Двигатель магнитный схема: Чертеж и схема запрещенного магнитного двигателя, работающего на магнитном поле!

Содержание

миф или реальность, устройство, виды

Идея разработки вечного бестопливного двигателя не нова, за разработку такого агрегата во все времена брались именитые ученые своего времени. Однако ни технических средств для реализации задумки, не возможностей того времени не хватало. В некоторых случаях дело доходило только до теоретического обоснования, но существуют примеры реально разработанных альтернативных двигателей, которые призваны создать конкуренцию классическим электрическим машинам. Одним из таких вариантов является магнитный двигатель.

Миф или реальность?

Вечный двигатель знаком практически каждому еще со школьной скамьи, только на уроках физики четко утверждалось, что добиться практической реализации невозможно из-за сил трения в движущихся элементах. Среди современных разработок магнитных моторов представлены самоподдерживающие модели, в которых магнитный поток самостоятельно создает вращательное усилие и продолжает себя поддерживать в течении всего процесса работы. Но основным камнем преткновения является КПД любого двигателя, включая магнитный, так как он никогда не достигает 100%. Со временем мотор все равно остановится.

Поэтому все практические модели требуют повторного вмешательства через определенное время или каких-либо сторонних элементов, работающих от независимого источника питания. Наиболее вероятным вариантом бестопливных двигателей и генераторов выступает магнитная машина. В которой основной движущей силой будет магнитное взаимодействие между постоянными магнитами, электромагнитными полями или ферромагнитными материалами.

Актуальным примером реализации являются декоративные украшения, выполненные в виде постоянно двигающихся шаров, рамочек или других конструкций. Но для их работы необходимо использовать батарейки, которые питают постоянным током электромагниты. Поэтому далее рассмотрим тот принцип действия, который подает самые обнадеживающие ожидания.

Устройство и принцип работы

Сегодня существует достаточно большое количество магнитных двигателей, некоторые из них схожи, другие имеют принципиально отличительную конструкцию.

Для примера мы рассмотрим наиболее наглядный вариант:

Принцип действия магнитного двигателя

Как видите на рисунке, мотор состоит из следующих компонентов:

Магнит статора здесь только один и расположен он на пружинном маятнике, но
такое размещение требуется только в экспериментальных целях. Если вес ротора
окажется достаточным, то инерции движения хватит для преодоления самого малого
расстояния между магнитами и статор может иметь стационарный магнит без
маятника.
Ротор дискового типа из немагнитного материала.
Постоянные магниты, установленные на роторе в форме улитки в одинаковое положение.
Балласт – любой увесистый предмет,
который даст нужную инерционность (в рабочих моделях эту функцию может
выполнять нагрузка).

Все, что нужно для работы такого агрегата – это придвинуть магнит статора на достаточное расстояние к ротору в точке самого наибольшего удаления, как показано на рисунке. После этого магниты начнут притягиваться по мере приближения формы улитки по кругу, и начнется вращение ротора. Чем меньше размер магнитов и чем более плавная форма получится, тем легче произойдет движение. В месте максимального сближения на диске установлена “собачка”, которая сместит маятник от нормального положения, чтобы магниты не притянулись в статическое положение.

Разновидности магнитных двигателей и их схемы

Сегодня существует много моделей бестопливных генераторов, электрических машин и моторов, чей принцип действия основан на природных свойствах постоянных магнитов. Некоторые варианты были спроектированы именитыми ученными, достижения которых стали основополагающим камнем в фундаменте науки. Поэтому далее мы рассмотрим самые популярные из них.

Николы Тесла

В данном примере мы рассмотрим одну из разработок известного ученого, конструкция которой приведена на рисунке ниже:

Магнитный двигатель Тесла

Конструктивно магнитный двигатель Тесла состоит из таких элементов:

электрического генератора, который представлен двумя дисками из проводника, помещенными в униполярной магнитной среде;
гибкого ремня, изготовленного из проводящего материала, расположенного по периферии дисков;
независимых магнитов, сохраняющих униполярность полей при вращении дисков.

Такой двигатель, по словам изобретателя, может функционировать и в качестве генератора, вырабатывая электрическую энергию при вращении дисков.

Минато

Этот пример нельзя назвать самовращающимся двигателем, так как для его работы требуется постоянная подпитка электрической энергией. Но такой электромагнитный мотор позволяет получать значительную выгоду, затрачивая минимум электричества для выполнения физической работы.

Схема двигателя Минато

Как видите на схеме, особенностью этого вида является необычный подход к расположению магнитов на роторе. Для взаимодействия с ним на статоре возникают магнитные импульсы за счет кратковременной подачи электроэнергии через реле или полупроводниковый прибор.

При этом ротор будет вращаться, пока его элементы не размагнитятся. Сегодня все еще ведутся разработки по улучшению и повышению эффективности устройства, поэтому назвать его полностью завершенным нельзя.

