Электромагнитные устройства: Электротехника и электроника в 3 т. Том 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

Электротехника и электроника в 3 т. Том 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

Раскрывается часть учебного курса «Электротехника и электроника», предназначенного для электротехнической подготовки бакалавров неэлектротехнических направлений и инженеров неэлектротехнических специальностей. В курс включен материал, посвященный моделированию и расчету с помощью персональных электронно-вычислительных машин соответствующих цепей и устройств.

Высшее образование

Укажите параметры рабочей программы

Дисциплина

Электротехника и электроника

УГС

24.00.00 «АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА»25.00.00 «АЭРОНАВИГАЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАЦИОННОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»09.00.00 «ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»10.00.00 «ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»01.00.00 «МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА»15.00.00 «МАШИНОСТРОЕНИЕ»28.00.00 «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ»05.00.00 «НАУКИ О ЗЕМЛЕ»44.00.00 «ОБРАЗОВАНИЕ И ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ»17.00.00 «ОРУЖИЕ И СИСТЕМЫ ВООРУЖЕНИЯ»21.00.00 «ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГОРНОЕ ДЕЛО, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО И ГЕОДЕЗИЯ»19.00.00 «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИИ»35.00.00 «СЕЛЬСКОЕ, ЛЕСНОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО»43.00.00 «СЕРВИС И ТУРИЗМ»26.00.00 «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ И ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»23.00.00 «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТА»08.00.00 «ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА»29.00.00 «ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»22.00.00 «ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ»20.00.00 «ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО»27.00.00 «УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»03.00.00 «ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ»16.00.00 «ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ»12.00.00 «ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ»18.00.00 «ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»38.00.00 «ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ»13.00.00 «ЭЛЕКТРО- И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»11.00.00 «ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОТЕХНИКА И СИСТЕМЫ СВЯЗИ»14.00.00 «ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТЕХНОЛОГИИ»

Направление подготовки

Уровень подготовки

21. Электромагнитные исполнительные устройства — СтудИзба

Глава 21

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ   ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 21.1.  Назначение электромагнитных исполнительных устройств

Исполнительные устройства в системах автоматики предназначены для приведения в действие (т. е. для привода) раз­личных регулирующих органов, оказывающих непосредственное воздействие на объект управления с целью достижения выходной величиной этого объекта требуемого значения. Существует боль­шое разнообразие регулирующих органов: для изменения подачи жидкостей и газов в трубопроводах устанавливаются заслонки, клапаны, шиберы и краны; в подъемно-транспортных устройствах это различные контакторы, муфты, тормоза, вариаторы скорости; в осветительных и нагревательных электроустановках это различ­ные коммутационные аппараты.

Для воздействия па регулирующие органы необходимо выпол­нить механическую работу: повернуть заслонку или крап, соеди­нить две половинки муфты, переместить шестерню на валу короб­ки передач, замкнуть контакты и т. д. Входным сигналом испол­нительного устройства в электрических системах автоматики яв­ляется электрический ток или напряжение, а выходным сигна­лом — механическое перемещение.

Для преобразования электрической энергии в механическую служат электромагниты и электродвигатели. В данной главе будут рассмотрены только электромагнитные исполнительные устройст­ва. Электродвигатели являются электрическими машинами и изу­чаются  в  соответствующем  курсе.   Следует отметить,  что  почти всегда, когда ставится вопрос о разработке привода для регули­рующего органа, приходится делать выбор между двумя вариан­тами: электромагнит или электродвигатель. Основное преимуще­ство электромагнита — простота конструкции. У электродвигателя достоинств больше: высокий КПД, возможность получения любых скоростей и перемещений. Однако эти преимущества проявляются только в сравнительно сложных системах автоматики и при про­должительном режиме работы. При необходимости иметь неболь­шие перемещения (несколько миллиметров) и усилия (несколько десятков—сотен ньютон) электромагниты выгоднее, чем электро­двигатель с редуктором.

В предыдущих главах уже рассматривались электромагниты, используемые как составная часть электромагнитных реле и кон­такторов. В данной главе будут рассмотрены общие вопросы клас­сификации электромагнитов, их расчета, конструирования, приме­нения в качестве исполнительных элементов систем автоматики.

§ 21.2. Классификация электромагнитов

В зависимости от вида тока в обмотке электромагниты подразделяют на электромагниты постоянного и переменного то­ков, по скорости срабатывания — на быстродействующие, нор­мальные и замедленного действия. По назначению электромагни­ты разделяют на приводные и удерживающие.

Рекомендуемые файлы

Приводные электромагниты служат для выполнения механиче­ской работы. При подаче питания они перемещают различные ис­полнительные устройства: клапаны, толкатели, заслонки, золотни­ки, железнодорожные стрелки. Они перемещают контакты реле и контакторов, печатающие и перфорирующие устройства. Для выполнения этой работы электромагниты должны быть рассчита­ны на определенную силу и перемещение.

Удерживающие электромагниты служат не для перемещения, а лишь для удерживания ферромагнитных деталей. Например, электромагнит, используемый при подъеме железного металлоло­ма, только удерживает его, а перемещение осуществляется подъ­емным крапом. В этом случае, электромагнит выполняет лишь роль крюка подъемного крана. В металлообработке используются эле­ктромагнитные плиты для фиксации обрабатываемой детали на станке. Известны также электромагнитные замки. Поскольку удерживающие электромагниты не совершают работы, они рассчи­тываются лишь на определенное усилие. В некоторых случаях электромагнит имеет две катушки: одна, более мощная, исполь­зуется для перемещения якоря, а другая — лишь для удерживания якоря в притянутом положении.

Велико разнообразие электромагнитов специального назначе­ния. Они используются для фокусировки электронных пучков в телевидении, в ускорителях элементарных частиц, в разнообразных   измерительных   приборах,   в   медицинской   аппаратуре   и т. д.

По конструктивному выполнению различают клапанные (по­воротные), прямоходовые и электромагниты с поперечным движе­нием. Клапанные электромагниты имеют» небольшое перемещение якоря (несколько миллиметров) и развивают большое тяговое усилие.

Прямоходовые электромагниты имеют большой ход якоря и большее быстродействие; по размерам они меньше, чем клапан­ные. Часто они представляют собой соленоид (цилиндрическую катушку, втягивающую в себя ферромагнитный стержень), поэто­му их иногда называют соленоидными электромагнитами.

