Der Einsatz von Permanentmagneten in der Elektrotechnik und Energie

Heutzutage finden Permanentmagnete in vielen Bereichen des menschlichen Lebens nützliche Anwendungen. Manchmal bemerken wir ihre Anwesenheit nicht, können sie jedoch in fast jeder Wohnung in verschiedenen Elektrogeräten und in mechanischen Geräten finden, wenn man genau hinschaut Dauermagnet… Elektrorasierer und Lautsprecher, Videoplayer und Wanduhr, Mobiltelefon und Mikrowelle, Kühlschranktür, schließlich – Permanentmagnete sind überall zu finden.

Sie werden in medizinischen Geräten und Messgeräten, in verschiedenen Instrumenten und in der Automobilindustrie, in Gleichstrommotoren, in akustischen Systemen, in elektrischen Haushaltsgeräten und an vielen, vielen anderen Orten eingesetzt: Funktechnik, Instrumente, Automatisierung, Telemechanik usw. . — Keiner dieser Bereiche ist ohne den Einsatz von Permanentmagneten vollständig.

Spezifische Lösungen mit Permanentmagneten können endlos aufgelistet werden, aber das Thema dieses Artikels ist ein kurzer Überblick über verschiedene Anwendungen von Permanentmagneten in der Elektrotechnik und Energie.

Elektromotoren und Generatoren

Seit Oersted und Ampere ist allgemein bekannt, dass stromdurchflossene Drähte und Elektromagnete mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten interagieren. Viele Motoren und Generatoren arbeiten nach diesem Prinzip. Für Beispiele muss man nicht weit gehen. Der Lüfter im Netzteil Ihres Computers besteht aus einem Rotor und einem Stator.

Ein Flügelrad ist ein Rotor mit kreisförmig angeordneten Permanentmagneten und der Stator ist der Kern eines Elektromagneten. Durch die Umkehrung der Magnetisierung des Stators erzeugt die elektronische Schaltung den Effekt, dass das Magnetfeld des Stators rotiert, nachdem das Magnetfeld des Stators, das versucht, von ihm angezogen zu werden, dem magnetischen Rotor folgt – der Lüfter dreht sich. Die Festplattenrotation erfolgt auf ähnliche Weise und funktioniert auf ähnliche Weise viele Schrittmotoren.

Permanentmagnete haben auch in Stromgeneratoren Einzug gehalten. Ein Einsatzgebiet sind beispielsweise Synchrongeneratoren für heimische Windkraftanlagen.

Am Umfang des Stators des Generators befinden sich Generatorspulen, die während des Betriebs der Windkraftanlage vom magnetischen Wechselfeld der sich (unter der Wirkung des auf die Rotorblätter wehenden Windes) bewegenden Permanentmagnete des Rotors durchquert werden. Einreichen das Gesetz der elektromagnetischen Induktion, die von den Gleichstrommagneten im Verbraucherkreis gekreuzten Drähte der Generatorwicklungen.

Solche Generatoren werden nicht nur in Windkraftanlagen eingesetzt, sondern auch in einigen Industriemodellen, bei denen anstelle der Erregerspule Permanentmagnete am Rotor angebracht sind. Der Vorteil von Lösungen mit Magneten liegt in der Möglichkeit, einen Generator mit niedriger Nenndrehzahl zu erhalten.

Magnetoelektrische Geräte und Mechanismen

V mechanische Induktionsstromzähler Die leitende Scheibe dreht sich im Feld eines Permanentmagneten. Der durch die Scheibe fließende Verbrauchsstrom interagiert mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten und die Scheibe dreht sich.

Je höher der Strom, desto höher ist die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe, da das Drehmoment durch die Lorentzkraft erzeugt wird, die auf die sich bewegenden geladenen Teilchen im Inneren der Scheibe auf der Seite des Magnetfelds eines Permanentmagneten wirkt. Tatsächlich handelt es sich um einen solchen Zähler AC Motor geringe Leistung mit Statormagnet.

Zur Messung schwacher Ströme verwenden Galvanometer — sehr empfindliche Messgeräte. Dabei interagiert der Hufeisenmagnet mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule, die im Spalt zwischen den Polen des Permanentmagneten hängt.

Die Auslenkung der Spule während der Messung ist auf das Drehmoment zurückzuführen, das durch die magnetische Induktion erzeugt wird, die auftritt, wenn Strom durch die Spule fließt. Auf diese Weise stellt sich heraus, dass die Auslenkung der Spule proportional zum Wert der resultierenden magnetischen Induktion im Spalt und damit zum Strom im Spulenleiter ist. Bei kleinen Abweichungen ist die Skala des Galvanometers linear.

Permanentmagnete in elektrischen Haushaltsgeräten

Sicherlich gibt es in Ihrer Küche eine Mikrowelle. Und es sind gleich zwei Permanentmagnete drin. Generieren Elektromagnetische Wellen Mikrowellenherd in der Mikrowelle eingebaut Magnetron… Im Inneren des Magnetrons bewegen sich die Elektronen im Vakuum von der Kathode zur Anode. Dabei muss ihre Flugbahn gebogen werden, damit die Anodenresonatoren stark genug angeregt werden.

Um die Flugbahn der Elektronen zu krümmen, werden ringförmige Permanentmagnete oberhalb und unterhalb der Vakuumkammer des Magnetrons angebracht. Das Magnetfeld von Permanentmagneten krümmt die Flugbahnen der Elektronen, sodass ein starker Elektronenwirbel entsteht, der die Resonatoren anregt, die wiederum elektromagnetische Mikrowellenwellen erzeugen, um die Lebensmittel zu erhitzen.

Damit der Festplattenkopf präzise positioniert werden kann, müssen seine Bewegungen beim Schreiben und Lesen von Informationen sehr genau gesteuert und gesteuert werden. Auch hier kommt ein Permanentmagnet zur Rettung. Im Inneren der Festplatte bewegt sich im Magnetfeld eines stationären Permanentmagneten eine stromdurchflossene Spule, die mit dem Kopf verbunden ist.

Wenn ein Strom an die Hauptspule angelegt wird, stößt das Magnetfeld dieses Stroms je nach Wert die Spule mehr oder weniger vom Permanentmagneten in die eine oder andere Richtung ab, wodurch sich der Kopf mit hoher Präzision zu bewegen beginnt. Diese Bewegung wird von einem Mikrocontroller gesteuert.

Magnetische Lager in der Elektrizität

Um die Energieeffizienz zu verbessern, bauen einige Länder mechanische Energiespeicher für Unternehmen. Dabei handelt es sich um elektromechanische Wandler, die nach dem Prinzip der Trägheitsenergiespeicherung in Form der kinetischen Energie eines rotierenden Schwungrades, der sogenannten kinetische Energiespeicherung.

Beispielsweise hat ATZ in Deutschland einen kinetischen Energiespeicher mit 20 MJ und einer Leistung von 250 kW entwickelt, dessen spezifische Energiedichte etwa 100 Wh/kg beträgt. Bei einer Schwungmasse von 100 kg und einer Drehzahl von 6000 U/min benötigt eine zylindrische Struktur mit einem Durchmesser von 1,5 Metern hochwertige Lager. Daher ist das untere Lager selbstverständlich auf Basis von Permanentmagneten gefertigt.