O que é um circuito magnético e onde é usado

Duas raízes compostas "ímã" e "condutor" conectadas pela letra "o" determinam a finalidade deste dispositivo elétrico, criado para transmitir de forma confiável o fluxo magnético através de um condutor especial com perdas mínimas ou, em alguns casos, certas perdas.

A indústria elétrica utiliza amplamente a interdependência da energia elétrica e magnética, sua transição de um estado para outro. Muitos transformadores, indutores, contatores, relés, acionadores de partida, motores elétricos, geradores e outros dispositivos semelhantes funcionam com base nesse princípio.

Seu projeto inclui um circuito magnético que transmite um fluxo magnético excitado pela passagem de corrente elétrica para converter ainda mais a energia elétrica. É um dos componentes do sistema magnético de dispositivos elétricos.

Núcleo magnético de um produto elétrico (dispositivo) (guia de fluxo da bobina) - um sistema magnético de um produto elétrico (dispositivo) ou um conjunto de várias de suas partes na forma de uma unidade estrutural separada (GOST 18311-80).

Do que é feito o núcleo magnético?

Características magnéticas

As substâncias incluídas em seu design podem ter diferentes propriedades magnéticas. Geralmente são classificados em 2 tipos:

1. fracamente magnético;

2. altamente magnético.

Para distingui-los, usa-se o termo «Permeabilidade magnética µ», que determina a dependência da indução magnética criada B (força) no valor da força aplicada H.

O gráfico acima mostra que os ferromagnetos têm fortes propriedades magnéticas, enquanto são fracos em paramagnetos e diamagnetos.

No entanto, a indução dos ferromagnetos com um novo aumento da tensão começa a diminuir, tendo um ponto pronunciado com um valor máximo que caracteriza o momento de saturação da substância. É usado no cálculo e operação de circuitos magnéticos.

Após o término da ação da tensão, parte das propriedades magnéticas permanece com a substância e, se um campo oposto for aplicado a ela, parte de sua energia será gasta na superação dessa fração.

Portanto, em circuitos de campo eletromagnético alternado, há um atraso de indução da força aplicada. Uma dependência semelhante da magnetização da substância dos ferromagnetos é caracterizada por um gráfico chamado histerese.

Nela, os pontos Hk mostram a largura do contorno que caracteriza o magnetismo residual (força coercitiva). De acordo com seu tamanho, os ferromagnetos são divididos em duas categorias:

1. macio, caracterizado por uma alça estreita;

2. duro, com alta força coercitiva.

A primeira categoria inclui ligas macias de ferro e permola. Eles são usados ​​para fazer núcleos para transformadores, motores elétricos e alternadores porque geram um gasto mínimo de energia para reverter a magnetização.

Ferromagnetos duros feitos de aço carbono e ligas especiais são usados ​​em vários projetos de ímãs permanentes.

Ao escolher um material para um circuito magnético, as perdas são levadas em consideração para:

• histerese;

• correntes parasitas geradas pela ação do EMF induzida pelo fluxo magnético;

• devido à viscosidade magnética.

Materiais (editar)

Características das ligas

Para projetos de circuitos magnéticos CA, tipos especiais de chapas ou aços enrolados de paredes finas são produzidos com vários graus de adição de liga, que são produzidos por laminação a frio ou a quente. Além disso, o aço laminado a frio é mais caro, mas tem menos perdas por indução.

Chapas e bobinas de aço são usinadas em chapas ou tiras. Eles são cobertos com uma camada de verniz para proteção e isolamento. A cobertura frente e verso é mais confiável.

Para relés, partidas e contatores operando em circuitos DC, os núcleos magnéticos são fundidos em blocos sólidos.

circuitos CA

Núcleos magnéticos de transformadores

Dispositivos monofásicos

Entre eles, dois tipos de circuitos magnéticos são comuns:

1. bastão;

2. Blindado.

O primeiro tipo é feito com duas hastes, em cada uma das quais são colocadas separadamente duas bobinas com bobinas de alta ou baixa tensão. Se uma bobina de LV e LV for colocada na barra, ocorrerão grandes fluxos de dissipação de energia e o componente de reatância aumentará.

O fluxo magnético que passa pelas hastes é fechado pela forquilha superior e inferior.

O tipo blindado possui uma haste com bobinas e culatras das quais o fluxo magnético se divide em duas metades. Portanto, sua área é duas vezes a seção transversal do jugo.Tais estruturas são encontradas com mais frequência em transformadores de baixa potência, onde grandes cargas térmicas não são criadas na estrutura.

