также встраиваются в корпусы различных электроприборов для обеспечения необходимого напряжения. Для питания современных радиотехнических и электронных приборов используют высокочастотные импульсные трансформаторы. Трансформаторы играют ключевую роль в контрольно-измерительных устройствах, обеспечивая безопасную передачу формы импульсов напряжения в исследуемых электрических цепях. Например, измерительные трансформаторы применяются в системах дизельных генераторов с токами средней мощности (до 1 мегаватта), а согласующие трансформаторы используются для соединения устройств с низким сопротивлением к каскадам электроники с высокими входными или выходными параметрами сопротивления. Например, для соединения усилителя звуковой частоты с динамиками, имеющими очень низкое сопротивление, могут применяться специальные согласующие трансформаторы.
«Авиэлси» — компания, профиль которой — профессиональные решения в автоматизации и электротехнике. Мы готовы выполнить любую схему грамотно. По всем вопросам по ремонту и обслуживанию обращайтесь к консультантам нашего сайта. Можно сделать заявку прямо сейчас, используя любую удобную форму обратной связи. Наши специалисты оперативно свяжутся с вами, чтобы уточнить все нюансы.