Классификация электромагнитных устройств. Перспективы развития электромагнитной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Кафедра промышленной электроники

Реферат

по курсу «Электромагнитная техника»

Тема: «Классификация электромагнитных устройств. Перспективы развития электромагнитной техники»

2010 р.

Классификация электромагнитных устройств. Перспективы развития электромагнитной техники

электромагнитный устройство трансформатор модулятор

Электромагнитное устройство (ЭМУ) - устройство, состоящее из исполнительного и оконечного (выходного) элементов, элементов сопряжения и арматуры крепления.

К исполнительным элементам относят:

Электродвигатели

Электромагниты

Соленоиды

Электромагнитные муфты

Оконечные элементы:

Выходные валы

Штоки

Толкатели

Ролики

Зубчатые колеса

Другие элементы сцепления

Элементы сопряжения:

Рычаги

Тяги

Редукторы

Другие передаточные средства

Арматура крепления составляют:

Корпуса

Кронштейны

Фланцы

Принцип работы электромагнитных устройств

Исполнительные элементы являются преобразователями входных электрических сигналов в механическую энергию. (Активные элементы). Оконечные элементы и элементы сопряжения - элементы передающие, механическую энергию. (Пассивные элементы).

На вход электромагнитного элемента поступает команда в виде электрического сигнала. Эту команду обрабатывают исполнительные элементы, совершая при этом механическую работу, которая через элементы сопряжения передается на оконечный элемент, а затем и на выход электромагнитного устройства.

На выходе может быть получено тяговое усилие при перемещении или вращающий момент при повороте. Работа на выходе где - работа исполнительного элемента, а - КПД передачи механической работы. ( всегда меньше единицы, т.к. часть работы расходуется, например, на силы трения).

Характеристика электромагнитных устройств

Электромагнитные устройства нашли широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре и средствах автоматики при решении широкого круга технических задач в программных, приводных, переключающих, тормозных, блокирующих и других устройствах.

Широкая область применения электромагнитных устройств обусловлена простотой и компактностью этих конструкций, возможностью получения больших сил или моментов, высокой точностью и стабильностью, большим сроком службы, простотой управления.

Электронные устройства являются более быстродействующими, чем электромагнитные. В связи с этим для некоторых целей более приемлемым является использование именно электронных устройств, однако в большинстве случаев замена не представляется возможной. Более того, в космической и ядерной технике при работе в экстремальных условиях работоспособными и рациональными являются только электромагнитные приборы.

Классификация электромагнитных устройств

Классифицировать электромагнитные устройства можно по следующим признакам:

Роду тока (постоянный и переменный)

Способу включения (параллельный и последовательный)

Длительности режима работы (продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный)

Быстродействии (быстродействующие, нормальные и замедленные)

Назначению

Классификация по назначению позволяет группировать электромагнитные устройства, предназначенные для выполнения одинаковых или подобных функций, для дальнейшего определения лучших решений.

Классификация электромагнитных устройств по функциональному назначению

1. Электромагнитные приводы и механизмы:

силовые приводы и механизмы, приводы управления;

программные механизмы;

шаговые и линейные электромагнитные устройства и двигатели;

электромагнитные вибраторы, датчики;

электромагнитные ударные, подъемные и удерживающие.

2. Электромагнитные устройства различных накопителей информации и периферийных устрой ЭВМ и средств вычислительной техники.

3. Коммутирующие электромагнитные устройства:

коммутирующие устройства низкочастотной, высокочастотной и сверхвысокочастотной энергий;

электромагнитные выключатели и клапаны;

золотниковые и распределительные устройства;

электромагнитные муфты сцепления и переключения.

4. Тормозные, фиксирующие и блокирующие электромагнитные устройства:

электромагнитные тормозные муфты;

фиксирующие, стопорные и блокирующие электромагнитные устройства;

электромагнитные замки и защелки.

5. Электромагнитные устройства специальных областей применения:

счетно-решающие устройства и системы выработки координат;

системы магнитного подвеса;

системы отработки логических функций.