Рис. 21.1. Варианты конструктивных схем электромагнитов

Различные конструкции электромагнитов показаны на рис. 21.1. Несмотря на большое их многообразие (далеко не все возможные конструкции показаны на этом рисунке), все они состоят из ка­тушки 1, якоря (подвижного магнитопровода) 2, неподвижного магнитопровода (сердечника 3 и ярма 4). Кроме того, они имеют различные пружины, крепежные, фиксирующие и передающие де­тали, корпус. По конструкции магнитной цепи различают электро­магниты с разомкнутым (рис. 21.1, г, е) и замкнутым магнитопроводом (рис. 21.1, а, б, в, д, ж, з). По форме магнитопровода различают электромагниты с П-образным, Ш-образным и цилинд­рическим магнитопроводом.

Магнитопроводы электромагнитов постоянного тока обычно выполняются сплошными из магнитомягких материалов: обычных конструкционных сталей и низкоуглеродистых электротехнических сталей. Высокочувствительные электромагниты имеют магнитопровод из пермаллоев (сплавов железа с никелем и кобальтом). В быстродействующих электромагнитах стремятся к уменьшению вихревых токов, для чего используют электротехнические кремни­стые стали с повышенным электрическим сопротивлением и ших­тованный (наборный) магнитопровод.

Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод эле­ктромагнитов переменного тока собирают (шихтуют) из изолиро­ванных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм. В качестве материала используются горячекатаные и холоднокатаные электротехниче­ские стали. Отдельные части магнитопровода, которые трудно вы­полнить шихтованными, изготовляют из сплошного материала тол­щиной 2—3 мм.

Катушки электромагнитов по своей конструкции бывают кар­касные и бескаркасные, а по форме сечения — круглые и прямо­угольные. Провод каркасной катушки наматывают па каркас из изоляционного материала (текстолит, гетинакс, пластмасса). Про­вод бескаркасной катушки наматывают прямо на сердечник, об­мотанный изоляционной лентой, или па специальный шаблон. Для обеспечения прочности катушки, выполненной на шаблоне, ее об­матывают лентой (бапдажируют) и пропитывают компаундным лаком. Катушки, как правило, наматывают медным проводом с изоляцией, выбираемой исходя из назначения и условий работы электромагнита.

В зависимости от способа включения различают последова­тельные и параллельные катушки. Параллельные катушки име­ют большое число витков и наматываются тонким проводом. Обычно они включаются на полное напряжение сети. Последова­тельные катушки имеют сравнительно малое сопротивление, так как выполняются толстым проводом и с малым числом витков. Ток такой катушки определяется не ее сопротивлением, а зависит от тех устройств, с которыми катушка включена последовательно.

Различают также электромагниты, предназначенные для дли­тельной, кратковременной и повторно-кратковременной работы.

§ 21.3. Порядок проектного расчета электромагнита

Исходными данными для расчета электромагнита обыч­но являются требуемое тяговое усилие F_э, ход (или угол поворо­та) якоря и напряжение питания U. Кроме того, в задании на проектирование указываются режим работы электромагнита и ус­ловия эксплуатации. Могут быть заданы требуемые быстродейст­вие, габариты, вес, стоимость.

В результате расчета необходимо выбрать конструкцию элект­ромагнита, материал магнитопровода, определить геометрические размеры магнитопровода и катушки, обмоточные данные.

На первом этапе проектного расчета необходимо выбрать кон­струкцию электромагнита, используя понятие конструктивного фактора А. Эта величина определяется в зависимости от тягового усилия  и хода якоря :

                                                  (21.1)

где — в Н; — в см.

При   используют прямоходовый электромагнит соленоидного типа; при  —прямоходовый с коническим стопой; при  -прямоходовый с плоским стопом; при 2,6<<26 — с поворотным якорем клапанного типа.

Форму электромагнита   выбирают  с учетом   необходимой  тя­говой характеристики.  На рис. 21.2 показаны типичные тяговые

характеристики электромагнитов. Если не­обходимо иметь пологую тяговую характе­ристику 1, то следует применять прямохо­довый электромагнит, если крутую 2 — кла­панный электромагнит. Ш-образпая форма электромагнита (5) используется преиму­щественно в схемах переменного тока.

На втором этапе выбирается индукция и определяется сечение магнитопровода.

Сила притяжения якоря в основном соз­дается магнитным потоком    в    воздушном зазоре.  Поэтому при    проектном    расчете влияние на тяговую силу потоков рассея­ния обычно не учитывается. Оптимальный магнитный поток и индукция    в    рабочем воздушном зазоре может находиться в весьма широких пределах и зависит от соотношения между тяговым усилием и величиной хода, т. е. от конструктивного фактора А. На рис. 21.3 приведены зависимости  индукции   от конструктивного  фактора для  трех конструкций электромагнитов (с плоским стопом, с коническим стопом, клапанного типа). После выбора по этим кривым индук­ции можно определить площадь сечения полюсного наконеч­ника. Напомним формулу (17.13), связывающую тяговое усилие  синдукцией в зазоре  и сечением полюсного наконечника При определении диаметра сердечника необходимо предвари­тельно задаться индукцией в стали   и коэффициентом рассея­ниямагнитной системы. Для мощных электромагнитовпри­нимается в пределах , для небольших магнитных си­стем реле — в пределах от . Коэффициент рассеяния  Меньшие значения берутся при малых ходах якоря, большие — для перемещений в несколько сантиметров. Сечение сердечника определяется по формуле

                                               (21.2)

Сечение ярма обычно принимается равным сечению сердечника , а сечение якоря — меньшим:

                                                              (21.3)

На следующем этапе определяются геометрические размеры электромагнита, связанные с размещением катушки. При протека­нии по катушке с числом витков тока  катушка должна соз­дать МДС, обеспечивающую индукцию в зазоре . Так как часть этой МДС теряется в паразитных зазорах и в стали магнитопро­вода, то следует учесть долю МДС, не участвующую в создании

Рис. 21.3. Зависимость индукции  в зазоре электромагнита и размеров катушки от величины конструктивного фактора

требуемого тягового усилия. Введем коэффициент , представляю­щий собой отношение МДС, не участвующей в создании тягового усилия, к общей МДС катушки. Тогда, полагая проводимость воз­душного зазора , определяем полную МДС катушки:

                                              (21.4)

 Ее можно уточнить при расчете магнитной цепи с использованием кривых намагничивания для выбранного материа­ла магнитопровода.