Николая Лазарева

Это не только простейший гравитационный двигатель, но и одна из реально работающих моделей вечного двигателя. Пример приведен на рисунке ниже:

Двигатель Лазарева

Как видите, для изготовления такого двигателя или генератора вам потребуется:

колба;
жидкость;
трубка;
прокладка из пористого материала;
крыльчатка и нагрузка на вал.

Принцип действия заключается в том, что вода по тонкой трубке из-за избытка давления будет подниматься вверх и скапывать на прокладку и вращать крыльчатку. Далее вода будет просачиваться сквозь губку и под воздействием магнитного поля Земли дальше стекать в нижний резервуар. Цикл будет повторяться до тех пор, пока жидкость не исчезнет, что в идеально герметичном контуре не произойдет никогда. Для усиления момента на вращаемый вал добавляют магнитные усилители.

Говарда Джонсона

В своих исследованиях Джонсон руководствовался теорией потока непарных электронов, действующих в любом магните. В его двигателе обмотки статора формируются из магнитных дорожек. На практике эти агрегаты получили реализацию в конструкции роторного и линейного двигателя. Пример такого устройства приведен на рисунке ниже:

Двигатель Джонсона

Как видите, на оси вращения в двигателе устанавливаются сразу и статор и ротор, поэтому классически вал вращаться здесь не будет. На статоре магниты повернуты одноименным полюсом к роторным, поэтому они взаимодействуют на силах отталкивания. Особенность работы ученого заключалась в длительном вычислении расстояний и зазоров между основными элементами мотора.

Перендева

Данный вид двигателя, как и предыдущий, представляет собой еще одну модель магнитного взаимодействия между статором и ротором, где обе части содержат постоянные магниты. Схема конструкции обоих представляет собой диск или кольцо, в котором точечно устанавливаются вектолиты.

Магниты статора и ротора в двигателе Переднева

Как видите на рисунке, положение активных элементов имеет угол смещения, который и определяет эффективность вращения машины. Взаимодействие магнитных потоков в двигателе происходит при задании начального крутящего момента. Точность положения и угла наклона можно отстроить только в лабораторных или заводских условиях.

Василия Шкондина

Получить вечный генератор Василию Шкодину не удалось, КПД такого магнитного двигателя и сегодня не превышает 83%. Но и этого более чем достаточно, чтобы его повсеместно применяли для велосипедов, байков и самокатов. Он может эксплуатироваться как в режиме тяги, так и для рекуперации электроэнергии.

Двигатель Шкондина

На рисунке приведена конструкция магнитного двигателя Шкодина. Как видите, и ротор и статор представляют собой кольца. Из магнитных деталей он содержит 11 пар неодимовых магнитов. Ротор устройства содержит 6 электромагнитов, смещенных на одинаковое расстояние друг относительно друга.

Свинтицкого

Еще в конце 90-х украинский конструктор предложит модель самовращающегося магнитного двигателя, который стал настоящим прорывом в технике. За основу им был взят асинхронный двигатель Ванкеля, которому не удалось решить проблему с преодолением 360° оборота.

Игорь Свинтицкий эту проблему решил и получил патент, обратился в ряд компаний, однако асинхронное магнитное чудо техники никого не заинтересовало, поэтому проект был закрыт и за его масштабное тестирование ни одна компания не взялась.

Джона Серла

От электрического мотора такой магнитный двигатель отличает взаимодействие исключительно магнитного поля статора и ротора. Но последний выполняется наборными цилиндрами с таблетками из специального сплава, которые создают магнитные силовые линии в противоположном направлении. Его можно считать синхронным двигателем, так как разница частот в нем отсутствует.

Двигатель Серла

Полюса постоянных магнитов расположены так, что один толкает следующий и т.д. Начинается цепная реакция, приводящая в движение всю систему магнитного двигателя, до тех пор, пока магнитной силы будет хватать хотя бы для одного цилиндра.

Алексеенко

Интересный вариант магнитного двигателя представил ученый Алексеенко, который создал устройство с роторными магнитами необычной формы.

Двигатель Алексеенко

Как видите на рисунке, магниты имеют необычную изогнутую форму, которая максимально сближает противоположные полюса. Что делает магнитные потоки в месте сближения значительно сильнее. При начале вращения отталкивание полюсов получается значительно большим, что и должно обеспечить непрерывное движение по кругу.

Видео в помощь

Электромагнитные двигатели: схема, принцип работы

Электромагнитные двигатели — это устройства, которые работают по принципу индукции. Некоторые люди называют их электромеханическими преобразователями. Побочным эффектом данных устройств считается обильное выделение тепла. Существуют модели постоянного и переменного типа.

Также устройства различают по типу ротора. В частности, есть короткозамкнутые и фазные модификации. Сфера применения электромагнитных двигателей очень широкая. Встретить их можно в бытовых приборах, а также промышленных агрегатах. Активно используются они и в самолетостроении.

