Mạch từ là gì và nó được sử dụng ở đâu

Hai gốc ghép "nam châm" và "dây dẫn" được nối với nhau bằng chữ "o" xác định mục đích của thiết bị điện này, được tạo ra để truyền từ thông một cách đáng tin cậy qua một dây dẫn đặc biệt với tổn thất tối thiểu hoặc trong một số trường hợp nhất định.

Ngành công nghiệp điện sử dụng rộng rãi sự phụ thuộc lẫn nhau của năng lượng điện và từ, sự chuyển đổi của chúng từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nhiều máy biến áp, cuộn cảm, công tắc tơ, rơle, bộ khởi động, động cơ điện, máy phát điện và các thiết bị tương tự khác hoạt động theo nguyên tắc này.

Thiết kế của họ bao gồm một mạch từ truyền một từ thông được kích thích bởi dòng điện để chuyển đổi thêm năng lượng điện. Nó là một trong những thành phần của hệ thống từ tính của các thiết bị điện.

Lõi từ của sản phẩm điện (thiết bị) (dẫn thông lượng cuộn dây) — hệ thống từ tính của sản phẩm điện (thiết bị) hoặc một bộ gồm nhiều bộ phận của nó dưới dạng một đơn vị cấu trúc riêng biệt (GOST 18311-80).

Lõi từ được làm bằng gì?

Đặc điểm từ tính

Các chất được bao gồm trong thiết kế của nó có thể có các tính chất từ ​​tính khác nhau. Chúng thường được phân thành 2 loại:

1. từ tính yếu;

2. có từ tính cao.

Để phân biệt chúng, người ta dùng thuật ngữ «Tính thấm từ tính µ», xác định sự phụ thuộc của cảm ứng từ B (lực) được tạo ra vào giá trị của lực tác dụng H.

Đồ thị trên cho thấy sắt từ có đặc tính từ mạnh, trong khi chúng có đặc tính từ yếu ở nam châm thuận và nghịch từ.

Tuy nhiên, cảm ứng của sắt từ khi điện áp tăng thêm bắt đầu giảm, có một điểm rõ rệt với giá trị cực đại đặc trưng cho thời điểm bão hòa của chất. Nó được sử dụng trong tính toán và hoạt động của mạch từ.

Sau khi chấm dứt hoạt động của điện áp, một phần tính chất từ ​​​​vẫn còn trong chất và nếu một trường ngược lại được áp dụng cho nó, thì một phần năng lượng của nó sẽ được sử dụng để khắc phục phần này.

Do đó, trong mạch trường điện từ xoay chiều có độ trễ cảm ứng so với lực tác dụng. Một sự phụ thuộc tương tự vào từ hóa của chất sắt từ được đặc trưng bởi một đồ thị gọi là trễ.

Trên đó, các điểm Hk thể hiện độ rộng của đường bao đặc trưng cho từ dư (lực cưỡng bức). Theo kích thước của chúng, sắt từ được chia thành hai loại:

1. mềm, đặc trưng bởi một vòng hẹp;

2. cứng rắn, có lực cưỡng chế cao.

Loại đầu tiên bao gồm các hợp kim mềm của sắt và permola. Chúng được sử dụng để làm lõi cho máy biến áp, động cơ điện và máy phát điện xoay chiều vì chúng tạo ra mức tiêu hao năng lượng tối thiểu để đảo ngược quá trình từ hóa.

Sắt từ cứng làm bằng thép carbon và hợp kim đặc biệt được sử dụng trong các thiết kế nam châm vĩnh cửu khác nhau.

Khi chọn vật liệu cho mạch từ, tổn thất được tính đến:

• hiện tượng trễ;

• dòng điện xoáy được tạo ra bởi tác động của EMF gây ra bởi từ thông;

• hệ quả do nhớt từ.

Tư liệu (sửa)

Đặc điểm của hợp kim

Đối với các thiết kế mạch từ AC, các loại thép tấm hoặc thép thành mỏng dạng cuộn đặc biệt được sản xuất với các mức độ bổ sung hợp kim khác nhau, được sản xuất bằng phương pháp cán nguội hoặc cán nóng. Ngoài ra, thép cán nguội đắt hơn nhưng tổn thất cảm ứng ít hơn.