Технические требования, предъявляемые к электромагнитным устройствам

Электромагнитные устройства являются важным элементов радиоэлектронной аппаратуры и они, как и любые другие устройства, должны удовлетворять запросам, оговоренным на разработку.

Необходимо указывать следующие требования:

Назначение и выполняемые функции

Условия эксплуатации, уровень защиты;

Электрические, механические, тепловые допуски;

Особенности конструкции;

Параметры (входные и выходные);

Продолжительность работы устройства;

Требования к источникам питания (напряжение, мощность);

Расположение устройства в готовом изделии;

Расположение в пространстве, взаимодействие с другими устройствами;

Показатели надежности;

Серийность;

Степень автоматизации при изготовлении, сборке и контроле устройства;

Перечень комплектующих элементов;

Габариты.

В общем виде электромагнитные устройства должны продолжать свои работу в изделии при воздействии внешних факторов, таких как: температура, давление, влажность, радиация, воздействия, вызванные биологическими организмами (насекомые, плесень), механических нагрузках. Конкретные технические требования устанавливаются в зависимости от вида аппаратуры по единой классификации.

Трансформаторы

Одними из самых распространенных электромагнитных устройств являются трансформаторы. Дадим определение и рассмотрим их классификацию.

Трансформатор - статический аппарат, преобразовывающий электрическое напряжение или ток с одним значением в электрическое напряжение или ток с другим значением при сохранении частоты.

Рис. 1 - Устройство трансформатора: 1 - магнитопровод; 2 - первичная обмотка; 3 - вторичная обмотка

Классификацию трансформаторов разобьем на две части - трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Классификация трансформаторов напряжения:

1. По числу фаз:

Однофазные

Трехфазные

2. По числу обмоток:

Двухобмоточные

Трехобмоточные

3. По классу точности

4. По способу охлаждения:

Масляные

Сухие или с литой изоляцией

5. По роду установки:

Для внутренней установки

Для наружной установки

Классификация трансформаторов тока:

1. По назначению:

Измерительные

Защитные

Промежуточные

Лабораторные (высокой точности)

2. По роду установки:

Для наружной установки

Для внутренней установки

Встроенные в электрические аппараты

Накладные (одеваются сверху на проходной изолятор)

Переносные (для контрольных измерений или лабораторных испытаний)

3. По конструкции первичной обмотки:

Многовитковые (катушечные)

Одновитковые (стержневые)

Шинные

4. По способу установки (для внутренней и наружной установки)

Проходные

Опорные

5. По выполнению изоляции:

С сухой изоляцией (фарфор, литая эпоксидная изоляция)

С бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией

С заливкой компаундом

6. По числу ступеней трансформации:

Одноступенчатые

Двухступенчатые (каскадные)

7. По рабочему напряжению:

Номинальное напряжение выше 1 кВ

Номинальное напряжение нижу 1 кВ

Магнитные модуляторы

Модулятор - устройство, преобразовывающее постоянный ток в пропорциональный ему по величине переменный ток.

Модуляторы используются, в частности, при измерении малых постоянных токов, которые не могут быть поданы на измерительный прибор без дополнительного усиления. Электромагнитные модуляторы весьма успешно применяют в качество входных каскадов электронных усилителей при работе при работе низкоомных датчиков.

Разновидности модуляторов:

Модуляторы с выходом переменного тока основной частоты;

Модуляторы с выходом переменного тока удвоенной частоты;

Модуляторы с импульсным выходом;

Магнитомодуляционные датчики

Магнитомодуляционный датчик (феррозонд) представляет собой магнитный модулятор с выходом на удвоенной частоте, предназначенный для измерения напряженности внешних магнитных полей.

В отличии от модулятора датчики имеют разомкнутый сердечник. Это позволяет повысить частоту питающего напряжения и расширить полосу пропускания модулятора.

Стабилизаторы

Стабилизатор - устройство, что поддерживает выходной сигнал на определенном постоянном значении, при широком изменении входного сигнала .

Стабилизатор является важным элементом схем, так как измерительные, вычислительные, управляющие схемы требуют для обеспечения нормальной работы достаточно постоянного питающего напряжения или тока, что может быть обеспечено только с помощью стабилизаторов.

