CIRCUITUL MAGNETIC

MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA CIRCUITELOR MAGNETICE ALE MAŞINILOR ELECTRICE

Între vectorul intensităţii câmpului magnetic (H) şi vectorul inducţiei magnetice (B), pentru medii izotrope, există o relaţie de proporţionalitate, factorul de proporţionalitate fiind permeabilitatea mediului respectiv µ_r (caracteristica de magnetizare- porţiunea liniară).

Din punct de vedere al permeabilităţii, materialele se împart în trei grupe :

• Materiale magnetice, care au µ_r<µ₀;
• Materiale paramagnetice, care au µ_r>µ₀;
• Materiale feromagnetice, care au µ_r>>µ₀, unde µ₀ este permeabilitatea vidului.

Cel mai mult interesează evident materialele feromagnetice, deoarece la intensităţi mici ale câmpului magnetic se pot obţine inducţii mari. Acest lucru permite reducerea volumului materialelor active şi a energiei utilizate pentru producerea solenaţiei şi deci reducerea costurilor şi cheltuielilor de exploatare ale maşinii. Trebuie menţionat faptul că permeabilitatea materialelor feromagnetice nu este constantă, ci depinde de valoarea intensităţii câmpului magnetic. De asemenea, proprietăţile feromagnetice dispar peste o anumită temperatură (punct Curie), care în general este peste 200°C, temperatură care însă nu este atinsă în funcţionarea normală a maşinilor electrice.

În maşinile electrice sunt porţiuni ale circuitului magnetic care sunt parcurse de un flux constant în timp şi altele care sunt parcurse de un flux variabil. Având în vedere acest lucru s-a urmărit utilizarea unor materiale adecvate, cu o permeabilitate cât mai mare, dar şi cu proprietăţi care să limiteze pierderile de energie (prin histerezis şi curenţi turbionari) în porţiunile de circuit în care fluxul este variabil. În porţiunile de miez cu flux constant se utilizează, în mod obişnuit, oţel-carbon sub formă de foi (laminat), oţel şi fontă turnate sau oţel  forjat.

În porţiunile de miez magnetic, unde fluxul magnetic este variabil, interesează valoarea pierderilor prin histerezis şi curenţi turbionari. Având în vedere că aceste pierderi se transformă în căldură, care limitează solicitările electromagnetice va trebui ca în aceste porţiuni să se folosească materiale cu compoziţii şi calităţi diferite de cele ale materialelor amintite mai înainte (pentru porţiunile de circuit magnetic prin care fluxul magnetic este constant). Miezul magnetic va fi realizat din tole.

Mărimea pierderilor depinde de aria ciclului de histerezis, dar trebuie precizat că o influenţă importantă o au tensiunile interne şi direcţia de orientare a cristalelor. Procedeul de a obţine un material feromagnetic cu pierderi mici este de a adăuga în oţelul obişnuit un anumit procentaj de siliciu. Prin acesta se obţine un material cu ciclu de histerezis redus şi deci o scădere a pierderilor prin histerezis. Totodată se obţine şi o majorare a rezistenţei electrice a materialului, ceea ce duce şi la reducerea pierderilor prin curenţi turbionari. Trebuie amintit însă că adăugarea de siliciu conduce la o micşorare a permeabilităţii magnetice.

S-a constatat ca direcţia de laminare are o importanţă deosebită şi că pe această direcţie materialul are o permeabilitate maximă. Prin laminarea la rece, s-au obţinut materiale cu proprietăţi magnetice superioare, materiale ce sunt utilizate astăzi în construcţia miezurilor magnetice ale maşinilor rotative.

O mărime care caracterizează tabla silicioasă este totalitatea pierderilor pe unitatea de masă şi se indică, de obicei pentru două valori ale inducţiei (B=1T şi B=1,5T) la o frecvenţă de magnetizare de 50 Hz.

CIRCUIT ELECTRIC - ÎNFĂŞURĂRI

MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA CIRCUITELOR ELECTRICE (ÎNFĂŞURĂRI) ALE MAŞINILOR ELECTRICE

Bobinajele maşinilor electrice se fac din materiale cu rezistivitate electrică mică şi anume cupru şi aluminiu.

Din punct de vedere chimic, materialele trebuie să fie cât mai pure, utilizându-se pentru bobinaje numai cuprul electrolitic al cărui simbol este CuE. În mod normal nu se foloseşte secţiunea conductorului obţinută direct din calcul, ci se adoptă o « secţiune normalizată » pe baza unor standarde. Dar, cum conductorul se foloseşte izolat, trebuie să se ştie pentru dimensionarea crestăturilor, care este grosimea izolaţiei acestuia. Ea depinde de felul materialului izolant, precum şi de diametrul nominal al conductorului.  Astăzi se utilizează cel mai mult emailurile superioare, de clasa E, B şi F, care s-au impus prin proprietăţile lor de stabilitate termică şi un preţ de cost avantajos.

ANALIZA FENOMENELOR ELECTROMAGNETICE ÎNTR-O MAŞINĂ ELECTRICĂ

Se consideră o bobină cu N spire, alimentată de la tensiunea u, parcursă de curentul i, pe un miez magnetic de lungime l şi secţiune A.

Curentul i produce un câmp magnetic, de inducţie B. Miezul magnetic va fi parcurs de fluxul Ψ, dat de

Reluctanţa magnetică a porţiunii de circuit magnetic este dată de :

cu μ_r – permeabilitatea magnetică relativă a materialului circuitului magnetic. Pentru solenaţia bobinei rezultă expresia:

(legea lui Ohm pentru circuite magnetice). Pe de altă parte, solenaţia unei bobione cu N spire este:

 Pentru punerea în evidenţă a legăturii între cele două circuite active ale unei maşini electrice (electric şi magnetic) se utilizează schema electrică din figură.

Fluxul produs de curentul ce parcurge bobina 1 induce în bobina 2 o t.e.m. conform legii inducţiei electromagnetice:

Măsurând tensiunea la bornele bobinei 2, utilizând o placă de achiziţii date şi mediul LabVIEW, prin integrare se poate obţine fluxul electromagnetic, respectiv valoarea efectivă a acestuia. Cunoscând aria secţiunii circuitului magnetic se poate determina şi valoarea efectivă a inducţiei electromagnetice, B. 

Pe de altă parte, măsurând valoarea efectivă a curentului i₁ şi cunoscând numărul de spire ale acesteia se poate determina solenaţia cu (4).

Dimensiunile circuitului magnetic fiind date, se poate determina reluctanţa acestuia cu (2). Din (3) rezultă valoarea fluxului, şi din (1) rezultă inducţia magnetică.