O uso de ímãs permanentes em engenharia elétrica e energia

Hoje, os ímãs permanentes encontram aplicações úteis em muitas áreas da vida humana. Às vezes não notamos sua presença, no entanto, em quase todos os apartamentos, em vários aparelhos elétricos e em dispositivos mecânicos, se você olhar com atenção, poderá encontrar ímã permanente… Barbeador elétrico e alto-falante, reprodutor de vídeo e relógio de parede, telefone celular e forno de micro-ondas, porta da geladeira, finalmente — ímãs permanentes podem ser encontrados em todos os lugares.

Eles são usados ​​em equipamentos médicos e equipamentos de medição, em vários instrumentos e na indústria automotiva, em motores DC, em sistemas acústicos, em eletrodomésticos e em muitos, muitos outros lugares: engenharia de rádio, instrumentos, automação, telemecânica, etc. . — nenhuma dessas áreas está completa sem o uso de ímãs permanentes.

Soluções específicas usando ímãs permanentes podem ser listadas infinitamente, mas o tópico deste artigo será uma breve visão geral de várias aplicações de ímãs permanentes em engenharia elétrica e energia.

Motores elétricos e geradores

Desde a época de Oersted e Ampere, é amplamente conhecido que os fios condutores de corrente e os eletroímãs interagem com o campo magnético de um ímã permanente. Muitos motores e geradores funcionam com base nesse princípio. Você não precisa ir muito longe para obter exemplos. O ventilador da fonte de alimentação do seu computador possui um rotor e um estator.

Um impulsor de palhetas é um rotor com ímãs permanentes dispostos em um círculo, e o estator é o núcleo de um eletroímã. Invertendo a magnetização do estator, o circuito eletrônico cria o efeito de girar o campo magnético do estator, após o campo magnético do estator, tentando ser atraído por ele, segue o rotor magnético - o ventilador gira. A rotação do disco rígido é feita de maneira semelhante e funciona de maneira semelhante muitos motores de passo.

Os ímãs permanentes também encontraram seu lugar nos geradores de energia. Geradores síncronos para aerogeradores domésticos, por exemplo, são uma das áreas aplicadas.

Na circunferência do estator do gerador existem bobinas do gerador, que durante a operação da turbina eólica são atravessadas pelo campo magnético alternado de movimento (sob a ação do vento soprando nas pás) ímãs permanentes do rotor. Enviando a lei da indução eletromagnética, os fios dos enrolamentos do gerador cruzados pelos ímãs DC no circuito do consumidor.

Tais geradores são utilizados não apenas em turbinas eólicas, mas também em alguns modelos industriais, onde ímãs permanentes são instalados no rotor ao invés da bobina de excitação. A vantagem das soluções com ímãs é a possibilidade de obter um gerador com baixa velocidade nominal.

Dispositivos e mecanismos magnetoelétricos

V medidores de eletricidade de indução mecânica o disco condutor gira no campo de um imã permanente. A corrente de consumo, passando pelo disco, interage com o campo magnético do imã permanente e o disco gira.

Quanto maior a corrente, maior a velocidade de rotação do disco, pois o torque é criado pela força de Lorentz atuando nas partículas carregadas em movimento dentro do disco do lado do campo magnético de um imã permanente. Na verdade, é um contador motor CA baixa potência com ímã do estator.

Para medir correntes fracas, use galvanômetros — dispositivos de medição muito sensíveis. Aqui, o ímã em forma de ferradura interage com uma pequena bobina condutora de corrente suspensa no espaço entre os pólos do ímã permanente.

A deflexão da bobina durante a medição é devido ao torque gerado pela indução magnética que ocorre quando a corrente flui através da bobina. Desta forma, a deflexão da bobina passa a ser proporcional ao valor da indução magnética resultante na folga e, consequentemente, à corrente no condutor da bobina. Para pequenos desvios, a escala do galvanômetro é linear.

Ímãs permanentes em eletrodomésticos

Certamente há um forno de microondas em sua cozinha. E há até dois ímãs permanentes nele. Para gerar ondas eletromagnéticas Gama de microondas instalada no microondas magnetrão… Dentro do magnetron, os elétrons se movem no vácuo do cátodo para o ânodo e, no processo de seu movimento, sua trajetória deve ser dobrada para que os ressonadores do ânodo sejam excitados com força suficiente.

Para dobrar a trajetória do elétron, ímãs permanentes em anel são montados acima e abaixo da câmara de vácuo do magnetron. O campo magnético dos ímãs permanentes curva as trajetórias dos elétrons de modo que um poderoso vórtice de elétrons é produzido, o que excita os ressonadores, que por sua vez geram ondas eletromagnéticas de micro-ondas para aquecer os alimentos.

Para que a cabeça do disco rígido seja posicionada com precisão, seus movimentos no processo de gravação e leitura de informações devem ser controlados e controlados com muita precisão. Mais uma vez, um imã permanente vem em socorro. Dentro do disco rígido, no campo magnético de um ímã permanente estacionário, uma bobina condutora de corrente conectada ao cabeçote se move.

Quando uma corrente é aplicada na bobina principal, o campo magnético dessa corrente, dependendo do seu valor, repele a bobina do imã permanente mais ou menos, em uma direção ou outra, assim a cabeça começa a se mover e com alta precisão. Este movimento é controlado por um microcontrolador.

Rolamentos magnéticos em eletricidade

Para melhorar a eficiência energética, alguns países estão construindo armazenamento de energia mecânica para empresas. São conversores eletromecânicos que operam segundo o princípio do armazenamento de energia inercial na forma de energia cinética de um volante em rotação, os chamados armazenamento de energia cinética.

Por exemplo, na Alemanha, a ATZ desenvolveu uma unidade de armazenamento de energia cinética de 20 MJ com potência de 250 kW e densidade de energia específica de aproximadamente 100 Wh / kg. Com um peso do volante de 100 kg girando a uma velocidade de 6000 rpm, uma estrutura cilíndrica com um diâmetro de 1,5 metros precisa de rolamentos de alta qualidade. Como resultado, o rolamento inferior é feito, é claro, com base em ímãs permanentes.