Qu'est-ce qu'un circuit magnétique et où est-il utilisé

Deux racines composées "aimant" et "conducteur" reliées par la lettre "o" déterminent le but de cet appareil électrique, créé pour transmettre de manière fiable le flux magnétique à travers un conducteur spécial avec des pertes minimales ou dans certains cas certaines.

L'industrie électrique utilise largement l'interdépendance des énergies électrique et magnétique, leur passage d'un état à un autre. De nombreux transformateurs, selfs, contacteurs, relais, démarreurs, moteurs électriques, générateurs et autres dispositifs similaires fonctionnent sur ce principe.

Leur conception comprend un circuit magnétique qui transmet un flux magnétique excité par le passage du courant électrique pour convertir davantage l'énergie électrique. C'est l'un des composants du système magnétique des appareils électriques.

Noyau magnétique d'un produit électrique (appareil) (guide de flux de bobine) - un système magnétique d'un produit électrique (appareil) ou un ensemble de plusieurs de ses parties sous la forme d'une unité structurelle distincte (GOST 18311-80).

De quoi est composé le noyau magnétique ?

Caractéristiques magnétiques

Les substances incluses dans sa conception peuvent avoir différentes propriétés magnétiques. Ils sont généralement classés en 2 types :

1. faiblement magnétique ;

2. hautement magnétique.

Pour les distinguer, on utilise le terme «Perméabilité magnétique µ», qui détermine la dépendance de l'induction magnétique créée B (force) à la valeur de la force appliquée H.

Le graphique ci-dessus montre que les ferromagnétiques ont de fortes propriétés magnétiques, alors qu'ils sont faibles dans les para-aimants et les dia-aimants.

Cependant, l'induction des ferromagnétiques avec une nouvelle augmentation de la tension commence à diminuer, ayant un point prononcé avec une valeur maximale qui caractérise le moment de saturation de la substance. Il est utilisé dans le calcul et le fonctionnement des circuits magnétiques.

Après la fin de l'action de la tension, une partie des propriétés magnétiques reste avec la substance, et si un champ opposé lui est appliqué, une partie de son énergie sera dépensée pour surmonter cette fraction.

Par conséquent, dans les circuits de champ électromagnétique alternatif, il existe un retard d'induction par rapport à la force appliquée. Une dépendance similaire à l'aimantation de la substance des ferromagnétiques est caractérisée par un graphique appelé hystérèse.

Sur celle-ci, les points Hk indiquent la largeur du contour qui caractérise le magnétisme résiduel (force coercitive). Selon leur taille, les ferromagnétiques se divisent en deux catégories :

1. doux, caractérisé par une boucle étroite;

2. dur, avec une force coercitive élevée.

La première catégorie comprend les alliages doux de fer et de permola. Ils sont utilisés pour fabriquer des noyaux de transformateurs, de moteurs électriques et d'alternateurs car ils créent une dépense d'énergie minimale pour inverser l'aimantation.

Des ferromagnétiques durs en aciers au carbone et alliages spéciaux sont utilisés dans diverses conceptions d'aimants permanents.

Lors du choix d'un matériau pour un circuit magnétique, les pertes sont prises en compte pour:

• hystérèse;

• les courants de Foucault générés par l'action de la FEM induite par le flux magnétique ;

• conséquence due à la viscosité magnétique.

Matériaux (modifier)

Caractéristiques des alliages

Pour les conceptions de circuits magnétiques à courant alternatif, des qualités spéciales de tôles ou d'acier à parois minces enroulées sont produites avec divers degrés d'ajouts d'alliage, qui sont produits par laminage à froid ou à chaud. De plus, l'acier laminé à froid est plus cher mais présente moins de pertes par induction.

Les tôles et les bobines d'acier sont usinées en plaques ou en bandes. Ils sont recouverts d'une couche de vernis de protection et d'isolation. La couverture double face est plus fiable.

Pour les relais, démarreurs et contacteurs fonctionnant dans des circuits à courant continu, les noyaux magnétiques sont coulés dans des blocs pleins.

Circuits CA

Noyaux magnétiques de transformateurs

Appareils monophasés

Parmi eux, deux types de circuits magnétiques sont courants :

1. bâton ;

2. Blindé.

Le premier type est constitué de deux tiges, sur chacune desquelles sont placées séparément deux bobines à haute ou basse tension. Si une bobine BT et BT est placée sur la barre, de grands flux de dissipation d'énergie se produisent et la composante de réactance augmente.

Le flux magnétique traversant les tiges est fermé par les culasses supérieure et inférieure.

Le type blindé a une tige avec des bobines et des culasses à partir desquelles le flux magnétique se divise en deux moitiés. Par conséquent, sa surface est le double de la section transversale de la culasse.De telles structures se trouvent plus souvent dans les transformateurs de faible puissance, où de grandes charges thermiques ne sont pas créées sur la structure.