Соотношение  высоты  обмоточного пространства  катушки  к его ширине обычно выбирается    по    конструктивному фактору (нижняя кривая на рис. 21.3). Конкретные размеры ка­тушки выбирают на основании условий нагрева катушки. При этом учитываются режим работы, коэффициент теплоотдачи , способ намотки, влияющий на коэффициент заполнения  , изоляция про­вода, определяющая допустимую температуру . Кроме того, необходимо учесть и возможность снижения напряжения питания   до

С учетом этих факторов ширина обмоточного пространства ка­тушки определяется по формуле

                     (21.5)

Зная размеры катушки, можно определить все размеры магнитопровода электромагнита: высоту сердечника и ярма, расстояние между ними и т. д.

§ 21.4. Особенности расчета электромагнитов переменного тока

В электромагнитах переменного тока индукция в маг­нитной цепи изменяется по синусоидальному закону. Так как мак­симальное (амплитудное) значение индукции враз больше действующего значения, а величина тягового усилия пропорцио­нальна квадрату индукции, то электромагнит переменного тока при одинаковой степени насыщения магнитопровода развивает в два раза меньшее значение тягового усилия. Поэтому при опреде­лении конструктивного фактора для электромагнита переменного тока принимается удвоенное значение тягового усилия»

                            (21.6)

Оптимальные соотношения между высотой и шириной обмоточ­ного пространства катушки t = h/a получаются меньшими, чем для электромагнитов постоянного тока. Поэтому катушки элект­ромагнитов переменного тока будут короче и толще. Более корот­кая катушка уменьшает длину сердечника и его объем, что при­водит к снижению потерь в стали, вызванных гистерезисом и вих­ревыми токами. Этих потерь не было в электромагнитах постоян­ного тока. Там стремились к уменьшению потерь в меди, что обе­спечивалось уменьшением средней длины витка катушки за счет малой ее толщины. В электромагнитах переменного тока надо стремиться к уменьшению суммарных потерь (и в меди, и в ста­ли).

При уточненном расчете электромагнитов необходимо учиты­вать потоки рассеяния и падения МДС в нерабочих зазорах и в стали. Кроме того, в электромагнитах переменного тока необхо­димо учитывать потери на гистерезис  и на вихревые токи в магнитопроводе

Эти потери пропорциональны частоте питания, массе магнито­провода и индукции в квадрате. Для материалов, используемых в магнитной цепи электромагнита, в справочниках приводятся удельные потери (в зависимости от толщины листа и частоты) на единицу массы.

Число витков обмотки электромагнита переменного тока

                                            (21.7)

Диаметр провода определяется по допустимой с точки зрения нагрева плотности тока. При этом ток определяется с учетом по­терь в стали:

                                                               (21.8)

где —ток потерь в стали; —ток намагничивания.

Значения   и  можно определить с помощью электрической схемы замещения электромагнита (рис. 21.4). На схеме приняты следующие   обозначения:—активное   сопротивление   обмотки;

                  — индуктивное сопротивление, со­ответствующее рабочему потоку; — индуктивное сопротивление, соответ­ствующее потоку рассеяния; —ак­тивное сопротивление, обусловленное потерями в магнитопроводе на гисте­резис и вихревые токи.

Если пренебречь падением напря­жения на активном сопротивлении об­моткии потоком рассеяния, то ток потерь

                                                      (21.9)

 Намагничивающий ток, создающий рабочий магнитный поток, определяется по МДС   (). Если пренебречь падением МДС в стали и нерабочих зазорах, то

где—действующеезначение переменного магнитного потока в рабочем зазоре; —магнитная проводимость рабочего зазора.

Предварительный расчет электромагнита с короткозамкнутым витком проводится без учета экранирующего действия этого вит­ка. Точный расчет параметров короткозамкнутого витка довольно сложен. На практике его выполняют из меди или латуни таким образом, чтобы он охватывал примернополюса электромагни­та. При Ш-образном магнитопроводе короткозамкнутый виток 3 располагается на среднем (рис. 21.5, а) или на крайних стержнях (рис. 21.5, б). С витком на среднем стержне выполнены широко распространенные электромагниты серии МИС. Для уменьшения падения МДС в нерабочем зазоре между якореми сердечником 2 имеется так называемый воротничок 5. Номинальное тяговое усилие электромагнитов серии МИС изменяется от 15 до 120 Н при ходе якоря 15—30 мм. Механическая износостойкость состав­ляет примерно 10⁶ циклов включений-отключений.

С витками на крайних стержнях (рис. 21.5, б) вы­ полнены       длинноходовые электромагниты серии ЭД. Они имеют Т-образный якорь 1. Тяговое усилие соз­дается во всех трех стерж­нях, т. е. магнитная цепь со­держит три рабочих зазора. Тяговое усилие электромаг­нитов серии ЭД достигает 250 Н при максимальном перемещении      якоря      до 40   мм.   Электромагниты   срабатывают   при   подаче   тока   в об­мотку 4.

§ 21.5. Электромагнитные муфты

Электромагнитная муфта предназначена для передачи вращающего момента двигателя к рабочему механизму. Муфта состоит из двух частей: ведущей и ведомой, — которые образуют замкнутую магнитную систему. Муфта выполнена из ферромагнит­ных материалов и имеет одну или несколько обмоток возбужде­ния.

Различают фрикционные муфты и асинхронные (индукцион­ные) муфты. Во фрикционных муфтах передача вращения проис­ходит за счет силы трения между ведущей частью, закрепленной на валу электродвигателя, и ведомой частью, которая может пе­ремещаться вдоль вала рабочего механизма на шлицах или шпон­ке. При подаче тока в обмотку возбуждения создается магнито­движущая сила и подвижная часть муфты прижимается к непо­движной. Такая муфта работает как электромагнит. Для передачи значительных моментов используются многодисковые конструкции электромагнитных муфт. Как на ведущем, так и на ведомом валу имеется несколько стальных дисков, которые под действием МДС притягиваются друг к другу и благодаря трению их поверхностей передается вращение. Соприкасающиеся поверхности фрикцион­ных муфт выполняют из специального материала — сплава фер-радо, имеющего коэффициент трения в 3—4 раза больший, чем у стали.