Các tấm và cuộn thép được gia công thành tấm hoặc dải. Chúng được phủ một lớp vecni để bảo vệ và cách nhiệt. Bảo hiểm hai mặt đáng tin cậy hơn.

Đối với rơ le, khởi động và công tắc tơ hoạt động trong mạch điện một chiều, lõi từ được đúc liền khối.

mạch xoay chiều

Lõi từ của máy biến áp

thiết bị một pha

Trong số đó, hai loại mạch từ là phổ biến:

1 gậy;

2. Thiết giáp.

Loại đầu tiên được chế tạo với hai thanh, trên mỗi thanh có hai cuộn dây có điện áp cao hoặc thấp được đặt riêng. Nếu một cuộn dây LV và LV được đặt trên thanh, thì dòng năng lượng tiêu tán lớn sẽ xảy ra và thành phần điện kháng tăng lên.

Từ thông đi qua các thanh được đóng lại bởi ách trên và dưới.

Loại bọc thép có một thanh với các cuộn dây và móc từ đó từ thông chia thành hai nửa. Do đó, diện tích của nó gấp đôi tiết diện của cái ách.Các cấu trúc như vậy thường được tìm thấy trong các máy biến áp công suất thấp, nơi tải nhiệt lớn không được tạo ra trên cấu trúc.

Máy biến áp điện yêu cầu bề mặt làm mát lớn với cuộn dây do chuyển đổi tải cao hơn. Đề án hợp nhất phù hợp hơn cho họ.

thiết bị ba pha

Đối với chúng, bạn có thể sử dụng ba mạch từ một pha nằm ở một phần ba chu vi hoặc thu thập các cuộn dây sắt thông thường trong lồng của chúng.

Nếu chúng ta xem xét một mạch từ chung gồm ba cấu trúc giống hệt nhau nằm ở góc 120 độ, như thể hiện ở góc trên bên trái của hình, thì bên trong thanh trung tâm, tổng từ thông sẽ cân bằng và bằng không.

Tuy nhiên, trên thực tế, một thiết kế đơn giản hóa nằm trong cùng một mặt phẳng, khi ba cuộn dây khác nhau được đặt trên một thanh riêng biệt, thường được sử dụng hơn. Theo phương pháp này, từ thông từ các cuộn dây cuối đi qua các vòng lớn và nhỏ, và từ giữa - qua hai vòng liền kề. Do sự hình thành của sự phân bố khoảng cách không đồng đều, sự mất cân bằng nhất định của điện trở từ được tạo ra.

Nó áp đặt các hạn chế riêng đối với tính toán thiết kế và một số chế độ hoạt động, đặc biệt là chạy không tải. Nhưng nói chung, sơ đồ mạch từ như vậy được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Các mạch từ tính trong các bức ảnh trên được làm bằng các tấm và các cuộn dây được đặt trên các thanh lắp ráp. Công nghệ này được sử dụng trong các nhà máy tự động với khu máy móc lớn.

Trong các ngành công nghiệp nhỏ, công nghệ lắp ráp thủ công có thể được sử dụng do các khoảng trống của băng, khi một cuộn dây ban đầu được chế tạo bằng dây cuộn, sau đó một mạch từ được lắp đặt xung quanh nó từ một băng sắt biến áp với các vòng quay liên tiếp.

Các mạch từ xoắn như vậy cũng được tạo ra theo kiểu thanh và bọc thép.

Đối với công nghệ dải, độ dày cho phép của vật liệu là 0,2 hoặc 0,35 mm và để lắp đặt với các tấm, có thể chọn 0,35 hoặc 0,5 hoặc thậm chí nhiều hơn. Điều này là do cần phải quấn chặt băng giữa các lớp, điều này khó thực hiện thủ công khi làm việc với vật liệu dày.

