電磁装置: 目的、種類、要件、設計
電磁装置の目的
電気エネルギーの生産、変換、伝送、分配、または消費は、電気機器を使用して実行されます。あらゆる種類の中から、私たちは電磁装置を選び出します。 電磁誘導現象について磁束の出現を伴います。
静的電磁装置には、チョーク、磁気増幅器、変圧器、リレー、スターター、コンタクター、その他の装置が含まれます。回転 - 電気モーターと発電機、電磁クラッチ。
磁束の主要部分を伝導するように設計された電磁装置の一連の強磁性部分。 電磁装置の磁気システム… このようなシステムの特別な構造単位は次のとおりです。 磁気回路… 磁気回路を通過する磁束は部分的に非磁性媒体に閉じ込められ、漂遊磁束を形成することがあります。
磁気回路を通過する磁束は、1 つまたは複数の回路に流れる直流または交流を使用して生成できます。 誘導コイル… このようなコイルは、自身のインダクタンスおよび/または自身の磁場を使用するように設計された電気回路要素です。
1つ以上のコイルが形成されます 清算… コイルが配置されている、またはその周囲にある磁気回路の部分は、と呼ばれます。 芯、コイルが配置されていない部分またはその周囲にある部分と呼ばれます。 ヨーク.
電磁装置の主な電気パラメータの計算は、総電流の法則と電磁誘導の法則に基づいています。相互誘導現象は、ある電気回路から別の電気回路にエネルギーを伝達するために使用されます。
詳細については、こちらをご覧ください。 電気機器の磁気回路 そしてここ： 磁気回路計算は何のためにあるのでしょうか？
電磁機器の磁気回路に対する要求事項
磁気コアの要件は、磁気コアが使用される電磁装置の機能目的によって異なります。
電磁装置では、一定磁束および/または交流磁束の両方を使用できます。永久磁束は磁気回路にエネルギー損失を引き起こしません。
暴露条件下で動作する磁気コア 一定の磁束 (DC 機械用のベッドなど) は、鋳造ブランクから製造し、その後機械加工を行うことができます。磁気回路の構成が複雑な場合、複数の要素から磁気回路を製造する方が経済的です。
交流磁束が磁気回路を通過すると、エネルギー損失が発生します。 磁気損失…磁気回路が加熱される原因となります。磁気コアを冷却するための特別な手段 (油中での作業など) により、磁気コアの発熱を軽減することができます。このようなソリューションは設計を複雑にし、製造と運用のコストを増加させます。
磁気損失は次のもので構成されます。
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ヒステリシスの喪失。
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渦電流損失。
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さらなる損失。
ヒステリシス損失は、幅の狭い軟磁性強磁性体を使用することで低減できます。 ヒステリシス回路.
渦電流損失は通常、次の方法で軽減されます。
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比導電率が低い材料の使用。
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電気的に絶縁されたストリップまたはプレートからの磁気コアの製造。
さまざまな磁気回路における渦電流の分布: a — 鋳造の場合。 b — シート材料で作られた部品のセット。
磁気回路の中央部分は、その表面に比べて渦電流によってかなり覆われており、これにより主磁束が磁気回路の表面に向かって「変位」します。つまり、表面効果が発生します。
これは、この磁気回路の材料の特定の周波数特性で、磁束が磁気回路の薄い表面層に完全に集中するという事実につながります。その厚さは、特定の周波数での侵入深さによって決まります。 。
電気抵抗の低い材料で作られた磁気コアに渦電流が流れると、それに応じた損失（渦電流損失）が発生します。
渦電流損失を低減し、磁束を最大限に維持するという課題は、互いに電気的に絶縁された個々の部品 (またはその部品) から磁気回路を製造することによって解決されます。この場合、磁気回路の断面積は変化しません。
シート材料から打ち抜き、コアに巻き付けたプレートまたはストリップが広く使用されています。プレート（またはストリップ）の表面を絶縁するには、さまざまな技術的方法を使用できますが、最もよく使用されるのは、絶縁ワニスまたはエナメルの塗布です。
別個の部品 (またはその部品) で構成される磁気回路により、次のことが可能になります。
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プレートが循環方向に対して垂直に配置されているため、渦電流損失が減少します（この場合、渦電流が循環できる回路の長さが減少します）。
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磁束の不均一な分布を無視できる程度に抑えるには、浸透深さに比例してシート材料の厚さが薄いと、渦電流のシールド効果が小さいためです。
磁気コアの材料には、温度や耐振性、低コストなどの他の要件が課せられる場合があります。特定のデバイスを設計する際には、パラメータが指定された要件を最もよく満たす軟磁性材料が選択されます。
磁心の設計
製造技術に応じて、電磁装置の磁気コアは 3 つの主要なグループに分類できます。
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ラメラ;
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テープ;
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成形された。
