Сен Магнет - Глобален производител на материјали за постојан магнети & Снабдувач над 20 години.
Вообичаени структури на магнетни кола
Магнетните кола се фундаментални кај различни електрични и електронски уреди, од трансформатори и индуктивности до мотори и генератори. Разбирањето на вообичаените структури на магнетните кола е клучно за инженерите и научниците вклучени во дизајнирањето, анализата и оптимизацијата на овие уреди. Оваа статија дава длабинско истражување на вообичаените структури на магнетните кола, вклучувајќи ги нивните основни компоненти, принципи на работа и примени. Опфаќа едноставни магнетни кола, сложени магнетни кола и некои дизајни на магнетни кола со посебна намена.
1. Вовед
Магнетните кола се аналогни на електричните кола, но наместо да се занимаваат со протокот на електрична струја, тие се занимаваат со протокот на магнетен флукс. Проучувањето на магнетните кола помага во разбирањето како магнетните полиња се распределуваат и контролираат во рамките на даден магнетен материјал и конфигурација на воздух - јаз. Вообичаените структури на магнетни кола се дизајнирани да постигнат специфични карактеристики на магнетното поле, како што се висока густина на магнетен флукс, ниско магнетно истекување и ефикасен пренос на енергија.
2. Основни компоненти на магнетните кола
2.1 Магнетно јадро
Магнетното јадро е главниот дел од магнетното коло што обезбедува патека со ниска отпорност за магнетниот флукс. Обично е направено од феромагнетни материјали како што се железо, челик или ферити. Феромагнетните материјали имаат висока магнетна пропустливост, што значи дека лесно можат да се магнетизираат и демагнетизираат. Обликот на магнетното јадро може да варира во голема мера, вклучувајќи цилиндрични, правоаголни и тороидни форми.
- Цилиндрично јадро : Често се користи кај соленоиди и некои видови индуктиви. Обезбедува релативно едноставна и симетрична магнетна патека. На пример, кај едноставен соленоид, цилиндрично јадро е поставено во калем од жица. Кога електрична струја тече низ калем, се генерира магнетно поле, а магнетниот флукс се концентрира во цилиндричното јадро.
- Правоаголно јадро : Најчесто се наоѓа во трансформатори и некои магнетни сензори. Правоаголната форма овозможува лесно редење на ламинатите за да се намалат загубите од вртложни струи. Ламинираните јадра се прават со редење тенки листови од магнетен материјал со изолационен слој меѓу нив. Оваа структура ги прекинува патеките на вртложни струи, намалувајќи ги загубите на енергија поради вртложни струи.
- Тороидно јадро : Тороидалното јадро е магнетно јадро во облик на крофна. Има предност од многу ниско магнетно истекување бидејќи магнетниот флукс е целосно содржан во јадрото. Тороидните јадра се широко користени во високо-перформансни индуктивности и трансформатори, особено во апликации каде што се потребни ниски електромагнетни пречки (EMI).
2.2 Намотка (Намотки)
Намотката, позната и како намотки, е суштински дел од магнетното коло. Се состои од голем број намотки од жица обвиткани околу магнетното јадро. Кога електрична струја тече низ намотката, таа генерира магнетомоторна сила (MMF), што е аналогно на електромоторната сила (EMF) во електрично коло. MMF е даден со формулата , каде што е бројот на намотки на намотката, а е струјата што тече низ намотката.
- Еднослојни намотки : Кај еднослојните намотки, жицата е намотана околу јадрото во еден слој. Овој тип на намотка е едноставен за конструирање, но може да има релативно голема индуктивност на истекување.
- Повеќеслојни намотки : Повеќеслојните намотки се користат за зголемување на бројот на намотки во ограничен простор. Тие можат да се намотуваат во различни шеми, како што се спирални или кошнични намотки. Повеќеслојните намотки можат да ја намалат индуктивноста на истекување и да ја зголемат индуктивноста на намотката, но исто така можат да внесат дополнителен капацитет помеѓу слоевите.
2.3 Воздух - јаз
Воздушниот јаз е немагнетен регион во магнетно коло. Честопати намерно се воведува во магнетни кола од различни причини, како што се контролирање на густината на магнетниот флукс, обезбедување механички простор или овозможување движење на компонентите. Присуството на воздушен јаз ја зголемува неподготвеноста на магнетното коло бидејќи воздухот има многу помала магнетна пропустливост во споредба со феромагнетните материјали.
3. Едноставни структури на магнетни кола
3.1 Соленоидно магнетно коло
Соленоид е едноставно магнетно коло кое се состои од цилиндрично јадро и намотка од жица обвиткана околу него. Кога низ намотката тече еднонасочна (DC) или наизменична (AC) струја, се генерира магнетно поле по оската на соленоидот.
- DC соленоид : Во DC соленоид, магнетното поле е стабилно сè додека струјата е константна. Густината на магнетниот флукс во соленоидот може да се пресмета приближно со формулата , каде што е пропустливоста на слободниот простор ( ), е релативната пропустливост на материјалот на јадрото, е бројот на намотки по единица должина, а е струјата. DC соленоидите најчесто се користат во релеи, вентили и актуатори.
- AC соленоид : Во AC соленоид, струјата и магнетното поле се менуваат синусоидно со текот на времето. Индуктивноста на соленоидот игра важна улога во одредувањето на односот струја-напон. AC соленоидите се користат во апликации каде што магнетното поле треба брзо да се вклучува и исклучува, како на пример кај некои типови мотори и прекинувачи.