Схема двигателя

Схема электромагнитного двигателя включает в себя статор, а также ротор. Коллекторы, как правило, применяются щеточного типа. Ротор состоит из вала, а также наконечника. Для охлаждения системы часто устанавливаются вентиляторы. Для свободного вращения вала имеются роликовые подшипники. Также существуют модификации с магнитопроводами, которые являются неотъемлемой частью статора. Над ротором располагается контактное кольцо. В мощных модификациях используется втягивающее реле. Непосредственно подача тока осуществляется через кабель.

Принцип работы двигателя

Как говорилось ранее, принцип действия построен на электромагнитной индукции. При подключении модели образуется магнитное поле. Затем на обмотке возрастает напряжение. Под силой действия магнитного поля в действие приводится ротор. Частота вращения устройства в первую очередь зависит от количества магнитных полюсов. Коллектор в данном случае играет роль стабилизатора. Подача тока в цепь происходит через статор. Также важно отметить, что для защиты двигателя используются кожухи и уплотнители.

Как сделать своими руками?

Сделать обычный электромагнитный двигатель своими руками довольно просто. В первую очередь следует заняться ротором. Для этого придется найти металлический стержень, который будет играть роль вала. Также потребуется два мощных магнита. На статоре должна находиться обмотка. Далее останется лишь установить щеточный коллектор. Электромагнитные двигатели-самоделки подсоединяются к сети через проводник.

Модификации для машин

Электромагнитные двигатели для автомобилей изготавливаются только коллекторного типа. Мощность их в среднем составляет 40 кВт. В свою очередь, параметр номинального тока равняется 30 А. Статоры в данном случае используются двухполюсные. У некоторых модификаций имеется клеммная коробка. Для охлаждения системы применяются вентиляторы.

Также в устройствах предусмотрены специальные отверстия для циркуляции воздуха. Роторы в двигателях устанавливаются с металлическими сердечниками. Для защиты вала используются уплотнители. Статор в данном случае находится в кожухе. Электромагнитные двигатели для машин с втягивающими реле встречаются редко. В среднем диаметр вала не превышает 3.5 см.

Устройства для самолетов

Работа двигателей данного типа построена на принципе электромагнитной индукции. Для этого статоры применяются трехполюсного типа. Также электромагнитные двигатели летательных аппаратов включают в себя бесщеточные коллекторы. Клеммные коробки в устройствах располагаются над контактными кольцами. Неотъемлемой частью статора является якорь. Вал вращается благодаря роликовым подшипникам. У некоторых модификаций применяются щеткодержатели. Также важно упомянуть о различных типах клеммных коробок. В данном случае многое зависит о мощности модификации. Электромагнитные двигатели для самолетов с целью охлаждения оборудуются вентиляторами.

Двигатели-генераторы

Электромагнитные двигатели-генераторы выпускаются со специальными бендиксами. Также схема устройства включает в себя втягивающие реле. Для запуска ротора применяются сердечники. Статоры в устройствах используются двухполюсного типа. Непосредственно вал у них крепится на роликовых подшипниках. У большинства двигателей имеется резиновая заглушка. Таким образом, ротор изнашивается медленно. Еще есть модификации с щеткодержателями.

Модели с короткозамкнутым ротором

Электромагнитный двигатель с короткозамкнутым ротором часто устанавливается в бытовых приборах. Мощность моделей в среднем равняется 4 кВт. Непосредственно статоры используются двухполюсного типа. Роторы крепятся в задней части двигателя. Вал у моделей применяется небольшого диаметра. На сегодняшний день чаще всего выпускаются асинхронные модификации.

Клеммные коробки в устройствах отсутствуют. Для подачи тока используются специальные полюсные наконечники. Также схема двигателя включает в себя магнитопроводы. Крепятся они возле статоров. Еще важно отметить, что выпускаются устройства с щеткодержателями и без них. Если рассматривать первый вариант, то в данном случае устанавливаются специальные зубчатые передачи. Таким образом, статор ограждается от магнитного поля. Устройства без щеткодержателя имеют уплотнитель. Бендиксы в двигателях устанавливаются за статором. Для их фиксации применяются шпонки. Недостатком данных устройств считается быстрый износ сердечника. Возникает он из-за повышенной температуры в двигателе.

Модификации с фазным ротором

Электромагнитный двигатель с фазным ротором устанавливается на станки и часто используется в тяжелой промышленности. Магнитопроводы в данном случае имеются с якорями. Отличительной чертой устройств принято считать большие валы. Непосредственно напряжение на обмотку подается через статор. Для вращения вала используется щеткодержатель. В некоторых из них установлены контактные кольца. Также важно отметить, что мощность моделей в среднем составляет 45 кВт. Непосредственно питание двигателей может осуществляться только от сети с переменным током.

Коллекторный электромагнитный двигатель: принцип работы

Коллекторные модификации активно применяются для электроприводов. Принцип действия у них довольно простой. После подачи напряжения в цепь задействуется ротор. Электромагнитное поле запускает процесс индукции. Возбуждение обмотки заставляет вал ротора вращаться. Тем самым приводится в действие диск устройства. Для уменьшения силы трения используются подшипники. Также важно отметить, что в моделях устанавливаются щеткодержатели. В задней части устройств часто имеется вентилятор. Для того чтобы вал не терся об уплотнитель, применяется защитное кольцо.

