Appareils électromagnétiques: but, types, exigences, conception

But des appareils électromagnétiques

La production, la transformation, le transport, la distribution ou la consommation d'énergie électrique s'effectuent à l'aide d'appareils électriques. De toute leur variété, nous distinguons les appareils électromagnétiques, dont le travail est basé sur le phénomène d'induction électromagnétiqueaccompagnée de l'apparition de flux magnétiques.

Les dispositifs électromagnétiques statiques comprennent les selfs, les amplificateurs magnétiques, les transformateurs, les relais, les démarreurs, les contacteurs et autres dispositifs. Rotatif — moteurs et générateurs électriques, embrayages électromagnétiques.

Ensemble de pièces ferromagnétiques d'appareils électromagnétiques destinés à conduire l'essentiel du flux magnétique, nommé système magnétique d'un appareil électromagnétique… Une unité structurelle spéciale d'un tel système est circuit magnétique… Les flux magnétiques traversant des circuits magnétiques peuvent être partiellement confinés dans un milieu non magnétique, formant des flux magnétiques parasites.

Les flux magnétiques traversant un circuit magnétique peuvent être créés à l'aide de courants électriques continus ou alternatifs circulant dans un ou plusieurs bobines inductives… Une telle bobine est un élément de circuit électrique conçu pour utiliser sa propre inductance et/ou son propre champ magnétique.

Une ou plusieurs bobines sont formées liquidation… La partie du circuit magnétique sur laquelle ou autour de laquelle se trouve la bobine est appelée cœur, est appelée la partie sur laquelle ou autour de laquelle la bobine n'est pas située joug.

Le calcul des principaux paramètres électriques des appareils électromagnétiques est basé sur la loi du courant total et la loi de l'induction électromagnétique. Le phénomène d'induction mutuelle est utilisé pour transférer de l'énergie d'un circuit électrique à un autre.

Voir plus de détails ici : Circuits magnétiques des appareils électriques et ici: A quoi sert le calcul du circuit magnétique ?

Exigences pour les circuits magnétiques des appareils électromagnétiques

Les exigences relatives aux noyaux magnétiques dépendent de l'objectif fonctionnel des dispositifs électromagnétiques dans lesquels ils sont utilisés.

Dans les dispositifs électromagnétiques, des flux magnétiques constants et/ou alternatifs peuvent être utilisés. Le flux magnétique permanent ne provoque aucune perte d'énergie dans les circuits magnétiques.

Noyaux magnétiques fonctionnant dans des conditions d'exposition flux magnétique constant (par exemple, les bancs des machines à courant continu) peuvent être fabriqués à partir d'ébauches coulées avec usinage ultérieur. Avec une configuration complexe de circuits magnétiques, il est plus économique de les fabriquer à partir de plusieurs éléments.

Le passage dans les circuits magnétiques d'un flux magnétique alternatif s'accompagne de pertes d'énergie appelées pertes magnétiques… Ils provoquent un échauffement des circuits magnétiques. Il est possible de réduire l'échauffement des noyaux magnétiques par des mesures particulières pour leur refroidissement (par exemple, travail dans l'huile). De telles solutions compliquent leur conception, augmentent les coûts de leur production et de leur fonctionnement.

Les pertes magnétiques consistent en :

• perte d'hystérésis;

• les pertes par courants de Foucault ;

• pertes supplémentaires.

Les pertes par hystérésis peuvent être réduites en utilisant des aimants ferromagnétiques doux avec une circuit d'hystérésis.

Les pertes par courants de Foucault sont généralement réduites par :

• utilisation de matériaux à conductivité électrique spécifique plus faible ;

• la fabrication de noyaux magnétiques à partir de bandes ou de plaques isolées électriquement.

Répartition des courants de Foucault dans différents circuits magnétiques : a — en fonderie ; b — dans un ensemble de pièces constituées de matériaux en feuilles.

La partie médiane du circuit magnétique est davantage parcourue par les courants de Foucault que sa surface, ce qui entraîne un « déplacement » du flux magnétique principal vers la surface du circuit magnétique, c'est-à-dire qu'un effet de surface se produit.

Ceci conduit au fait qu'à une certaine fréquence caractéristique du matériau de ce circuit magnétique, le flux magnétique va être complètement concentré dans une fine couche superficielle du circuit magnétique, dont l'épaisseur est déterminée par la profondeur de pénétration à une fréquence donnée .

La présence de courants de Foucault circulant dans un noyau magnétique constitué d'un matériau à faible résistance électrique entraîne des pertes correspondantes (pertes par courants de Foucault).