Nếu khi cuộn băng trên một cuộn, chiều dài của nó không đủ, thì nó được phép nối phần mở rộng vào nó và ép nó một cách chắc chắn bằng một lớp mới. Theo cách tương tự, các tấm thanh và ách được lắp ráp trong các mạch từ mỏng... Trong tất cả các trường hợp này, các khớp phải được chế tạo với kích thước tối thiểu, vì chúng ảnh hưởng đến tổng trở kháng và tổn thất năng lượng nói chung.

Đối với công việc chính xác, cố gắng tránh tạo ra các khớp như vậy và khi không thể loại trừ chúng, thì họ sử dụng phương pháp mài cạnh, đạt được độ khít của kim loại.

Khi lắp ráp thủ công một cấu trúc, khá khó để định hướng chính xác các tấm với nhau. Do đó, các lỗ đã được khoan trên chúng và các chốt được lắp vào để đảm bảo định tâm tốt. Nhưng phương pháp này làm giảm một chút diện tích của mạch từ, làm biến dạng đường sức và điện trở từ nói chung.

Các doanh nghiệp tự động hóa lớn chuyên sản xuất lõi từ cho máy biến áp, rơle, bộ khởi động chính xác đã từ bỏ việc đục lỗ bên trong các tấm và sử dụng các công nghệ lắp ráp khác.

Công trình ốp và mặt trước

Các lõi từ được tạo trên cơ sở các tấm có thể được lắp ráp bằng cách chuẩn bị riêng các thanh ách và sau đó gắn các cuộn dây với các cuộn dây, như trong ảnh.

Một sơ đồ lắp ráp mông đơn giản hóa được hiển thị bên phải. Nó có thể có một nhược điểm nghiêm trọng - "lửa trong thép", được đặc trưng bởi vẻ ngoài dòng điện xoáy trong lõi đến giá trị tới hạn như trong hình bên dưới bên trái với một đường lượn sóng màu đỏ. Điều này tạo ra một trường hợp khẩn cấp.

Khiếm khuyết này được loại bỏ bằng một lớp cách điện, ảnh hưởng đáng kể đến sự gia tăng từ thông. Và đây là những tổn thất năng lượng không cần thiết.

Trong một số trường hợp, cần tăng khoảng cách này để tăng khả năng phản ứng. Kỹ thuật này được sử dụng trong cuộn cảm và cuộn cảm.

Vì những lý do được liệt kê ở trên, sơ đồ lắp ráp mặt được sử dụng trong các cấu trúc không quan trọng. Để hoạt động chính xác của mạch từ, một tấm nhiều lớp được sử dụng.

Nguyên tắc của nó dựa trên sự phân bố rõ ràng của các lớp và tạo ra các khoảng trống bằng nhau trên thanh và chốt sao cho trong quá trình lắp ráp, tất cả các lỗ hổng được tạo ra đều được lấp đầy bằng các mối nối tối thiểu. Trong trường hợp này, các tấm của thanh và ách được đan xen với nhau, tạo thành một cấu trúc chắc chắn và cứng cáp.

Ảnh trước ở trên cho thấy phương pháp kết nối các tấm hình chữ nhật nhiều lớp.Tuy nhiên, các cấu trúc nghiêng, thường được tạo ra ở 45 độ, có tổn thất năng lượng từ tính thấp hơn. Chúng được sử dụng trong các mạch từ tính mạnh của máy biến áp.

Bức ảnh cho thấy việc lắp ráp một số tấm nghiêng với việc dỡ tải một phần của cấu trúc tổng thể.

Ngay cả với phương pháp này, cần phải theo dõi chất lượng của các bề mặt hỗ trợ và sự vắng mặt của các khoảng trống không thể chấp nhận được trong chúng.

Phương pháp sử dụng các tấm nghiêng đảm bảo tổn thất từ ​​thông ở các góc của mạch từ là tối thiểu, nhưng làm phức tạp đáng kể quy trình sản xuất và công nghệ lắp ráp. Do độ phức tạp của công việc tăng lên, nó rất hiếm khi được sử dụng.