Бесколлекторные модификации

Бесколлекторные модификации в наше время не являются распространенными. Используются они для вентиляционных систем. Отличительной их особенностью считается бесшумность. Однако следует учитывать, что модели выпускаются небольшой мощности. В среднем указанный параметр не превышает 12 кВт. Статоры в них часто устанавливаются двухполюсного типа. Валы используются короткие. Для ограждения ротора применяются специальные уплотнители. Иногда двигатели заключаются в кожух, у которого имеются вентиляционные каналы.

Модели с независимым возбуждением

Модификации данного типа отличаются клеммными магнитопроводами. В данном случае устройства работают в сети только с переменным током. Непосредственно напряжение в первую очередь подается на статор. Роторы у моделей изготавливаются с коллекторами. У некоторых модификаций мощность достигает 55 кВт.

По типу якорей устройства отличаются. Щеткодержатели часто устанавливаются на стопорном кольце. Также важно отметить, что коллекторы в устройствах используются с уплотнителями. Диски в данном случае располагаются за статорами. У многих двигателей бендиксы отсутствуют.

Схема двигателя с самовозбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа способны похвастаться высокой мощностью. В данном случае обмотки имеются высоковольтного типа. Подача напряжения происходит через клеммные контакты. Непосредственно ротор крепится за щеткодержателем. Уровень рабочего тока в устройствах составляет 30 А. В некоторых модификациях применяются якоря с щеткодержателями.

Также есть устройства с однополюсными статорами. Непосредственно вал находится в центре двигателя. Если рассматривать устройства большой мощности, то у них применяются вентилятор для охлаждения системы. Также на кожухе располагаются небольшие отверстия.

Модели с параллельным возбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа изготавливаются на базе щеточных коллекторов. Якоря в данном случае отсутствуют. Вал в устройствах крепится на роликовых подшипниках. Также для уменьшения силы трения используются специальные лапы. У некоторых конфигураций есть магнитопроводы. Подключаться модели могут только к сети с постоянным током.

Еще важно отметить, что на рынке в основном представлены трехтактные модификации. Щеткодержатели в устройствах выполнены в форме цилиндров. По мощности модели отличаются. В среднем параметр рабочего тока на холостом ходе не превышает 50 А. Для усиления электромагнитного поля применяются роторы с высоковольтной обмоткой. У некоторых конфигураций используются наконечники на магнитопроводах.

Устройства последовательного возбуждения

Принцип работы двигателей данного типа довольно простой. Непосредственно напряжение подается на статор. Далее ток проходит по обмотке ротора. На данном этапе происходит возбуждение первичной обмотки. Вследствие этого приводится в действие ротор. Однако следует учитывать, что работать двигатели способны только в сети с переменным током. Наконечники в данном случае применяются с магнитопроводом.

Некоторые устройства оснащены щеткодержателями. Мощность моделей колеблется от 20 до 60 кВт. Для фиксации вала используются стопорные кольца. Бендиксы в данном случае располагаются в нижней части конструкции. Клеммники отсутствуют. Также важно отметить, что вал устанавливается различного диаметра.

Двигатели смешанного возбуждения

Электромагнитные двигатели данного типа могут использоваться только для приводов. Ротор здесь чаще всего устанавливается с первичной обмоткой. В данном случае показатель мощности не превышает 40 кВт. Номинальная перегрузка системы составляет около 30 А. Статор в устройствах применяется трехполюсного типа. Подключать указанный двигатель можно только в сеть с переменным током. Клеммные коробки у них используются с контактами.

Некоторые модификации оснащены щеткодержателями. Также на рынке представлены устройства с вентиляторами. Уплотнители чаще всего располагаются над статорами. Действуют устройства по принципу электромагнитной индукции. Первичное возбуждение осуществляется на магнитопроводе статора. Также важно отметить, что в устройствах применятся высоковольтная обмотка. Для фиксации вала используются защитные кольца.

Устройства переменного тока

Схема модели данного типа включает статор двухполюсного типа. В среднем мощность устройства равняется 40 кВт. Ротор здесь применяется с первичной обмоткой. Также есть модификации, у которых имеются бендиксы. Устанавливаются они у статора и играю роль стабилизатора электромагнитного поля.

Для вращения вала применяется ведущая шестерня. В данном случае лапы устанавливаются для уменьшения силы трения. Также используются полюсные наконечники. Для защиты механизма применяются кожухи. Магнитопроводы у моделей устанавливаются лишь с якорями. В среднем рабочий ток в системе поддерживается на уровне 45 А.