Различают конструкции электромагнитных фрикционных муфт с неподвижной катушкой электромагнита и с вращающейся ка­тушкой.

В маломощных муфтах (рис. 21.6, а) ведущая 1 и ведомая 2 полумуфты не имеют обмоток, но одна из них (обычно ведомая) может перемещаться вдоль вала по шпонке или шлицам. Обе муфты окружены неподвижной катушкой электромагнита 3, которая при подключении к напряжению создает магнитный поток. Воз­никающие электромагнитные силы прижимают ведомую полумуф­ту к ведущей. Момент трения между полумуфтами должен быть больше момента нагрузки на ведомом валу. При отключении ка­тушки муфты неподвижная полумуфта отжимается от подвижной с помощью пружины (на рисунке не показана). Обычно эта же пружина  прижимает полумуфту к тормозным поверхностям, что

обеспечивает быструю остановку ведомого вала. В мощных муф­тах (рис. 21.6, б) для увеличения величины передаваемого момен­та в подвижной части муфты используется несколько стальных дисков 2, имеющих свободу перемещения вдоль оси вращения ве­дущего и ведомого валов. Соответствующее количество стальных дисков 1 жестко закреплено на ведущем валу. На этом же валу закреплена катушка электромагнита 3, подача тока к которой осуществляется с помощью контактных колец и щеток. Электро­магнитные силы притягивают подвижные диски к неподвижным. Большая площадь соприкосновения обеспечивает большой момент трения.

В электромагнитных муфтах с ферромагнитным наполнителем (рис. 21.6, в) передача вращения осуществляется за счет того, что зазор между ведомой 1 и ведущей 2 полумуфтами заполнен смесью 4 из зерен ферромагнитного материала и наполнителя. При пропускании тока через катушку 3 муфты создается магнит­ный поток, заставляющий ферромагнитные зерна ориентироваться вдоль силовых линий и образовывать мостики, связывающие ве­дущую и ведомую полумуфты. Зерна ферромагнитного материала имеют размеры от 4 до 50 мкм. Наполнитель может быть сухим (тальк, графит) или жидким (трансформаторные и силиконовые масла, фтористые соединения).

Электромагнитные муфты с ферромагнитным наполнителем бо­лее надежны, чем фрикционные, имеют меньшее время срабаты­вания (до 20 мс). Необходима регулярная смена наполнителя.

В электромагнитных индукционных муфтах передача вращаю­щего момента происходит за счет индукционных токов, т. е. без непосредственного  механического  соприкосновения  обеих  частей муфты. Одна из частей муфты (рис. 21.7) имеет электромагнит­ные полюсы 1 с обмоткой возбуждения, питаемой постоянным то­ком. Она называется индуктором и конструктивно выполнена по­добно ротору синхронного генератора. Другая часть муфты имеет короткозамкнутую. обмотку 2, аналогичную роторной обмотке .асинхронного двигателя. Эта часть называется якорем. При вра­щении индуктора в обмотке якоря наводится ЭДС и идет ток. Взаимодействие этого тока с магнитным    потоком    возбуждения

Вместе с этой лекцией читают «Лекция 3».

создаст    электромагнитный    мо­мент,   приводящий   во   вращение якорь.   В  муфте    происходят те же физические процессы, что и в асинхронном     электродвигателе. Разница заключается в том, что вращение магнитного поля в дви­гателе   происходит   при   подаче трехфазного  переменного тока   в обмотку   неподвижного   статора, а в муфте вращение магнитного поля происходит за счет механи­ческого вращения индуктора, возбужденного   постоянным   током. Так же как и в асинхронном двигателе, вращающий момент возникает лишь при неодинаковой скорости индуктора и якоря. Ведомая   часть  муфты   вращается   с  частотой ,  где

 — частота вращения ведущего вала,—скольжение. Величина скольжения обычно составляет

Если момент нагрузки приводного механизма оказывается больше максимального момента муфты, то происходит опрокиды­вание— вращение ведомой части прекращается. Благодаря спо­собности к опрокидыванию муфта может защитить приводной двигатель от больших перегрузок. Величина вращающего момен­та, передаваемого муфтой, зависит от магнитного поля возбуж­дения. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать величину критического момента муфты. Разница в скоростях вращения ве­домой и ведущей частей асинхронной муфты принципиально необ­ходима для создания вращающего момента на ведомой части. По­этому асинхронные муфты называют еще электромагнитными муф­тами скольжения. Они получили наибольшее распространение в качестве элемента регулируемого автоматизированного электро­привода переменного тока, включающего помимо муфты нерегу­лируемый электродвигатель и систему автоматического регули­рования тока возбуждения муфты. К достоинствам такого приво­да с муфтой скольжения относятся простота устройства и экс­плуатации, низкая стоимость, высокая надежность. Но с увеличе­нием скольжения растут потери мощности и КПД привода сни­жается.

Расчет оптимальных параметров электромагнитного привода колебательного движения

Том 325 № 4 (2014): Техника и технологии в энергетике

В статье изложены основные вопросы теории, расчета и проектирования электромагнитных устройств, приведены оптимальные соотношения геометрических размеров конструкций электромагнитных устройств, исходя из условия минимума массы активных материалов, необходимых для их изготовления. Рассмотрены примеры задач проектирования электромагнитных устройств, отвечающие требованиям надежности производимых расчетов и достоверности полученных результатов. Представлен сравнительный анализ конструкций электромагнитных устройств по условию минимума массы активных материалов, имеющих магнитопроводы на основе Ш- и П-образного электротехнического железа с одной и двумя намагничивающими обмотками, а также цилиндрические броневые магнитопроводы, цилиндрический якорь и корпус в виде скобы при обеспечении заданных выходных параметров (тяговое усилие или мощность). Показано, что электромагнитные устройства на основе магнитопроводов с двумя намагничивающими обмотками имеют на 10-30 % меньшую массу по сравнению с однообмоточными. На примере задачи проектирования электромагнитного привода поршневого компрессора с помощью разработанного программного обеспечения проведено исследование режимов работы энергопреобразования электромагнитных устройств при обеспечении заданного закона движения якоря. В качестве критерия оптимальности при решении задачи принят максимум коэффициента полезного действия электромагнитных устройств. Влияние вихревых токов в стали на энергетические показатели привода учитывается путем синтеза многоконтурной схемы замещения электромагнитных устройств. Расчет магнитного поля при определении статических характеристик электромагнитных устройств проводится методом вероятных путей магнитного потока. Разработанные алгоритмы и программы по оптимальному проектированию электромагнитных устройств обладают новизной и практической значимостью.

