5555. ELEKT. ELEKT. ELEKTR RRROMAGNETIDOMAGNETID...Elektrotehnika instituut Raivo Teemets...
Transcript of 5555. ELEKT. ELEKT. ELEKTR RRROMAGNETIDOMAGNETID...Elektrotehnika instituut Raivo Teemets...
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
1
5555. ELEKT. ELEKT. ELEKT. ELEKTRRRROMAGNETIDOMAGNETIDOMAGNETIDOMAGNETID
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
2
5.1. Sissejuhatus
Elektromagneteid kasutatakse laialdaselt elektri-aparaatides kui ajami elementi (nt kontaktorid, releed kauglülitid jms), aga ka seadmetes, mis peavad arendama suurt jõudu (nt lukud, riivid, tõstemagnetid). Sõltuvalt kasutusotstarbest ja -kohast võivad elektromagnetid olla väga erineva ehitusega ja tehniliste andmetega. Elektromagneti põhiosad on magnetahel ja mähis .
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
3
5.2. Magnetahel Magnetahel on magneetikute kogum, mida läbib magnetvoog .
Magnetahel
A1…A4 ‒ südamiku ristlõiked; A5 ‒ õhupilu ristlõige; N ‒ mähise keerud, I ‒ mähise vool, Ф - magnetvoog
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
4
Magnetahel koosneb peamiselt ferromagnetilisest materjalist ‒ rauast ja selle sulamitest, mis tagavad magnetvoole väikese takistuse. Magnetahel võib olla suletud või sisaldada õhupilu .
Ühtlase ristlõikega mittehargnevad magnetahelad Vasakul suletud magnetahel, paremal õhupiluga magnetahel
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
5
Magnetahelad võivad olla mittehargnevad või hargnevad .
Magnetahelate kujud vasakul mittehargnev, paremal hargnev
1- ike, 2 - mähis, 3 - ankur, 4 ja 5 - õhupilu, 6 - tagastusvedru
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
6
Õhupilu sisaldavad magnetahelad sellistes aparaatides, millede ülesanne on tekitada mehaaniline liikumine (nt kontaktorid).
Tüüpiline elektriaparaadi magnetahel
1- ike, 2 - ankur, 3- mähis
Sellise elektriaparaadi magnetahel koosneb liikumatust osast e. ikkest , millele on paigutatud mähis, ja liikuvast osast e. ankrust .
2
1
3
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
7
Mähise 2 ülesanne on tekitada magnetahela õhupilus δ piisava tugevusega magnetvoog Фδ, mis tagaks nõutava tõmbejõu F ankrule 6.
F δ
Aparaadi elektromagneti toimimise selgitamiseks
1 - ike, 2 - mähis, 3 - ankur, 4 ja 5 - õhupilud, 6 - tagastusvedru, I - mähise vool, w -mähise keerdude arv, Фδ - magnetvoog õhupilus, Фσ- puistevoog
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
8
5.3 Magnetahelaid iseloomustavad suurused ja seosed Magnetahelaid iseloomustavad suurused:
- magnetvoog Ф , mõõtühik veeber Wb - magnetiline induktsioon e. magnetvoo tihedus
B = Ф/S, mõõtühikuks tesla T, - magnetvälja tugevus H, mõõtühik A/m, - magnetiline läbitavus µ = B/H, mõõtühik H/m, - vaakumi magnetiline läbitavus µ0 = 4π . 10
-7 H/m, - magnetomotoorne jõud F = iw, mõõtühik amper A, - magnetiline juhtivus Λ, mõõtühik henri H.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
9
Magnetahelate kohta kehtivad Kirchoffi seadused Kirchoffi esimene seadus : magnetvoogude summa magnetahela igas sõlmes võrdub nulliga:
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
10
Kirchoffi teine seadus : magnetilise potentsiaali langus suletud kontuuris võrdub kõigi magnetomotoorsete jõudude summaga, mis toimivad selles kontuuris.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
11
Olgu meil joonisel olev ühe õhupiluga mittehargnev magnetahel. Iseloomustame teda tähtsamate lõikude kaupa.
Ühe õhupiluga mittehargnev magnetahel
Ф - magnetvoog I - vool, w - mähise keerdude arv, l- magnetvoo teekonna pikkus ikkes, δ - õhupilu, S - ikke ristlõike pindala
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
12
Magnetomotoorne jõud F, mille tekitab mähis
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
13
Magnetahela ebalineaarne magnetiline takistus
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
14
Magnetiline takistus ferromagnetilises materjalis Magnetiline pingelang ikkes
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
15
Õhupilu lineaarne magnetiline takistus
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
16
Õhupilu takistus Magnetiline pingelang õhupilus
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
17
Kirchoffi II seadus kogu magnetahela kohta Analoogia elektri- ja magnetahelaid iseloomustavate suuruste vahel
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
18
5.4 Alalisvoolu elektromagneti arvutus
Aseskeem
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
19
Otsene ülesanne: antud on Ф, S, l,w, magneetimiskõver B(H), leida vool I.