層状磁気回路は、互いに電気的に絶縁された別々のプレートから採用されており、渦電流損失を低減することが可能です。テープ磁気コアは、一定の厚さのテープを巻いて得られます。このような磁気回路では、ストリップ面が絶縁ワニスで覆われているため、渦電流の影響が大幅に減少します。
形成された磁気コアは、鋳造 (電磁鋼)、セラミック技術 (フェライト)、成分の混合とその後のプレス (磁気誘電体) およびその他の方法によって製造されます。
電磁装置の磁気回路の製造では、電磁気の直接変換または逆変換の有無を含む多くの要因（装置の電力、動作周波数など）によって決定される特定の設計を保証する必要があります。エネルギーをデバイス内の機械エネルギーに変換します。
このような変換が発生するデバイス (電気モーター、発電機、リレーなど) の設計には、電磁相互作用の影響下で動く部品が含まれています。
電磁誘導によって電磁エネルギーが機械エネルギーに変換されない装置 (変圧器、チョーク、磁気増幅器など) は静的電磁装置と呼ばれます。
静電磁装置では、設計に応じて、装甲磁気回路、ロッド磁気回路、リング磁気回路が最もよく使用されます。
成形磁心は、シートやストリップよりも複雑な設計にすることができます。
形成された磁心: a — 円形; b — d — 装甲; d — カップ; f、g - 回転。 h — 多くの開口部
装甲磁気コアは、設計の単純さと、その結果としての製造のしやすさによって際立っています。さらに、この設計は、（他の設計と比較して）機械的影響や電磁干渉からより優れたコイル保護を提供します。
コアの磁気回路が異なります。
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良好な冷却。
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外乱に対する感度が低い（隣接するコイルに誘導される外乱のEMFは符号が反対であり、部分的または完全に補償されるため）。
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同じパワーでも（装甲に比べて）重量が軽くなります。
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（装甲に比べて）磁束の散逸が少なくなります。
ロッド磁気回路に基づく装置の欠点（装甲磁気回路に基づく装置と比較して）には、コイルの製造に手間がかかること（特にコイルを異なるロッドに配置する場合）と、機械的影響に対する保護が弱いことが挙げられます。
漏れ電流が低いため、リング磁気回路は、一方では優れたノイズ分離が特徴であり、他方では電子機器の近くの要素 (REE) への影響が少ないという特徴があります。このため、無線工学製品に広く使用されています。
円形磁気回路の欠点は、技術が低いこと（コイルを巻いたり、使用場所に電磁装置を設置したりすることが難しい）と、最大数百ワットという限られた電力に関連しています（後者は磁気回路の加熱によって説明されます）。コイルのターン上に配置されているため、直接冷却はありません)。
磁気回路の種類とタイプの選択は、質量、体積、コストの最小値を取得する可能性を考慮して行われます。
十分に複雑な構造には、電磁エネルギーを機械エネルギーに直接または逆に変換するデバイスの磁気回路があります (たとえば、回転電気機械の磁気回路)。このようなデバイスでは、モールド磁気回路またはプレート磁気回路が使用されます。
電磁装置の種類
スロットル — 交流または脈動回路で誘導抵抗として使用されるデバイス。
非磁性ギャップを備えた磁気コアは、エネルギー貯蔵に使用される AC チョークや、整流された電流リップルを平滑化するように設計された平滑チョークに使用されます。同時に、動作中にチョークのインダクタンスを変更するために必要な非磁性ギャップのサイズを調整できるチョークもあります。
磁気増幅器 — 強磁性体の飽和現象の利用に基づいて、交流電圧または交流電源によって供給される電気回路内の電流または電圧の大きさを変更できる、コイルを備えた 1 つまたは複数の磁気回路で構成されるデバイス永久バイアス磁場の作用下。
磁気アンプの動作原理は、直流バイアス電流の変化に伴う微分透磁率（交流電流で測定）の変化に基づいています。したがって、最も単純な磁気アンプは、動作コイルと制御回路を含む飽和チョークです。コイル。
変成器 は、2 つ (またはそれ以上) の誘導結合コイルを備えた静電磁装置と呼ばれ、電磁誘導によって 1 つまたは複数の AC システムを 1 つまたは複数の他の AC システムに変換するように設計されています。
変圧器の電力は、磁気コアの材料とその寸法の可能な最大誘導によって決まります。したがって、強力な電源変圧器の磁気コア（通常は棒型）は、厚さ 0.35 または 0.5 mm の電磁鋼板から組み立てられます。
電磁リレー は電気機械リレーと呼ばれ、その動作は可動強磁性要素に対する固定コイルの磁場の影響に基づいています。
電磁リレーには、入力 (制御) 信号回路と出力 (制御) 信号回路の 2 つの電気回路が含まれています。制御回路のデバイス原理に従って、無極リレーと有極リレーが区別されます。無極性リレーの動作は、有極性リレーとは異なり、制御回路内の電流の方向に依存しません。
回転電機 — 電磁誘導および磁場と電流の相互作用に基づいてエネルギーを変換するように設計された装置で、主な変換プロセスに関与し、相互に回転または回転できる少なくとも 2 つの部分を含んでいます。
コイルを備えた固定磁気回路を含む電気機械の部分はステーターと呼ばれ、回転部分はローターと呼ばれます。
機械エネルギーを電気エネルギーに変換するように設計された電気機械は、電気機械発電機と呼ばれます。電気エネルギーを機械エネルギーに変換するように設計された電気機械は、回転電気モーターと呼ばれます。
軟質材料を使用して電磁装置を作成する上記の例は、すべてを網羅したものではありません。これらすべての原則は、磁気回路や、電気スイッチング デバイス、磁気ロックなど、インダクタを使用する他の電気製品の設計にも当てはまります。