Os transformadores de potência requerem uma grande superfície de resfriamento com enrolamentos devido à conversão de cargas mais altas. O esquema consolidado é mais adequado para eles.

Dispositivos trifásicos

Para eles, você pode usar três circuitos magnéticos monofásicos localizados em um terço da circunferência ou coletar bobinas de ferro comum em suas gaiolas.

Se considerarmos um circuito magnético comum de três estruturas idênticas localizadas em um ângulo de 120 graus, conforme mostrado no canto superior esquerdo da imagem, dentro da haste central o fluxo magnético total será equilibrado e igual a zero.

Na prática, no entanto, um projeto simplificado localizado no mesmo plano, quando três enrolamentos diferentes estão localizados em uma haste separada, é mais usado. Neste método, o fluxo magnético das bobinas finais passa pelos anéis grandes e pequenos, e do meio - por dois adjacentes. Devido à formação de uma distribuição desigual de distâncias, é criado um certo desequilíbrio de resistências magnéticas.

Ele impõe restrições separadas nos cálculos de projeto e em alguns modos de operação, especialmente em marcha lenta. Mas, em geral, esse esquema do circuito magnético é amplamente utilizado na prática.

Os circuitos magnéticos mostrados nas fotos acima são feitos de placas e bobinas são colocadas nas hastes montadas. Esta tecnologia é utilizada em fábricas automatizadas com grande parque de máquinas.

Em pequenas indústrias, a tecnologia de montagem manual pode ser utilizada devido a fitas em branco, quando uma bobina é inicialmente feita com um fio enrolado e, em seguida, um circuito magnético é instalado em torno dela a partir de uma fita de ferro transformador com voltas sucessivas.

Esses circuitos magnéticos torcidos também são criados de acordo com o tipo de barra e blindado.

Para a tecnologia de tiras, a espessura permitida do material é de 0,2 ou 0,35 mm e, para instalação com placas, pode-se escolher 0,35 ou 0,5 ou até mais. Isso se deve à necessidade de enrolar bem a fita entre as camadas, o que é difícil de fazer manualmente ao trabalhar com materiais espessos.

Se, ao enrolar a fita em um carretel, seu comprimento não for suficiente, é permitido unir uma extensão a ela e pressioná-la de forma confiável com uma nova camada. Da mesma forma, placas de hastes e jugos são montados em circuitos magnéticos lamelares.Em todos esses casos, as juntas devem ser feitas com dimensões mínimas, pois afetam a relutância total e as perdas de energia em geral.

Para um trabalho preciso, tenta-se evitar a criação de tais juntas e, quando é impossível excluí-las, usam-se retificações de arestas, obtendo-se um encaixe perfeito do metal.

Ao montar manualmente uma estrutura, é muito difícil orientar com precisão as placas entre si. Portanto, neles foram feitos furos e inseridos pinos, o que garantiu uma boa centralização. Mas esse método reduz um pouco a área do circuito magnético, distorce a passagem das linhas de força e a resistência magnética em geral.

Grandes empresas automatizadas especializadas na produção de núcleos magnéticos para transformadores, relés e acionadores de precisão abandonaram os furos perfurantes dentro das placas e usam outras tecnologias de montagem.

Construções revestidas e frontais

Núcleos magnéticos criados com base em placas podem ser montados preparando separadamente as barras do garfo e depois montando bobinas com bobinas, conforme mostrado na foto.

Um diagrama de montagem de topo simplificado é mostrado à direita. Pode ter uma séria desvantagem - "fogo em aço", que se caracteriza pela aparência correntes parasitas no núcleo para o valor crítico conforme mostrado na figura abaixo à esquerda com uma linha vermelha ondulada. Isso cria uma emergência.

Este defeito é eliminado com uma camada isolante, o que afeta significativamente o aumento do fluxo de magnetização. E essas são perdas desnecessárias de energia.

Em alguns casos, é necessário aumentar esse intervalo para aumentar a reatividade. Esta técnica é usada em indutores e bobinas.

Pelas razões listadas acima, o esquema de montagem de face é usado em estruturas não críticas. Para operação precisa do circuito magnético, é utilizada uma placa laminada.