Phương pháp lắp ráp nhiều lớp đáng tin cậy hơn. Thiết kế mạnh mẽ, yêu cầu ít bộ phận hơn và được lắp ráp bằng phương pháp chuẩn bị trước.

Với phương pháp này, một cấu trúc chung được tạo ra từ các tấm. Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh mạch từ, cần phải lắp đặt cuộn dây trên đó.

Để làm điều này, cần phải tháo rời ách trên đã được lắp ráp, lần lượt tháo tất cả các tấm của nó. Để loại bỏ hoạt động không cần thiết như vậy, công nghệ lắp ráp mạch từ đã được phát triển trực tiếp bên trong các cuộn dây có cuộn dây đã chuẩn bị sẵn.

Các mô hình đơn giản hóa của cấu trúc nhiều lớp

Máy biến áp công suất thấp thường không yêu cầu điều khiển từ tính chính xác. Đối với họ, các khoảng trống được tạo ra bằng phương pháp dập theo các mẫu đã chuẩn bị, sau đó phủ một lớp sơn bóng cách điện và thường xuyên nhất ở một bên.

Cụm mạch từ bên trái được tạo bằng cách chèn các khoảng trống vào các cuộn dây bên trên và bên dưới, còn cụm bên phải cho phép bạn uốn cong và lắp thanh trung tâm vào lỗ cuộn dây bên trong. Trong các phương pháp này, một khe hở không khí nhỏ được hình thành giữa các tấm đỡ.

Sau khi lắp ráp bộ, các tấm được ép chặt bằng ốc vít. Để giảm dòng điện xoáy với tổn thất từ ​​tính, một lớp cách điện được áp dụng cho chúng.

Đặc điểm mạch từ của rơ le, khởi động

Các nguyên tắc tạo đường dẫn cho từ thông đi qua vẫn giữ nguyên. Chỉ có mạch từ được chia thành hai phần:

1. di động;

2. cố định vĩnh viễn.

Khi xuất hiện từ thông, phần ứng chuyển động cùng với các tiếp điểm cố định trên nó sẽ bị hút theo nguyên lý của nam châm điện, khi biến mất sẽ trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của các lò xo cơ học.

Ngắn mạch

Dòng điện xoay chiều luôn biến đổi về độ lớn và biên độ. Những thay đổi này được truyền đến từ thông và phần chuyển động của phần ứng, có thể kêu và rung. Để loại bỏ hiện tượng này, mạch từ được tách ra bằng cách chèn một mạch ngắn.

Sự phân nhánh của từ thông và sự lệch pha của một trong các bộ phận của nó được hình thành trong đó. Sau đó, khi đi qua điểm 0 của một nhánh, lực chống rung sẽ tác động lên nhánh thứ hai và ngược lại.

Lõi từ cho các thiết bị DC

Trong các mạch này, không cần phải đối phó với tác hại của dòng điện xoáy, biểu hiện ở dạng dao động điều hòa hình sin.Đối với lõi từ, các cụm tấm mỏng không được sử dụng, nhưng chúng được chế tạo với các bộ phận hình chữ nhật hoặc hình tròn bằng phương pháp đúc một mảnh.

Trong trường hợp này, lõi mà cuộn dây được gắn vào có hình tròn, vỏ và ách có hình chữ nhật.

Để giảm lực kéo ban đầu, khe hở không khí giữa các phần riêng biệt của mạch từ nhỏ.

Mạch từ của máy điện

Sự hiện diện của một rôto di động quay trong trường stato đòi hỏi các đặc tính đặc biệt động cơ điện thiết kế và máy phát điện. Bên trong chúng, cần bố trí các cuộn dây mà dòng điện chạy qua, sao cho đảm bảo kích thước tối thiểu.

Với mục đích này, các lỗ sâu được tạo ra để đặt dây trực tiếp trong mạch từ. Để làm điều này, ngay lập tức khi dập các tấm, các kênh được tạo trong chúng, sau khi lắp ráp, các đường sẵn sàng cho các cuộn dây sẽ được tạo thành.

Do đó, mạch từ là một phần không thể thiếu của nhiều thiết bị điện và dùng để truyền từ thông.