Les transformateurs de puissance nécessitent une grande surface de refroidissement avec des enroulements en raison de la conversion de charges plus élevées. Le régime consolidé leur est plus adapté.

Appareils triphasés

Pour eux, vous pouvez utiliser trois circuits magnétiques monophasés situés au tiers de la circonférence, ou collecter des bobines de fer commun dans leurs cages.

Si nous considérons un circuit magnétique commun de trois structures identiques situées à un angle de 120 degrés, comme indiqué dans le coin supérieur gauche de l'image, alors à l'intérieur de la tige centrale, le flux magnétique total sera équilibré et égal à zéro.

En pratique, cependant, une conception simplifiée située dans le même plan, lorsque trois enroulements différents sont situés sur une tige séparée, est plus souvent utilisée. Dans cette méthode, le flux magnétique des bobines d'extrémité passe à travers les grands et petits anneaux, et du milieu - à travers deux anneaux adjacents. En raison de la formation d'une répartition inégale des distances, un certain déséquilibre des résistances magnétiques est créé.

Il impose des restrictions distinctes sur les calculs de conception et certains modes de fonctionnement, en particulier la marche au ralenti. Mais en général, un tel schéma du circuit magnétique est largement utilisé dans la pratique.

Les circuits magnétiques représentés sur les photos ci-dessus sont constitués de plaques et des bobines sont placées sur les tiges assemblées. Cette technologie est utilisée dans les usines automatisées avec un grand parc de machines.

Dans les petites industries, la technologie d'assemblage manuel peut être utilisée en raison des flans de bande, lorsqu'une bobine est initialement fabriquée avec un fil enroulé, puis un circuit magnétique est installé autour d'elle à partir d'une bande de fer de transformateur à spires successives.

De tels circuits magnétiques torsadés sont également créés selon le type barre et blindé.

Pour la technologie des bandes, l'épaisseur autorisée du matériau est de 0,2 ou 0,35 mm, et pour l'installation avec des plaques, 0,35 ou 0,5 ou même plus peuvent être choisis. Cela est dû à la nécessité d'enrouler étroitement le ruban entre les couches, ce qui est difficile à faire manuellement lorsque l'on travaille avec des matériaux épais.

Si, lors de l'enroulement de la bande sur une bobine, sa longueur n'est pas suffisante, il est alors permis d'y joindre une extension et de la presser de manière fiable avec une nouvelle couche. De la même manière, des plaques de tiges et des culasses sont assemblées dans des circuits magnétiques lamellaires Dans tous ces cas, les joints doivent être réalisés avec des dimensions minimales, car ils affectent la réluctance totale et la perte d'énergie en général.

Pour un travail précis, on essaie d'éviter la création de tels joints, et lorsqu'il est impossible de les exclure, ils utilisent alors le meulage des bords, obtenant un ajustement serré du métal.

Lors de l'assemblage manuel d'une structure, il est assez difficile d'orienter précisément les plaques les unes par rapport aux autres. Par conséquent, des trous ont été percés et des goupilles ont été insérées, ce qui a assuré un bon centrage. Mais cette méthode réduit légèrement la surface du circuit magnétique, déforme le passage des lignes de force et la résistance magnétique en général.

Les grandes entreprises automatisées spécialisées dans la production de noyaux magnétiques pour transformateurs de précision, relais, démarreurs ont abandonné les trous perforants à l'intérieur des plaques et utilisent d'autres technologies d'assemblage.

Constructions plaquées et frontales

Les noyaux magnétiques créés sur la base de plaques peuvent être assemblés en préparant séparément les barres de culasse, puis en montant des bobines avec des bobines, comme indiqué sur la photo.

Un schéma simplifié d'assemblage de la crosse est illustré à droite. Il peut avoir un sérieux inconvénient - "le feu dans l'acier", qui se caractérise par l'apparence courants de Foucault dans le noyau à la valeur critique comme indiqué dans l'image ci-dessous à gauche avec une ligne rouge ondulée. Cela crée une urgence.

Ce défaut est éliminé avec une couche isolante, ce qui affecte considérablement l'augmentation du flux magnétisant. Et ce sont des pertes d'énergie inutiles.

Dans certains cas, il est nécessaire d'augmenter cet écart pour augmenter la réactivité. Cette technique est utilisée dans les inductances et les selfs.

Pour les raisons énumérées ci-dessus, le schéma d'assemblage de face est utilisé dans les structures non critiques. Pour un fonctionnement précis du circuit magnétique, une plaque laminée est utilisée.