Ключевые слова:

электромагнитные приводы, оптимизация, поршневые компрессоры, электромагниты, многоконтурные схемы, замещения, КПД, максимумы

Авторы:

Андрей Александрович Татевосян

Александр Сергеевич Татевосян

Скачать bulletin_tpu-2014-325-4-14.pdf

Электромагнитные устройства различного назначения — Справочник химика 21

    Ядерные лаборатории, выполняющие экспериментальные работы с ускоренными частицами высоких энергий, используют электромагнитные устройства различного назначения и конструкционного исполнения для направления, фокусирования и анализирования потока частиц и удержания их на заданных траекториях. При этом полимерные материалы применяют для нанесения изоляции на отдельные проводники, получения межслойной изоляции или изоляции плоских катушек, корпусной изоляции, изготовления систем подвода охлаждающей воды к катушкам, механического закрепления катушек, заполнения р промежутков в сердечниках, изоляции листов сердечников I и т. д. 

[c.154]
    В книге рассмотрены инженерные методы решения задач, возникающих при проектировании различного оборудования для научных экспериментов. Приведены данные о конструкционных материалах, применяемых в современных экспериментальных установках, и о современных способах их обработки. Изложены основы теории прочности материалов и методы расчета конструкций на прочность и жесткость в условиях статического и динамического нагружения. Рассматриваются методы расчета и конструирования вакуумных систем и их элементов, устройств, работающих в условиях значительных тепловых нагрузок, и электромагнитных устройств различного назначения. 

[c.2]

    Реферативный журнал (РЖ) по физике, издаваемый Американским физическим институтом. Основное назначение — быстро оповещать по сходной подписной цене ученых и специалистов о результатах н.-и. работ, помещенных в течение одного квартала в профилирующих американских (90%) и советских (50%) физических журналах. Каждый номер РЖ содержит приблизительно 4000 авторефератов, аннотаций, резюме и библиографических описаний, опубликованных в вышеуказанных журналах по странам. Материалы в РЖ располагаются по следующим разделам Общий Физика элементарных частиц и полей Ядерная физика Атомная и молекулярная физика Электричество и магнетизм, оптика, акустика, механика, реология, эластичность, динамика газов и жидкостей Физика плазмы, кинетическая и транспортная теория жидкостей, физические свойства газов Конденсированное тело структура, механические и термические свойства Конденсированное тело электронная структура, электрические, магнитные и оптические свойства Материаловедение, физическая химия, биофизика, медицинская физика, биомедицинская техника, электромагнитная технология, электрические и магнитные устройства Геофизика, астрономия и астрофизика . Каждый выпуск снабжен списком используемых физических журналов, авторским и предметным указателями, классификационной схемой (рубрикатором) по физике и астрономии на 1978 г., разработанной Институтом. Печатается на английском языке. Рассчитан на научных работников и инженеров специализирующихся в различных областях физики, профессорско-преподавательский состав, аспирантов и студентов физических факультетов вузов. 

[c.576]

    Вторая часть посвящена характерным особенностям и методам расчета и конструирования электромагнитных устройств различного назначения — электромагнитных элементов электронно-оптических систем, тяговых электромагнитов и т.д. 

[c.254]

    ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ [c.276]

    Для равномерной подачи сыпучих, кусковых, зернистых, пылевидных и других материалов из бункеров, загрузочных воронок, различных разгрузочных устройств непосредственно в аппараты, дробилки, сушилки, печи, реакторы и на транспортирующие машины, а также для дозирования технологического сырья применяют питатели. Питатели изготовляют различных типов ленточные, пластинчатые, качающиеся, дисковые, скребковые, вибрационные с электромагнитным приводом, маятниковые, винтовые, секторные (лопастные), шлюзовые и специального назначения. [c.235]

    Для равномерной подачи сыпучих, кусковых, зернистых, пылевидных и других материалов из бункеров, загрузочных воронок, различных разгрузочных устройств непосредственно в аппараты, дробилки, сушилки, печи, реакторы и на транспортирующие машины, а также для дозирования технологического сырья применяют питатели. Питатели изготовляются различных типов — ленточные пластинчатые (ГОСТ 7424—71), качающиеся (ГОСТ 7010—64) дисковые стационарные (ГОСТ 7202—66), скребковые стационар ные (ГОСТ 8332—71), вибрационные с электромагнитным приво дом (ГОСТ 11217—66), маятниковые, винтовые, секторные (лО Паст ные), шлюзовые и специального назначения. 

[c.210]

    В понятие производственные энергофонды входит часть основных и оборотных производственных фондов НПЗ. Основные производственные энергофонды по своему вещественному содержанию и другим отличительным признакам (назначению, принципу действия) представлены энергетическими установками, устройствами, машинами и оборудованием, которые вырабатывают, передают, преобразуют или потребляют различные виды энергии (тепловую, электромагнитного или электрического поля, сжатого воздуха, топлива и т. д.). 

[c.14]

    Источники света для спектрального анализа, в особенности искровые, являются также излучателями радиопомех [167, 171]. Существующие ограждения, кроме описанного выше назначения, должны экранировать эфир от электромагнитных излучений, мешающих радиоприему и различным измерениям. Все это необходимо учитывать, когда требуется налан и-вать самостоятельно ограждающие устройства или видоизменять имеющиеся ограждения, если это нужно по условиям работы. При анализе проб большого размера, когда очень трудно изготовить кожух, охватывающий со всех сторон источник света и громоздкие образцы или готовые изделия, вся комната должна быть экранирована заземленными металлическими листами. Окна при этом затягиваются металлической сеткой, которую также необходимо заземлить. [c.86]