Синхронные устройства

Схема синхронного двигателя включает в себя двухполюсный статор, а также щеточный коллектор. В некоторых устройствах применяется магнитопровод. Если рассматривать бытовые модификации, то в них используются щеткодержатели. В среднем параметр мощности составляет 30 кВт. Устройства с вентиляторами встречаются редко. У некоторых моделей применяются зубчатые передачи.

Для охлаждения двигателя на кожухе имеются вентиляционные отверстия. В данном случае стопорное кольцо устанавливается у основания вала. Обмотка используется низковольтного типа. Принцип работы синхронной модификации построен на индукции электромагнитного поля. Для этого в статоре устанавливаются магниты разной мощности. При возбуждении обмотки вал начинается вращаться. Однако частотность у него невысокая. Мощных модели имеют коллекторы с реле.

Схема асинхронного двигателя

Асинхронные модели являются компактными и часто используются в бытовых приборах. Однако в тяжелой промышленности они также являются востребованными. В первую очередь следует отметить их защищенность. Роторы в устройствах применяются только однополюсного типа. Однако статоры устанавливаются с магнитопроводами. В данном случае обмотка применяется высоковольтного типа. Для стабилизации электромагнитного поля есть бендикс.

Крепится он в устройстве благодаря шпонке. Втягивающее реле в них располагается за якорем. Вал устройства вращается на специальных роликовых подшипниках. Также важно отметить, что есть модификации с бесщеточными коллекторами. Используются они в основном для приводов различной мощности. Сердечники в данном случае установлены удлиненные, и располагаются они за магнитопроводами.

МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ (двигатели и приводы)

До сих пор мы предполагали, что источником магнитного поля является постоянный магнит. Это удобная отправная точка, так как все мы знакомы с магнитами, пусть даже только с дверцами холодильника. Но в большинстве двигателей рабочее магнитное поле создается катушками провода, по которому течет ток, поэтому уместно потратить некоторое время на изучение того, как мы располагаем катушки и связанную с ними железную «магнитную цепь», чтобы создать сильное магнитное поле. поля, которые затем взаимодействуют с другими проводниками с током, создавая силу и, следовательно, вращение.

Рис. 1.4 Линии магнитного потока, создаваемые прямым проводом с током
Сначала рассмотрим простейший возможный случай, когда магнитное поле окружает изолированный длинный прямой провод, по которому течет постоянный ток (рис. 1.4). (На рисунке знак + указывает на то, что ток течет в бумагу, а точка используется для обозначения тока, выходящего из бумаги: эти символы, возможно, можно запомнить, изобразив стрелку или дротик, где крест — это вид сзади. точки, а точка — точка приближения.) Линии потока образуют круги, концентрические с проволокой, причем напряженность поля максимальна вблизи проволоки. Как и следовало ожидать, напряженность поля в любой точке прямо пропорциональна току. Соглашение для определения направления поля состоит в том, что положительное направление принимается за направление, в котором правосторонний штопор должен вращаться, чтобы двигаться в направлении тока.
Рисунок 1.4 несколько искусственен, так как ток может быть только низким в полной цепи, поэтому всегда должен быть обратный путь. Если мы представим, например, параллельную цепь «вход» и «возврат», поле можно получить путем наложения поля, создаваемого положительным током на стороне входа, на поле, создаваемое отрицательным током на стороне возврата, как показано на рисунке. на рисунке 1.5.
Заметим, как поле увеличивается в области между проводниками и уменьшается в областях снаружи. Хотя рисунок 1.5 строго применим только к паре бесконечно длинных прямых проводников, вероятно, не будет сюрпризом узнать, что поле, создаваемое одним витком провода прямоугольной, квадратной или круглой формы, очень похоже на поле, показанное на рис. на рисунке 1.5. Это позволяет нам построить картину поля

Рисунок 1.5 Линии магнитного потока, создаваемые током в параллельной прямой и обратной цепи

Рисунок 1.6 Многовитковая цилиндрическая катушка и картина магнитного потока, создаваемого током в катушке. (Для ясности справа показан только контур катушки.), который будет производиться в воздухе катушками, используемыми в двигателях, которые обычно имеют много витков, как показано, например, на рис. 1.6.
Сама катушка показана слева на рис. 1.6, а полученная картина потока показана справа. Каждый виток в катушке создает картину поля, и когда все отдельные компоненты поля накладываются друг на друга, мы видим, что поле внутри катушки существенно увеличивается, а замкнутые пути магнитного потока очень напоминают пути стержневого магнита, который мы рассматривали ранее. Воздух, окружающий источники поля, обеспечивает однородный путь для потока, так что, как только трубки потока выходят из-под концентрирующего влияния источника, они могут свободно распространяться по всему окружающему пространству. Вспоминая, что между каждой парой силовых линий существует равное количество магнитных потоков, мы видим, что, поскольку силовые линии расходятся по мере того, как они выходят из продолжений катушки, плотность потока снаружи намного ниже, чем внутри: например, если расстояние «b» в четыре раза больше «а», плотность потока Bb составляет четверть от Ba.
Хотя плотность потока внутри катушки выше, чем снаружи, мы обнаружили бы, что плотности потока, которых мы могли бы достичь, все еще слишком малы для использования в двигателе. Нужен, во-первых, способ увеличения плотности потока, а во-вторых, способ концентрации потока и предотвращения его распространения в окружающее пространство.