Запоминающие устройства

Еще одним важным и очень распространенным в наше время типом устройств являются запоминающие устройства.

Запоминающие устройства (ЗУ) - устройства, выполняющие прием, сохранение и последующую выдачу информационного кода в системах и приборах, предназначенных для его передачи и обработки.

Различают дискретные и аналоговые запоминающие устройства. Дискретные предназначенные для приема и хранения информации в двоичном коде. Аналоговые - для приема и хранения отдельных значений непрерывных величин.

Основными параметрами запоминающих устройств являются: емкость, быстродействие, надежность, потребляемая мощность, габариты устройства.

Можно выделить три основные ступени этой иерархии:

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) - имеют большое быстродействие, но относительно небольшой емкостью.

Долговременные запоминающие устройства - обладают меньшим быстродействием, чем ОЗУ, но большую емкость.

Буферные запоминающие устройства - предназначаются для промежуточного хранения информации при ее обмене между устройствами, что работают с разной скоростью.

Перспективы развития электромагнитной техники

В современной радиоэлектронной аппаратуре и средствах автоматики нашли широкое применение всевозможные приводные, программные, переключающие, тормозные и многие другие электромагнитные устройства. Они построены на основе электромагнитов, соленоидов и электромагнитных муфт.

Относительная простота конструкций, широкие возможности электромагнитных устройств обусловили их применение в системах автоматики, сигнализации, защиты, информационных отраслях производства.

С ростом уровня автоматизации увеличилось число применяемых электромагнитных устройств. К этим устройствам предъявляют все более высокие конструктивные и экономические требования, для уменьшения габаритов, энергопотребления и стоимости последующих конструкций.

Разнообразие областей применения и разнообразность требований обуславливают разработку электромагнитных устройств для каждого отдельного случая.

Большое значение имеют силовые трансформаторы, без них была бы невозможная передача электроэнергии на расстояния. На 1989 год самый мощный трансформатор был изготовлен австрийской компанией «Элин». Он предназначался для ТЭЦ в штате Огайо. Он имел мощность 975 МВА (мегавольт-ампер), а его целью было повышение напряжения, вырабатываемого генераторами от 25 кВ до 345 кВ. Для сравнения самый мощный трансформатор России был изготовлен в 2007 году мощностью 630МВА и весом около 400 тонн. Он был рассчитан на напряжение в 330кВ.

Электромагнитная техника нашла применение в медицине. Большая группа медицинских аппаратов конструктивно является генераторами разнообразных электромагнитных колебаний. Человеческий организм является источником целого спектра электромагнитных излучений, эти излучения так же имеют большое влияние на организм. Биологические объекты обмениваются с окружающей средой энергией. Это свойство и используется для оценки их состояния.

Помимо привычных современному человеку технологий электромагнитная техника нашла применение в практических фантастических военных технологиях. Американскими военными был продемонстрирован проект электромагнитной пушки в Naval Surface Warfare Center. Суть проекта в том, что электрическая энергия используется вместо пороха для выброса снаряда, который развивает значительную скорость. Максимальное расстояние поражения данным орудием равно около 460км, что значительно превышает радиус поражения обычных орудий.

Примеров использования электромагнитной техники можно найти очень много, в любой сфере человеческой деятельности. Некоторые отрасли более исследованные, некоторые менее, однако всюду есть место для новых открытий. Примером тому могут являться уже упомянутые трансформаторы. И хотя они широко используются не один десяток лет, но простой теоретической модели не существует на сегодняшний день. Все предоставленные схемы замещения допускают пренебрежения, которые на определенных частотах дают большие погрешности при расчете параметров трансформатора.

Использованная литература

1. Казаков Л.А. «Электромагнитные устройства РЭА» Справочник. - М.: «Радио и связь», 1991. - 352 с.

2. П.В. Ермуратский, А.А. Косякин «Справочное пособие по электротехнике и основам электроники». М.: «Высшая школа», 1986. - 248 с.

3. Преображенский А.А., Шамрай Б.В. «Электромагнитные устройства информационно-измерительной техники». М.: «Высшая школа», 1982 - 264 с.

Размещено на Allbest.ru