3.2 Магнетно коло на тороидалниот индуктор
Тороидалниот индуктивец е магнетно коло со тороидално јадро и намотки обвиткани околу него. Тороидалниот облик осигурува дека магнетниот флукс е ограничен во јадрото, што резултира со ниско магнетно истекување.
Индуктивноста на тороидална индуктивност може да се пресмета со помош на формулата , каде што е бројот на намотки, е напречниот пресек на јадрото, а е средниот радиус на тороидот. Тороидните индуктивности се широко користени во високофреквентни апликации, како што се радиофреквентните (RF) кола и напојувањата, поради нивните ниски карактеристики на EMI.
4. Сложени магнетни струјни кола
4.1 Магнетно коло на трансформаторот
Трансформаторот е сложено магнетно коло кое се состои од две или повеќе намотки (примарна и секундарна) намотани околу заедничко магнетно јадро. Примарната намотка е поврзана со извор на наизменична струја, кој генерира наизменичен магнетен флукс во јадрото. Овој магнетен флукс се поврзува со секундарната намотка, индуцирајќи наизменичен напон во секундарната намотка според Фарадеевиот закон за електромагнетна индукција.
- Трансформатор од типот на јадро : Кај трансформатор од типот на јадро, намотките се поставени на краците на јадрото. Магнетниот флукс тече низ јадрото и се поврзува и со примарните и со секундарните намотки. Трансформаторите од типот на јадро се широко користени во системите за дистрибуција и пренос на енергија поради нивната релативно едноставна конструкција и висока ефикасност.
- Трансформатор со школка : Кај трансформатор со школка, намотките го опкружуваат централниот крак на јадрото. Оваа структура обезбедува подобра магнетна заштита и го намалува флуксот на истекување помеѓу примарните и секундарните намотки. Трансформаторите со школка често се користат во апликации со мала потрошувачка на енергија, како што се електронски уреди и аудио опрема.
4.2 Магнетно коло на мотор со неподготвеност
Мотор со нестабилност е вид на електричен мотор кој работи на принципот на магнетна нестабилност. Магнетното коло на моторот со нестабилност се состои од статор со истакнати полови и ротор со истакнати полови. Половите на статорот се возбудени од магнетно поле, а роторот се обидува да се усогласи со половите на статорот за да ја минимизира магнетната нестабилност на колото.
Вртежниот момент кај мотор со релаксант е даден со формулата , каде што е струјата во намотките на статорот, е индуктивноста на моторот, а е аголната положба на роторот. Моторите со релаксант се едноставни во конструкцијата, имаат висока сигурност и се користат во апликации како што се вентилатори, пумпи и некои индустриски погони.
5. Структури на магнетни кола со посебна намена
5.1 Магнетно коло на магнетен засилувач
Магнетен засилувач е уред кој ги користи нелинеарните магнетни својства на магнетно јадро за да засили електричен сигнал. Магнетното коло на магнетен засилувач обично се состои од јадро со повеќе намотки, вклучувајќи контролна намотка и излезна намотка.
Со примена на контролна струја на контролната намотка, магнетната пропустливост на јадрото се менува, што пак влијае на магнетниот флукс и индуцираниот напон во излезната намотка. Магнетните засилувачи беа широко користени во минатото за засилување и контрола на сигналот во апликации како што се напојувања и системи за контрола на мотори. Иако тие во голема мера беа заменети со засилувачи базирани на полупроводници во многу апликации, тие сè уште наоѓаат употреба во некои апликации со голема моќност и висока сигурност.
5.2 Магнетно коло за магнетна резонанца (МРИ)
Во МРИ систем, потребно е многу силно и униформно магнетно поле за да се усогласат нуклеарните спинови на атомите во човечкото тело. Магнетното коло на МРИ системот се состои од голем суперспроводлив магнет, кој се лади на многу ниска температура за да се постигне суперспроводливост. Суперспроводливиот магнет генерира магнетно поле со висок интензитет со екстремно низок отпор.
Магнетното коло, исто така, вклучува градиентни намотки, кои се користат за создавање просторно варијабилни магнетни полиња за просторно кодирање на МРИ сигналите. Дизајнот на магнетното коло на МРИ е клучен за добивање висококвалитетни слики и вклучува размислувања како што се униформноста на магнетното поле, линеарноста на градиентното поле и безбедноста на пациентот.
6. Заклучок
Вообичаените структури на магнетни кола играат витална улога во широк спектар на електрични и електронски апликации. Од едноставни соленоиди и тороидни индуктивности до комплексни трансформатори и МРИ системи, дизајнот и анализата на магнетни кола бараат длабоко разбирање на магнетните материјали, теоријата на магнетното поле и принципите на кола.
Со оптимизирање на структурите на магнетните кола, инженерите можат да ги подобрат перформансите, ефикасноста и сигурноста на различни уреди. Идните истражувања во дизајнот на магнетни кола може да се фокусираат на развој на нови магнетни материјали, интеграција на магнетни кола со полупроводнички уреди и минијатуризација на магнетни компоненти за нови апликации како што се нослива електроника и нанотехнологија.
Како заклучок, сеопфатното познавање на вообичаените структури на магнетни кола е од суштинско значење за професионалците во областа на електротехниката, електрониката и применетата физика, овозможувајќи им да воведуваат иновации и да ја унапредуваат технологијата во различни индустрии.