H leiame magneetimiskõveralt
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
20
Kirchoffi teise seaduse alusel
Otsitav vool Poolustevaheline tõmbejõud
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
21
Pöördülesanne: antud on vool I, w ja magneetimiskõver B(H), leida Ф. Kirchoffi teise seaduse alusel
Millest induktsioon
kus
[ T] [H/m]
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
22
Graafiliselt määrame tegelikud B ja H, kasutades südamiku magneetimiskõverat B(H).
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
23
Magnetvoog magnetahelas
Poolustevaheline tõmbejõud
Ф = BS
F = B2S/2µ0
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
24
Kontaktorites kasutatakse jõuallikana sagedasti kolmesambalise ikkega elektromagnetit. Kontaktide sulgemiseks vajalik magnetvoog tekitatakse alalis- või vahelduvvoolumähisega .
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
25
5.5 Alalisvoolu elektromagneti tõmbejõud Alalisvoolu elektrimagneti tõmbejõud Ftõmbe on võrdeline magnetomotoorse jõu Fmm ruuduga, pooluse ristlõikepindalaga S ja pöördvõrdeline õhupilu suurusega δ. Ühe õhupilu puhul Kahe õhupilu puhul
Ftõmbe = F2mm µ0 S/2 δ
2
Ftõmbe = F2mm µ0 S/4 δ
2
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
26
Sõltuvust Ftõmbe = f(δ) nimetatakse elektromagneti staatiliseks tõmbetunnusjooneks .
Elektromagneti staatiline tõmbetunnusjoon
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
27
5.6 Vahelduvvoolu elektromagneti arvutuse eripärad
Alalisvoolu korral sõltub mähist läbiva voolu suurus I ainult mähise aktiivtakistusest R: I = U / R. Vahelduvvoolu korral on voolu määravaks suuruseks ahela induvtiivtakistus X, mis muutub suures ulatuses ankru liikumisel. Vahelduvvoolu korral tekivad magnetahelas hüstereesist ja pöörisvooludest tingitud lisakaod, mistõttu kogu vool ei lähe magnetomotoorjõu loomiseks. Nende kadude vähendamiseks valmistatakse vahelduvvoolu elektro-magnetite magnetsüdamikud teraslehtedest .
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
28
Vaatleme lihtsamat juhtumit , eeldades, et pinge ja vool mähises on siinuselised ja lisakaod puuduvad. Ka puistevoogu ei arvesta.
Toitepinge tasakaalustakse pingelangudega aktiiv- ja induktiivtakistusel
U2 = (IR)2 + (IX)2,
Pingelang induktiivtakistusel IX = IωL = Fwω µ0 S/2δ
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
29
Pingemähise korral R
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
30
Vool mähises
I = 2U δ / ωw2µ0 S, millest järeldub, et vahelduvvoolu korral toimub õhupilu suurenemisel mähist läbiva voolu kasv . Reaalselt on avatud magnetahelaga vahelduvoolu elektromagnetite mähise vool 6 … 10 korda suurem voolust suletud magnetahela puhul.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
31
5.7 Vahelduvvoolu elektromagneti tõmbejõud F tõmbe Maxwelli võrrandi järgi milles . Märkus. Siin valemites Fэ ≡ F tõmbe.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
32
Teisendades saame lõplikult
Järeldus. Vahelduvvoolu elektromagneti tõmbejõud pulseerib - cos-seaduspärasuse järgi, - kahekordse võrgusagedusega, - märki muutmata.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
33
Selline tõmbejõu pulseerimine võib põhjustada kontaktori ankru eemaldumise magnetahelast, kui tõmbejõud muutub väiksemaks magneti tagastusvedru survejõust (punkt A). Tõmbejõu suurenedes tõmbub ankur uuesti vastu magnetahelat (punkt B) Tekib ankru vibratsioon .
Siin P ≡ F tõmbe
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
34
Vibratsiooni kõrvaldamiseks paigaldatakse vahelduvoolu elektromagneti poolusesse lühiskeerd , mis haarab 70 … 80 % pooluse ristlõike-pindalast.
Tekib kaks omavahel nurga φ võrra nihutatud magnetvoogu Ф1 ja Ф2, mis omakorda tekitavad kaks tõmbejõudu .
lühiskeerd
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
35
Summaarne tõmbejõud jääb alati suuremaks tagastusjõust, millega tagatakse elektromagneti normaalne töö.
-
Elektrotehnika instituut
Raivo Teemets Elektriaparaadid 2013s Ptk.5 Elektromagnetid
36