Магнитодвижущая сила (МДС)

Одним из очевидных способов увеличения плотности потока является увеличение тока в катушке или добавление большего количества витков. Мы находим, что если мы удвоим ток, или
число витков, удваиваем общий поток, тем самым удваивая плотность потока везде.
Мы количественно определяем способность катушки создавать магнитный поток с точки зрения ее магнитодвижущей силы (МДС). МДС катушки — это просто произведение количества витков (N) и силы тока (I) и, таким образом, выражается в ампер-витках. Данную МДС можно получить с помощью большого числа витков тонкого провода, по которому течет слабый ток, или нескольких витков толстого провода, по которому течет большой ток: пока произведение NI постоянно, МДС одинакова.

Аналогия электрической цепи

Мы видели, что создаваемый магнитный поток пропорционален движущей его МДС. Это указывает на параллель с электрической цепью, где ток (амперы), который понижается, пропорционален ЭДС (вольтам), управляющей им.
В электрической цепи ток и ЭДС связаны законом Ома, который равен

Для данного источника ЭДС (вольты) ток зависит от сопротивления цепи, поэтому для получения большего тока сопротивление цепи быть сокращенным.
Мы можем использовать эквивалентный «магнитный закон Ома», введя идею магнитного сопротивления (R). Сопротивление дает меру того, насколько трудно магнитному потоку завершить свою цепь, точно так же, как сопротивление показывает, насколько велико сопротивление тока в электрической цепи. Тогда магнитный закон Ома равен

. Из уравнения 1.4 мы видим, что для увеличения магнитного потока при данной МДС нам необходимо уменьшить магнитное сопротивление магнитной цепи. В случае примера (рис. 1.6) это означает, что мы должны заменить как можно большую часть воздушного пути (который представляет собой «плохой» магнитный материал и, следовательно, представляет собой сильное магнитное сопротивление) «хорошим» магнитным материалом, тем самым уменьшая сопротивление и приводя к более высокому потоку для данного MMF.
Материал, который мы выбираем, представляет собой магнитную сталь хорошего качества, которую по историческим причинам обычно называют «железом». Это дает несколько очень существенных и желательных преимуществ, как показано на рис. 1.7.

Рис. 1.7 Линии потока внутри магнитопровода с малым сопротивлением и воздушным зазором очень больше. (Строго говоря, поэтому, если МДС и сечения катушек на рис. 1.6 и 1.7 одинаковы, то на рис. 1.7 должно быть показано гораздо больше линий потока, чем на рис. 1.6, но для ясности указаны одинаковые числа. ) Во-вторых, почти весь поток продолжается внутри железа, а не распространяется в окружающий воздух. Поэтому мы можем сформировать железные части магнитной цепи, как показано на рис. 1.7, чтобы направить поток туда, где он необходим. И, наконец, мы видим, что внутри железа плотность потока остается одинаковой по всему сечению, а сопротивление настолько мало, что нет заметной тенденции к стеканию потока в ту или иную сторону.
Прежде чем перейти к вопросу о воздушном зазоре, отметим, что часто задают вопрос, важно ли, чтобы катушки были плотно намотаны на магнитопровод, и, если имеется многослойный обмотки внешние витки так же эффективны, как и внутренние. Ответ, к счастью, заключается в том, что общая МДС определяется исключительно количеством витков и током, и поэтому каждый полный виток вносит одинаковый вклад в общую МДС, независимо от того, туго он намотан или нет. Конечно, имеет смысл наматывать катушки как можно туже, поскольку это не только сводит к минимуму сопротивление катушки (и тем самым уменьшает потери тепла), но также облегчает отвод выделяемого тепла к рама машины.