La tâche de réduire les pertes par courants de Foucault et de préserver au maximum le flux magnétique est résolue en fabriquant des circuits magnétiques à partir de pièces individuelles (ou de leurs pièces), qui sont isolées électriquement les unes des autres. Dans ce cas, la section transversale du circuit magnétique reste inchangée.

Les plaques ou bandes estampées à partir de matériaux en feuille et enroulées sur un noyau sont largement utilisées. Différentes méthodes technologiques peuvent être utilisées pour isoler les surfaces des plaques (ou bandes), dont l'application de vernis ou d'émaux isolants est le plus souvent appliquée.

Un circuit magnétique constitué de pièces séparées (ou de leurs pièces) permet :

• réduction des pertes par courants de Foucault dues à la disposition perpendiculaire des plaques par rapport au sens de leur circulation (dans ce cas, la longueur des circuits le long desquels peuvent circuler les courants de Foucault diminue) ;

• pour obtenir une répartition non uniforme négligeable du flux magnétique, car à une faible épaisseur du matériau en feuille, proportionnelle à la profondeur de pénétration, l'effet de blindage des courants de Foucault est faible.

D'autres exigences peuvent être imposées aux matériaux des noyaux magnétiques : résistance à la température et aux vibrations, faible coût, etc. Lors de la conception d'un dispositif spécifique, le matériau magnétique doux dont les paramètres répondent le mieux aux exigences spécifiées est sélectionné.

Conception de noyaux magnétiques

Selon la technologie de production, les noyaux magnétiques des appareils électromagnétiques peuvent être divisés en 3 groupes principaux :

• lamellaire;

• enregistrer;

• moulé.

Les circuits magnétiques lamellaires sont recrutés à partir de plaques séparées et électriquement isolées les unes des autres, ce qui permet de réduire les pertes par courants de Foucault. Les noyaux magnétiques en bande sont obtenus en enroulant une bande d'une certaine épaisseur. Dans de tels circuits magnétiques, l'effet des courants de Foucault est considérablement réduit, puisque les plans des bandes sont recouverts d'un vernis isolant.

Les noyaux magnétiques formés sont produits par coulée (acier électrique), technologie céramique (ferrites), mélange de composants suivi d'un pressage (magnéto-diélectriques) et d'autres méthodes.

Lors de la fabrication du circuit magnétique d'un appareil électromagnétique, il est nécessaire de s'assurer de sa conception spécifique, qui est déterminée par de nombreux facteurs (puissance de l'appareil, fréquence de fonctionnement, etc.), notamment la présence ou l'absence de conversion directe ou inverse des signaux électromagnétiques. énergie en énergie mécanique dans l'appareil.

Les conceptions d'appareils dans lesquels une telle transformation se produit (moteurs électriques, générateurs, relais, etc.) comprennent des pièces qui se déplacent sous l'influence de l'interaction électromagnétique.

Les appareils dans lesquels l'induction électromagnétique ne provoque pas la conversion de l'énergie électromagnétique en énergie mécanique (transformateurs, selfs, amplificateurs magnétiques, etc.) sont appelés appareils électromagnétiques statiques.

Dans les dispositifs électromagnétiques statiques, selon la conception, les circuits magnétiques blindés, à tige et en anneau sont le plus souvent utilisés.

Les noyaux magnétiques moulés peuvent avoir une conception plus complexe que les feuilles et les bandes.

Noyaux magnétiques formés : a — ronds ; b — d — blindé ; d - tasse; f, g — rotation; h — de nombreuses ouvertures

Les noyaux magnétiques blindés se distinguent par leur simplicité de conception et, par conséquent, leur fabricabilité. De plus, cette conception offre une meilleure protection de la bobine (par rapport aux autres) contre les influences mécaniques et les interférences électromagnétiques.

Les circuits magnétiques à noyau sont différents :

• bon refroidissement;

• faible sensibilité aux perturbations (car la FEM des perturbations induites dans les bobines voisines est de signe opposé et est partiellement ou totalement compensée) ;

• moins de poids (par rapport à l'armure) avec la même puissance;

• moins (par rapport à l'armure) dissipation du flux magnétique.

Les inconvénients des dispositifs basés sur des circuits magnétiques à tige (par rapport aux dispositifs basés sur des circuits blindés) comprennent la pénibilité de la fabrication des bobines (surtout lorsqu'elles sont placées sur des tiges différentes) et leur protection plus faible contre les influences mécaniques.

En raison des faibles courants de fuite, les circuits magnétiques en anneau se distinguent, d'une part, par une bonne isolation acoustique et, d'autre part, par un faible effet sur les éléments d'équipement électronique (REE) à proximité. Pour cette raison, ils sont largement utilisés dans les produits d'ingénierie radio.