Son principe est basé sur une répartition claire des couches et la création d'espaces égaux dans la tige et la culasse de telle sorte que lors de l'assemblage, toutes les cavités créées soient remplies avec un minimum de joints. Dans ce cas, les plaques de la tige et de la culasse sont entrelacées, formant une structure solide et rigide.

La photo précédente ci-dessus montre une méthode stratifiée de connexion de plaques rectangulaires.Cependant, les structures inclinées, généralement créées à 45 degrés, ont des pertes d'énergie magnétique plus faibles. Ils sont utilisés dans les circuits magnétiques puissants des transformateurs de puissance.

La photo montre l'assemblage de plusieurs plaques inclinées avec déchargement partiel de la structure globale.

Même avec cette méthode, il est nécessaire de surveiller la qualité des surfaces de support et l'absence d'espaces inacceptables dans celles-ci.

La méthode d'utilisation de plaques inclinées garantit des pertes minimales de flux magnétique dans les coins du circuit magnétique, mais complique considérablement le processus de production et la technologie d'assemblage. En raison de la complexité accrue du travail, il est très rarement utilisé.

La méthode d'assemblage stratifié est plus fiable. La conception est robuste, nécessite moins de pièces et est assemblée à l'aide d'une méthode pré-préparée.

Avec cette méthode, une structure commune est créée à partir des plaques. Après le montage complet du circuit magnétique, il devient nécessaire d'installer la bobine dessus.

Pour ce faire, il est nécessaire de démonter la culasse supérieure déjà assemblée, en retirant successivement toutes ses plaques. Afin d'éliminer une telle opération inutile, la technologie d'assemblage d'un circuit magnétique a été développée directement à l'intérieur des enroulements préparés avec des bobines.

Modèles simplifiés de structures stratifiées

Les transformateurs de faible puissance ne nécessitent souvent pas de contrôle magnétique précis. Pour eux, les flans sont créés à l'aide de méthodes d'estampage selon des gabarits préparés, suivis d'un revêtement de vernis isolant et le plus souvent d'un côté.

L'ensemble de circuit magnétique gauche est créé en insérant des blancs dans les bobines au-dessus et en dessous, et celui de droite vous permet de plier et d'insérer la tige centrale dans le trou de bobine interne. Dans ces procédés, un petit espace d'air est formé entre les plaques de support.

Après avoir assemblé l'ensemble, les plaques sont fermement pressées par les attaches. Pour réduire les courants de Foucault avec pertes magnétiques, une couche d'isolation leur est appliquée.

Caractéristiques des circuits magnétiques des relais, démarreurs

Les principes de création d'un chemin pour le passage du flux magnétique sont restés les mêmes. Seul le circuit magnétique est divisé en deux parties :

1. mobile ;

2. fixé de façon permanente.

Lorsqu'un flux magnétique se produit, l'armature mobile, ainsi que les contacts qui y sont fixés, est attirée par le principe d'un électroaimant, et lorsqu'elle disparaît, elle revient à son état d'origine sous l'action de ressorts mécaniques.

Court-circuit

Le courant alternatif change constamment de grandeur et d'amplitude. Ces changements sont transmis au flux magnétique et à la partie mobile de l'armature, qui peut bourdonner et vibrer. Pour éliminer ce phénomène, le circuit magnétique est séparé en insérant un court-circuit.

Une bifurcation du flux magnétique et un déphasage de l'une de ses parties s'y forment. Ensuite, lors du franchissement du point zéro d'une branche, une force anti-vibration agit dans la seconde, et inversement.

Noyaux magnétiques pour appareils à courant continu

Dans ces circuits, il n'est pas nécessaire de traiter les effets néfastes des courants de Foucault, qui se manifestent par des oscillations sinusoïdales harmoniques.Pour les noyaux magnétiques, les assemblages de plaques minces ne sont pas utilisés, mais ils sont réalisés avec des pièces rectangulaires ou arrondies par la méthode des pièces moulées en une seule pièce.

Dans ce cas, le noyau sur lequel la bobine est montée est rond, et le boîtier et la culasse sont rectangulaires.

Pour réduire la force de traction initiale, l'entrefer entre les parties séparées du circuit magnétique est petit.

Circuits magnétiques des machines électriques

La présence d'un rotor mobile qui tourne dans le champ statorique nécessite des caractéristiques particulières conceptions de moteurs électriques et générateurs. À l'intérieur de ceux-ci, il est nécessaire de disposer les bobines traversées par le courant électrique, de manière à garantir les dimensions minimales.

A cet effet, des cavités sont réalisées pour la pose des fils directement dans les circuits magnétiques. Pour ce faire, immédiatement lors de l'estampage des plaques, des canaux y sont créés, qui après l'assemblage sont des lignes prêtes pour les bobines.

Ainsi, le circuit magnétique fait partie intégrante de nombreux appareils électriques et sert à transmettre le flux magnétique.