    Посмотрев внимательно на любую серьезную современную экспериментальную установку, мы, скорее всего, обнаружим в ней и системы для получения и сохранения вакуума, и устройства для создания тех или иных электромагнитных полей, и узлы, предназначенные для реализации требуемого темпе-рат рного режима работы. Кроме того, мы увидим, что все эти различные по назначению (а следовательно, и по конструкции) системы, тем не менее, объе-д(инены одним общим признаком все они состоят из деталей, изготовленных сутдествующими сегодня технологическими методами из грамотно подобранных доступных сегодня конструкционных материалов. Конструкция этих деталей и должна обеспечивать необходимые прочность, жесткость и точность сис-гем установки в заданных условиях рабочего режима (температуры, давления, толя и т. д.). [c.3]

---

Репозиторий БГУИР: Электромеханические и электромагнитные устройства систем безопасности : учебно-метод. пособие

Репозиторий БГУИР: Электромеханические и электромагнитные устройства систем безопасности : учебно-метод. пособие Skip navigation

Please use this identifier to cite or link to this item: https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/1531

Title:	Электромеханические и электромагнитные устройства систем безопасности : учебно-метод. пособие
Authors:	Сурин, В. М. Боровиков, С. М. Вышинский, Н. В. Borovikov, S. M.
Keywords:	учебно-методические пособия системы безопасности электромеханические устройства электромагнитные устройства
Issue Date:	2014
Publisher:	БГУИР
Citation:	Сурин, В. М. Электромеханические и электромагнитные устройства систем безопасности : учебно-метод. пособие / В. М. Сурин, С. М. Боровиков, Н. В. Вышинский. – Мн. : БГУИР, 2014. – 136 с. : ил.
Abstract:	Излагаются физические основы преобразования электрического сигнала в механическое перемещение, электрической энергии в механическую работу и наоборот; основные электромеханические преобразователи энергии. Рассмотрены устройства, принцип работы, методы управления двигателей и микродвигателей постоянного тока, асинхронных, синхронных и шаговых исполнительных двигателей, электромагнитных исполнительных механизмов. Предназначено для изучения студентами дисциплин «Теоретическая электромеханика» и «Исполнительные устройства систем безопасности».
URI:	https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/1531
ISBN:	978-985-543-005-7
Appears in Collections:	Кафедра проектирования информационно-компьютерных систем

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Электромагнитные устройства и электрические машины. Электрические трансформаторы. Информационные электрические машины. Информационные микромашины и синхронные микродвигатели

Раздел второй. Электромагнитные устройства  и электрические машины

   Лекция 1.   Электрические  трансформаторы

§1 Основные сведения о трансформаторах

П1  Принципиальное устройство трансформатора

Трансформатор — это  статический электромагнитный  преобразователь электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения.

Простейший трансформатор представляет собой совокупность двух изолированных  магнитно связанных обмоток. Как правило, магнитная   связь обмоток обеспечивается за счет расположения обмоток на общем ферромагнитном магнитопроводе.  (1) Рисунок 1. Одна из обмоток, включенная в цепь источника электрической энергии, носит название первичной обмотки. Вторая, от  которой энергия отводится к присоединенному приемнику, называется вторичной обмоткой.

Рис.1 Принципиальная схема работы трансформатора

Соответственно первичными или вторичными называются параметры режима, характеризующие работу этих обмоток. (2) Трансформатор с одной парой обмоток называется однофазным трансформатором. В трехфазных цепях широко применяются трехфазные трансформаторы, и первичная,  и вторичная обмотки которых состоят из трех одинаковых частей — фаз.

П2 Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере простейшего трансформатора с числом витков первичной обмотки w₁ и вторичной w₂.

Для простоты картины  магнитное сопротивление магнитопровода  ,будем считать постоянным, а магнитное рассеяние ,и резистивное сопротивление  обмоток нулевыми. Трансформатор с такими свойствами   называется идеальным трансформатором.

Для него  собственные и взаимная индуктивности обмоток будут выражаться формулами :  при максимально возможном, равном единице, коэффициенте магнитной связи (3)

Будем считать что к первичной обмотке электрическая энергия поводится от источника  синусоидального напряжения с неизменным действующим значением U₁, а к вторичной обмотке присоединен линейный резистор с сопротивлением .  (Рисунок 1)  

Обозначив индуктивные сопротивления цепи    , и применив радиотехническую разметку выводов ,запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров первичной и вторичной обмоток.

Отсюда имеем                         (1) 

Анализируя формулу (1) можно убедиться, что ток первичной обмотки трансформатора зависит не только от параметров обмоток, но и от сопротивления нагрузки. Только в том случае , когда ко  вторичной  обмотке не подключен приемник и тока нет, эквивалентное сопротивление трансформатора равно сопротивлению х₁ первичной обмотки.( 4)  Так как ,  обычно, при работе трансформатора  под нагрузкой  r<<x₁ , то уменьшение  эквивалентного реактивного сопротивления трансформатора, по сравнению с реактивным сопротивлением его первичной обмотки, вызывает по мере уменьшения сопротивления нагрузки, возрастание первичного тока. В первичном токе появляется резистивная составляющая, увеличивающаяся по мере приближения  к х_1.  Ток I₁  протекая по первичной обмотке, создает намагничивающую силу F₁=w₁I₁ и соответствующую составляющую  магнитного потока в магнитопроводе трансформатора . Другая составляющая     результирующего магнитного потока    создается намагничивающей силой вторичной обмотки 

ЭДС, индуктируемые в обмотках  трансформатора переменным магнитным потоком , определяются совместным действием токов первичной и вторичной обмоток.

В идеальном трансформаторе напряжение первичной обмотки  U₁

полностью уравновешивает  ЭДС Е₁  от результирующего магнитного потока  Ф . Если  напряжение первичной обмотки неизменно , то  должна быть неизменной величина результирующего  магнитного потока. Следовательно, при изменении нагрузки трансформатора потоки  должны изменяться так, чтобы их результирующее действие (поток ) оставался неизменным. (5)

Если вторичная обмотка трансформатора разомкнута , то переменный   магнитный поток вызывается  магнитодвижущей силой F₀=I₀w₁,обусловленной током  холостого хода I_{0 .} В обмотках трансформатора  переменным магнитным потоком  индуцируются электродвижущие силы   и , пропорциональные числу витков . Первая из них уравновешивает напряжение источника U₁= -E₁ , а вторая вызывает напряжение U₂ =E₂ на зажимах вторичной обмотки. Отсюда следует, что и  напряжения на обмотках идеального  трансформатора пропорциональны числу витков обмоток.