Les inconvénients des circuits magnétiques circulaires sont liés à leur faible technologie (difficultés à enrouler les bobines et à installer des appareils électromagnétiques sur le lieu d'utilisation) et à une puissance limitée - jusqu'à des centaines de watts (cette dernière s'explique par l'échauffement du circuit magnétique, qui n'a pas de refroidissement direct en raison des spires situées dessus de la bobine).

Le choix du type et du type de circuit magnétique est fait en tenant compte de la possibilité d'obtenir les plus petites valeurs de sa masse, de son volume et de son coût.

Des structures suffisamment complexes ont des circuits magnétiques d'appareils dans lesquels il y a une conversion directe ou inverse de l'énergie électromagnétique en énergie mécanique (par exemple, des circuits magnétiques de machines électriques tournantes). De tels dispositifs utilisent des circuits magnétiques moulés ou à plaques.

Types d'appareils électromagnétiques

Manette de Gaz — un dispositif utilisé comme résistance inductive dans les circuits à courant alternatif ou pulsé.

Les noyaux magnétiques avec un entrefer non magnétique sont utilisés dans les inductances CA qui sont utilisées pour le stockage d'énergie et dans les inductances de lissage conçues pour lisser l'ondulation de courant redressée. Dans le même temps, il existe des selfs dans lesquelles la taille de l'entrefer non magnétique peut être ajustée, ce qui est nécessaire pour modifier l'inductance de la self pendant son fonctionnement.

Le dispositif et le principe de fonctionnement de l'accélérateur électrique

Amplificateur magnétique — un dispositif constitué d'un ou plusieurs circuits magnétiques avec des bobines au moyen desquelles le courant ou la tension peut être modifié en amplitude dans un circuit électrique alimenté par une tension alternative ou une source de courant alternatif, basé sur l'utilisation du phénomène de saturation du ferromagnétique sous l'action d'un champ de polarisation permanent.

Le principe de fonctionnement de l'amplificateur magnétique est basé sur une modification de la perméabilité magnétique différentielle (mesurée sur un courant alternatif) avec une modification du courant de polarisation continu, donc l'amplificateur magnétique le plus simple est une self saturée contenant une bobine de travail et une commande bobine.

Transformateur est appelé un dispositif électromagnétique statique qui possède deux (ou plusieurs) bobines couplées par induction et est conçu pour convertir par induction électromagnétique un ou plusieurs systèmes CA en un ou plusieurs autres systèmes CA.

La puissance du transformateur est déterminée par l'induction maximale possible du matériau du noyau magnétique et ses dimensions. Ainsi, les noyaux magnétiques (généralement du type tige) des transformateurs de puissance puissants sont assemblés à partir de tôles d'acier électrique d'une épaisseur de 0,35 ou 0,5 mm.

Le dispositif et le principe de fonctionnement du transformateur

Relais électromagnétique est appelé relais électromécanique, dont le fonctionnement est basé sur l'effet d'un champ magnétique d'une bobine fixe sur un élément ferromagnétique en mouvement.

Tout relais électromagnétique contient deux circuits électriques : un circuit de signal d'entrée (commande) et un circuit de signal de sortie (commandé). Selon le principe de dispositif du circuit commandé, on distingue les relais non polarisés et polarisés. Le fonctionnement des relais non polarisés, contrairement aux relais polarisés, ne dépend pas du sens du courant dans le circuit de commande.

Comment fonctionne et fonctionne un relais électromagnétique

Différences entre les relais électromagnétiques DC et AC

Machine électrique tournante — un dispositif conçu pour convertir de l'énergie basée sur l'induction électromagnétique et l'interaction d'un champ magnétique avec un courant électrique, contenant au moins deux parties impliquées dans le processus de conversion principal et capables de tourner ou de tourner l'une par rapport à l'autre.

La partie des machines électriques qui comprend un circuit magnétique fixe avec une bobine s'appelle le stator et la partie tournante s'appelle le rotor.

Une machine électrique destinée à convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique est appelée génératrice de machine électrique. Une machine électrique destinée à convertir l'énergie électrique en énergie mécanique est appelée moteur électrique rotatif.

Le principe de fonctionnement et le dispositif des moteurs électriques

Le principe de fonctionnement et le dispositif des générateurs

Les exemples ci-dessus d'utilisation de matériaux souples pour créer des dispositifs électromagnétiques ne sont pas exhaustifs. Tous ces principes s'appliquent également à la conception des circuits magnétiques et autres produits électriques utilisant des inducteurs, tels que les appareils de commutation électrique, les serrures magnétiques, etc.