Seu princípio é baseado em uma distribuição clara das camadas e na criação de folgas iguais na haste e na forquilha de tal forma que durante a montagem todas as cavidades criadas sejam preenchidas com juntas mínimas. Nesse caso, as placas da haste e do garfo são entrelaçadas entre si, formando uma estrutura forte e rígida.

A foto anterior acima mostra um método laminado de conectar placas retangulares.No entanto, estruturas inclinadas, geralmente criadas a 45 graus, têm perdas de energia magnética menores. Eles são usados ​​em circuitos magnéticos poderosos de transformadores de potência.

A foto mostra a montagem de várias placas inclinadas com descarga parcial da estrutura geral.

Mesmo com esse método, é necessário monitorar a qualidade das superfícies de suporte e a ausência de lacunas inaceitáveis ​​nelas.

O método de uso de placas inclinadas garante perdas mínimas de fluxo magnético nos cantos do circuito magnético, mas complica significativamente o processo de produção e a tecnologia de montagem. Devido ao aumento da complexidade do trabalho, é usado muito raramente.

O método de montagem laminado é mais confiável. O design é robusto, requer menos peças e é montado usando um método pré-preparado.

Com este método, uma estrutura comum é criada a partir das placas. Após a montagem completa do circuito magnético, torna-se necessário instalar a bobina nele.

Para isso, é necessário desmontar o garfo superior já montado, removendo sucessivamente todas as suas placas. Para eliminar essa operação desnecessária, a tecnologia de montagem de um circuito magnético foi desenvolvida diretamente nos enrolamentos preparados com bobinas.

Modelos simplificados de estruturas laminadas

Transformadores de baixa potência muitas vezes não requerem controle magnético preciso. Para eles, os espaços em branco são criados usando métodos de estampagem de acordo com os modelos preparados, seguidos de revestimento com verniz isolante e, na maioria das vezes, de um lado.

O conjunto do circuito magnético esquerdo é criado inserindo espaços em branco nas bobinas acima e abaixo, e o direito permite dobrar e inserir a haste central no orifício interno da bobina. Nesses métodos, um pequeno espaço de ar é formado entre as placas de suporte.

Após a montagem do conjunto, as placas são fortemente pressionadas pelos fixadores. Para reduzir as correntes parasitas com perdas magnéticas, uma camada de isolamento é aplicada a elas.

Características dos circuitos magnéticos de relés, starters

Os princípios de criar um caminho para a passagem do fluxo magnético permaneceram os mesmos. Apenas o circuito magnético é dividido em duas partes:

1. móvel;

2. fixo permanentemente.

Quando ocorre um fluxo magnético, a armadura móvel, juntamente com os contatos fixados nela, é atraída pelo princípio de um eletroímã e, quando desaparece, retorna ao seu estado original sob a ação de molas mecânicas.

Curto circuito

A corrente alternada está constantemente mudando em magnitude e amplitude. Essas mudanças são transmitidas ao fluxo magnético e à parte móvel da armadura, que pode zumbir e vibrar. Para eliminar esse fenômeno, o circuito magnético é separado inserindo um curto-circuito.

Uma bifurcação do fluxo magnético e uma mudança de fase de uma de suas partes são formadas nele. Então, ao cruzar o ponto zero de um ramo, uma força antivibração atua no segundo, e vice-versa.

Núcleos magnéticos para dispositivos DC

Nesses circuitos, não há necessidade de lidar com os efeitos nocivos das correntes parasitas, que se manifestam em oscilações senoidais harmônicas.Para núcleos magnéticos, não são utilizados conjuntos de placas finas, mas são feitos com peças retangulares ou arredondadas pelo método de fundição de uma peça.

Nesse caso, o núcleo no qual a bobina é montada é redondo e o alojamento e o garfo são retangulares.

Para reduzir a força de tração inicial, o espaço de ar entre as partes separadas do circuito magnético é pequeno.

Circuitos magnéticos de máquinas elétricas

A presença de um rotor móvel que gira no campo do estator requer características especiais projetos de motores elétricos e geradores. Dentro deles, é necessário dispor as bobinas por onde passa a corrente elétrica, de forma a garantir as dimensões mínimas.

Para isso, são feitas cavidades para colocação de fios diretamente nos circuitos magnéticos. Para isso, imediatamente ao estampar as placas, são criados canais nelas, que após a montagem são linhas prontas para as bobinas.

Assim, o circuito magnético é parte integrante de muitos dispositivos elétricos e serve para transmitir fluxo magnético.