Воздушный зазор

В двигателях мы намерены использовать высокую плотность потока для создания усилия на проводниках с током. Мы сейчас видели, как создать высокую плотность потока внутри железных частей магнитопровода, но, конечно, физически невозможно поместить внутрь железа проводники с током. Поэтому мы устраиваем воздушный зазор в магнитной цепи, как показано на рис. 1.7. Вскоре мы увидим, что проводники, на которые должна воздействовать сила, будут помещены в эту область воздушного зазора.
Если воздушный зазор относительно мал, как в двигателях, мы обнаружим, что поток прыгает через воздушный зазор, как показано на рис. 1.7, с очень небольшой тенденцией раздуваться в окружающий воздух. Поскольку большинство линий потока проходят прямо через воздушный зазор, плотность света в области зазора имеет такое же высокое значение, как и внутри железа.
В большинстве магнитных цепей, состоящих из железных частей и одного или нескольких воздушных зазоров, сопротивление железных частей намного меньше, чем сопротивление зазоров. На первый взгляд это может показаться удивительным, так как расстояние через зазор намного меньше, чем остальная часть пути через железо. Тот факт, что воздушный зазор доминирует над сопротивлением, является просто отражением того, насколько плох воздух как магнитная среда по сравнению с железом. Чтобы представить сравнение в перспективе, если мы вычислим сопротивления двух путей одинаковой длины и площади поперечного сечения, один из которых находится в железе, а другой в воздухе, сопротивление воздушного пути обычно будет в 1000 раз больше, чем сопротивление железный путь. (Расчет сопротивления будет обсуждаться в разделе 1. 3.4.)
Возвращаясь к аналогии с электрической цепью, роль железных частей магнитной цепи можно уподобить роли медных проводов в электрической цепи. Оба мало противостоят низкому (так что незначительная часть движущей силы (MMF или EMF) тратится впустую на передачу низкого туда, где оно используется с пользой), и оба могут быть сформированы так, чтобы направлять низкий уровень к месту назначения. Однако есть одно важное отличие. В электрической цепи ток не будет уменьшаться до тех пор, пока цепь не будет завершена, после чего весь ток продолжается внутри проводов. В железной магнитной цепи некоторый поток может снизиться (в окружающем воздухе) еще до того, как железо будет установлено. И хотя большая часть флюса впоследствии пойдет легким путем через железо, некоторая часть все же просочится в воздух, как показано на рис. 1.7. Мы не будем здесь останавливаться на потоке рассеяния, хотя иногда это важно, как будет видно позже.

Магнитное сопротивление и индукция в воздушном зазоре

Если пренебречь магнитным сопротивлением железных частей магнитопровода, то легко оценить магнитную индукцию в воздушном зазоре. Поскольку в этом случае железные детали фактически являются «идеальными проводниками» потока, ни одно из исходных MMF (NI) не используется для прохождения потока через железные детали, и все это доступно для проталкивания потока через воздушный зазор. Ситуация, изображенная на рис. 1.7

Рис. 1.8. Область воздушного зазора с МДС, действующей на противоположные поверхности полюсов, таким образом, сводится к ситуации, показанной на рис. 1.8, где МДС NI прикладывается непосредственно к воздушному зазору определенной длины.
Чтобы определить, какое количество потока пройдет через зазор, нам нужно знать его сопротивление. Как и следовало ожидать, магнитное сопротивление любой части магнитной цепи зависит от ее размеров и ее магнитных свойств, а также магнитного сопротивления прямоугольной «призмы» из воздуха с площадью поперечного сечения А и длиной g, как показано на рис. 1.8. задается как

Уравнение 1.7 восхитительно простое, и из него мы можем рассчитать плотность потока в воздушном зазоре, если мы знаем МДС катушки (NI) и длину зазора (g). Нам не нужно знать детали обмотки катушки, если мы знаем произведение витков на ток, а также нам не нужно знать площадь поперечного сечения магнитной цепи, чтобы получить плотность потока ( хотя мы это делаем, если хотим узнать общий поток, см. уравнение 1.6).
Например, предположим, что катушка намагничивания имеет 250 витков, ток 2 А и зазор 1 мм. Тогда плотность потока будет равна

(мы, конечно, могли бы получить тот же результат, используя катушку возбуждения из 50 витков, по которой течет ток 10 А, или любую другую комбинацию витков и тока, дающую МДС 500 ампер-витков).
Если бы площадь поперечного сечения железа была постоянной во всех точках, плотность потока была бы везде 0,63 Тл. Иногда, как уже упоминалось, поперечное сечение железа уменьшается в точках, удаленных от воздушного зазора, как показано, например, на рис. 1.3. Поскольку в более узких участках поток сжимается, плотность потока выше, и на рис. 1.3, если плотность потока в воздушном зазоре и в прилегающих полюсах снова принять равной 0,63 Тл, то на участке аа ‘ (где площадь равна половине площади воздушного зазора) плотность потока будет 2 х 0,63 = 1,26 Тл9. 0020

Насыщенность

Было бы разумно спросить, существует ли какой-либо предел плотности света, при котором можно эксплуатировать утюг. Мы можем предположить, что должен быть предел, иначе можно было бы раздавить люкс до

Рис. -сечение, которое мы знаем из опыта, не так. На самом деле есть предел, хотя и не очень резко отрицаемый.
Ранее мы отмечали, что железо почти не сопротивляется, по крайней мере, по сравнению с воздухом. К сожалению, это счастливое положение вещей верно только до тех пор, пока плотность потока остается ниже примерно 1,6–1,8 Тл, в зависимости от конкретной рассматриваемой стали. Если мы попытаемся работать с железом при более высоких плотностях потока, оно начнет проявлять значительное сопротивление и больше не будет вести себя как идеальный проводник потока. При этих более высоких плотностях потока значительная часть МДС источника используется для прохождения потока через железо. Такая ситуация явно нежелательна, так как меньше МДС остается для направления потока через воздушный зазор. Так же, как мы бы не рекомендовали использовать высокоомные питающие провода к нагрузке в электрической цепи, мы должны избегать перегрузки железных частей магнитопровода.
Возникновение значительного сопротивления при увеличении плотности потока качественно показано на рис. 1.9.
Когда сопротивление становится заметным, говорят, что железо начинает «насыщаться». Этот термин подходит, потому что, если мы продолжим увеличивать MMF или уменьшать площадь железа, мы в конечном итоге достигнем почти постоянной плотности потока, обычно около 2 Тл. Чтобы избежать нежелательных эффектов насыщения, размер железных частей магнитопровода обычно выбирают так, чтобы плотность потока не превышала примерно 1,5 Тл. При таком уровне индукции магнитное сопротивление железных деталей будет малым по сравнению с воздушным зазором.