  (6)   В тех случаях, когда напряжение вторичной обмотки больше напряжения первичной, трансформатор называют повышающим. В противоположном случае — понижающим. Отношение напряжения на обмотке высшего напряжения к напряжению на обмотке низшего называют  коэффициентом трансформации.

В предположении линейности магнитных характеристик магнитопровода, с учетом равенств следует, что    результирующая магнитодвижущая сила первичной и вторичной обмоток равна току холостого хода умноженному на число витков первичной обмотки. Это равенство носит название уравнения магнитодвижущих сил.

I₁w₁ +I₂w₂=I₀ w₁        

В номинальном режиме работы  трансформатора I₁>>I₀ отсюда   (7)

Какие электромагнитные помехи действуют на коммутаторы на объектах с жесткой электромагнитной обстановкой — статьи компаний — Энергетика и промышленность России

Из-за чего в ЛВС могут теряться пакеты? Варианты есть разные: неправильно настроено резервирование, сеть не справляется с нагрузкой или ЛВС «штормит». Но причина не всегда кроется в сетевом уровне.

На стабильность передачи данных в ЛВС влияют не только правильность настройки оборудования и количество передаваемых данных. Причиной пропадающих пакетов или выведенного из строя коммутатора могут стать электромагнитные помехи: рация, которой воспользовались рядом с сетевым оборудованием, силовой кабель, проложенный рядом, или силовой выключатель, который разомкнул цепь во время короткого замыкания.

Рация, кабель и выключатель – это источники электромагнитных помех. Коммутаторы с улучшенной электромагнитной совместимостью созданы для нормальной работы при воздействии этих помех.

ЭМС: общие положения

Электромагнитные помехи бывают двух видов: индуктивные и кондуктивные.

Индуктивные помехи передаются через электромагнитное поле «по воздуху». Еще эти помехи называют излучаемыми или излученными.

Кондуктивные помехи передаются по проводникам – проводам, земле и т.д.

Индуктивные помехи появляются при воздействии мощного электромагнитного или магнитного поля. Причиной кондуктивных помех могут быть коммутации токовых цепей, удары молнии, импульсы и т.д.

На коммутаторы, как и на все оборудование, могут воздействовать и индуктивные, и кондуктивные помехи.

Давайте рассмотрим разные источники помех на промышленном объекте, и какие именно помехи они создают.

Источники помех

Радиоизлучающие устройства (рации, мобильные телефоны, сварочное оборудование, индуктивные печи и т.д.)

Любое устройство излучает электромагнитное поле. Это электромагнитное поле воздействует на оборудование и индуктивно, и кондуктивно.

Если поле генерируется достаточно сильное, то оно может создать ток в проводнике, который нарушит процесс передачи сигнала. Очень мощные помехи могут привести и к отключению оборудования. Таким образом, проявляется индуктивное воздействие.

Эксплуатирующий персонал и службы безопасности используют мобильные телефоны, рации для связи друг с другом. На объектах работают стационарные радио- и телепередатчики, на подвижных установках устанавливаются Bluetooth и Wi-Fi устройства.

Все эти устройства – мощные генераторы электромагнитного поля. Поэтому для нормальной работы в промышленных условиях коммутаторам необходимо уметь переносить электромагнитные помехи.

Электромагнитная обстановка определяется напряженностью электромагнитного поля.

При испытании коммутатора на устойчивость к индуктивному воздействию электромагнитных полей на коммутатор наводится поле напряженностью 10 В/м. При этом коммутатор должен полноценно функционировать.

Любые проводники внутри коммутатора, а также все кабели, являются пассивными приемными антеннами. Радиоизлучающие устройства могут создавать кондуктивные электромагнитные помехи в полосе частот от 150 Гц до 80 МГц. Электромагнитное поле наводит в этих проводниках напряжения. Эти напряжения в свою очередь вызывают токи, которые и создают помехи в коммутаторе.

Для испытания коммутатора на устойчивость к кондуктивным электромагнитным помехам на порты передачи данных и порты питания подается напряжение. ГОСТ Р 51317.4.6-99 устанавливает величину напряжения 10 В для высокого уровня электромагнитных излучений. При этом коммутатор должен полноценно функционировать.

Ток в силовых кабелях, линиях электропитания, цепях заземления

Ток в силовых кабелях, линиях электропитания, цепях заземления создает магнитное поле промышленной частоты (50 Гц). Воздействие магнитного поля создает ток в замкнутом проводнике, что является помехой.

Магнитное поле промышленной частоты подразделяется на:

· магнитное поле постоянной и относительно малой напряженности, вызванное токами при нормальных условиях эксплуатации;

· магнитное поле относительно большой напряженности, вызванное токами при аварийных условиях, действующими кратковременно до момента срабатывания устройств.

При испытаниях коммутаторов на устойчивость воздействия магнитного поля промышленной частоты на него подается поле напряженностью 100 А/м на длительный период и 1000 А/м на период 3 с. При проверке коммутаторы должны полноценно функционировать.

Для сравнения обычная бытовая микроволновая печь создает напряженность магнитного поля до 10 А/м.

Удары молний, аварийные условия в электрических сетях

Удар молнии также вызывает помехи в сетевом оборудовании. Они длятся не долго, но их величина может достигать нескольких тысяч вольт. Такие помехи называются импульсными.

Импульсные помехи могут быть поданы и на порты питания коммутатора, и на порты передачи данных. За счет высоких значений перенапряжения они могут как нарушить функционирование оборудование, так и полностью сжечь его.

Удар молнии – это частный случай импульсных помех. Его можно отнести к микросекундным импульсным помехам большой энергии.

Удар молнии может быть разных типов: удар молнии в наружную цепь напряжения, косвенный удар, удар в грунт.

При ударе молнии в наружную цепь напряжения, помехи возникают из-за протекания большого тока разряда по наружной цепи и цепи заземления.

Косвенным ударом молнии считается разряд молнии между облаками. Во время таких ударов образуются электромагнитные поля. Они индуцируют напряжения или токи в проводниках электрической системы. Это и вызывает возникновение помех.

При ударе молнии в грунт, ток протекает по земле. Он может создать разность потенциалов в системе заземления ТС.