Магнитные цепи в двигателях

Читатель может удивиться, почему так много внимания уделяется магнитной цепи С-сердечника с зазором, когда кажется, что она мало

Рисунок 1. 10 Эволюция постоянного тока. магнитная цепь двигателя из С-образного сердечника с зазором
аналогична магнитной цепи двигателей. Теперь мы увидим, что на самом деле от С-образного сердечника до схемы магнитного двигателя всего один шаг, и что здесь нет никаких принципиально новых идей.
Эволюция от C-образного сердечника к геометрии двигателя показана на рис. 1.10, который в значительной степени не требует пояснений и относится к системе возбуждения постоянного тока. мотор.
Заметим, что первая стадия эволюции (рис. 1.10, слева) приводит к тому, что первоначальный единственный зазор длиной g разделяется на два зазора длиной g/2, что отражает требование, чтобы ротор мог вращаться. В то же время одна катушка намагничивания разделена на две для сохранения симметрии. (Перемещение намагничивающей катушки в другое место вокруг магнитной цепи, конечно, является правильным, так же как батарею можно поместить в любое место в электрической цепи.) Затем (рис. 1.10, в центре) один магнитный путь разделяется на два параллельных. пути вдвое меньше первоначального поперечного сечения, каждый из которых несет половину потока: и, наконец (рис. 1.10, справа), пути потока и поверхности полюсов изогнуты, чтобы соответствовать ротору. Катушка теперь имеет несколько слоев, чтобы заполнить доступное пространство, но, как обсуждалось ранее, это не оказывает отрицательного влияния на MMF. Воздушный зазор все еще мал, поэтому поток пересекает ротор радиально.

магнитная цепь | Определение, примеры и факты

электромагнит с воздушным зазором

См. все материалы

Связанные темы:: параллельная магнитная цепь
последовательная магнитная цепь
магнитный поток
нежелание
магнитодвижущая сила

См. всю связанную информацию →

магнитная цепь , замкнутый путь, на котором ограничено магнитное поле, представленное в виде линий магнитного потока. В отличие от электрической цепи, по которой течет электрический заряд, в магнитной цепи фактически ничего не течет.

В кольцеобразном электромагните с небольшим воздушным зазором магнитное поле или поток почти полностью ограничены металлическим сердечником и воздушным зазором, которые вместе образуют магнитную цепь. В электродвигателе магнитное поле в основном ограничено магнитными полюсными наконечниками, ротором, воздушными зазорами между ротором и полюсными наконечниками и металлическим каркасом. Каждая линия магнитного поля образует полную неразрывную петлю. Все линии вместе составляют общий поток. Если поток делится так, что часть его приходится на часть устройства, а часть на другую, то магнитная цепь называется параллельной. Если весь поток сосредоточен в одном замкнутом контуре, как в кольцеобразном электромагните, цепь называется последовательной магнитной цепью.

По аналогии с электрической цепью, в которой ток, электродвижущая сила (напряжение) и сопротивление связаны законом Ома (ток I равен электродвижущей силе В деленной на сопротивление R ; В = IR ), аналогичное соотношение было разработано для описания магнитной цепи.

Магнитный поток Φ аналогичен электрическому току. Магнитодвижущая сила, mmf или f , аналогична электродвижущей силе V и может рассматриваться как фактор, определяющий поток. МДС эквивалентно количеству витков провода, по которому течет электрический ток, и измеряется в ампер-витках. Если увеличить ток через катушку (как в электромагните) или число витков провода в катушке, МДС больше, а если остальная часть магнитопровода останется прежней, магнитный поток пропорционально возрастет.

Сопротивление r магнитной цепи аналогично сопротивлению электрической цепи. Сопротивление зависит от геометрических и материальных свойств цепи, которые противодействуют присутствию магнитного потока. Сопротивление данной части магнитной цепи пропорционально ее длине и обратно пропорционально площади ее поперечного сечения и магнитному свойству данного материала, называемому его магнитной проницаемостью. Железо, например, обладает чрезвычайно высокой проницаемостью по сравнению с воздухом, так что оно обладает сравнительно небольшим магнитным сопротивлением или оказывает относительно небольшое сопротивление присутствию магнитного потока.