Точно такие же помехи создает коммутация конденсаторных батарей. Такая коммутация является коммутационным переходным процессом. Все коммутационные переходные процессы вызывают микросекундные импульсные помехи большой энергии.

Быстрые изменения напряжения или тока при срабатывании защитных устройств могут также приводить к образованию микросекундных импульсных помех во внутренних цепях.

Для проверки коммутатора на устойчивость к импульсным помехам используют специальные испытательные генераторы импульсов, например, UCS 500N5. Данный генератор подает различные по параметрам импульсы на испытуемые порты коммутатора. Параметры импульсов зависят от проводимых тестов. Они могут различаться по форме импульса, выходному сопротивлению, напряжению, времени воздействия.

Во время испытаний на устойчивость к воздействиям микросекундных импульсных помех на порты питания подаются импульсы напряжением 2 кВ, на порты данных – 4 кВ. При данной проверке допускается, что функционирование может прерываться, но после исчезновения помехи – самостоятельно восстанавливаться.

Коммутации реактивных нагрузок, «дребезг» контактов реле, коммутация при выпрямлении переменного тока

В электрической системе могут возникать различные коммутационные процессы: прерывания индуктивных нагрузок, размыкание контактов реле и т.д.

Такие коммутационные процессы также создают импульсные помехи. Их длительность — от одной наносекунды до одной микросекунды. Такие импульсные помехи называются наносекундные импульсные помехи.

Для проведения испытаний на коммутаторы подаются пачки импульсов наносекундной длительности. Импульсы подаются на порты питания и на порты передачи данных.

На порты питания подаются импульсы напряжением 2 кВ, а на порты данных – 4 кВ.

Во время испытаний на воздействие наносекундных импульсных помех коммутаторы должны полноценно функционировать.

Наводки от промышленного электронного оборудования, фильтров и кабелей

При установке коммутатора вблизи силовых распределительных систем или силового электронного оборудования в них могут наводиться несимметричные напряжения. Такие наводки называются кондуктивными электромагнитными помехами.

Основными источниками кондуктивных помех являются:

· силовые распределительные системы, в том числе постоянного тока и частотой 50 Гц;

· силовое электронное оборудование.

В зависимости от источника помехи подразделяют на два вида:

· постоянное напряжение и напряжение частотой 50 Гц. Короткие замыкания и другие нарушения работы в распределительных системах генерируют помехи на основной частоте;

· напряжения в полосе частот от 15 Гц до 150 кГц. Такие помехи обычно генерируются силовыми электронными установками.

Для испытания коммутаторов на порты питания и передачи данных подается действующее напряжение 30 В постоянно и действующее напряжение 300 В в течении 1 с. Эти значения напряжения соответствуют наивысшей степени жесткости испытаний ГОСТ.

Оборудование должно выдерживать подобные воздействия, если оно устанавливается в условиях жесткой электромагнитной обстановки. Она характеризуется:

· испытуемые устройства будут подключаться к низковольтным электрическим сетям и линиям среднего напряжения;

· устройства будут подключаться к системе заземления высоковольтного оборудования;

· используются силовые преобразователи, инжектирующие значительные токи в систему заземления.

Подобные условиях можно встретить на станциях или подстанциях.

Выпрямление напряжения переменного тока при заряде батарей

После выпрямления напряжение на выходе всегда пульсирует. То есть значения напряжения случайно или периодически меняется.

Если коммутаторы питаются от напряжения постоянного тока, то большие пульсации напряжения могут нарушить работу устройств.

Как правило, все современные системы используют специальные сглаживающие фильтры и уровень пульсаций не велик. Но ситуация меняется при установке батарей в системе электропитания. При зарядке батарей величина пульсаций увеличивается.

Поэтому также необходимо учитывать возможность появления подобных помех.

Заключение

Коммутаторы с улучшенной электромагнитной совместимостью позволяют передавать данные в условиях жесткой электромагнитной обстановки. Они могут функционировать без перебоев при воздействии следующих помех:

· радиочастотные электромагнитные поля;

· магнитные поля промышленной частоты;

· наносекундные импульсные помехи;

· микросекундные импульсные помехи большой энергии;

· кондуктивные помехи, наведенные радиочастотным электромагнитным полем;

· кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц;

· пульсации напряжения электропитания постоянного тока.

Какие устройства используют электромагниты? | Sciencing

Ручной портативный динамик, подключенный к вашему новому смартфону, содержит внутри небольшой электромагнит или звуковую катушку, как и все устройства с динамиками. Электромагнит преобразует электрический ток в звуки, которые вы можете услышать, вибрируя бумажный конус или диафрагму. Ток в электромагните контролирует эти колебания, что позволяет вам слышать ваши любимые песни. В электрических устройствах, требующих изменения токов, используются электромагниты.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Некоторые повседневные устройства, в которых есть электромагниты, включают:

• Микрофоны, динамики, наушники, телефоны и громкоговорители
• Электродвигатели и генераторы
• Дверные звонки и электрические зуммеры
• Жесткие диски компьютеров
• Несколько бытовых приборов

Как работают электромагниты

Электромагниты обычно состоят из медной проволоки, скрученной в спираль вокруг магнитного металла, такого как железо.Электрический ток проходит через провод и создает магнитное поле, когда оно подается с энергией, центрируя магнитный поток на железном сердечнике. Как только ток отключается, электромагнит перестает намагничиваться. Увеличивая или уменьшая ток через спиральный провод, он усиливает или ослабляет магнитное поле. Постоянные магниты не имеют этой функции, так как через них нет тока и они постоянно намагничиваются на одном и том же уровне. Управляемый электрический ток увеличивает область применения электромагнита по сравнению со статическим и постоянным магнитом.

Поезда на магнитной подвеске, жесткие диски и МРТ

Электромагниты помогают поездам на магнитной подвеске функционировать и двигаться, но они также помогают создавать магнитное поле медицинского магнитно-резонансного томографа для захвата изображений внутри тела, недоступных для просмотра рентгеновскими аппаратами или другими средствами. Миниатюрный электромагнит внутри головки чтения-записи, напоминающий руку и иглу проигрывателя, намагничивает отдельные секторы магнитного диска и записывает информацию в двоичном коде для ее сохранения. Чтобы создать двоичный код, 0 или 1, головка чтения-записи просто меняет направление под действием электромагнита.Жесткий диск использует ту же головку для интерпретации информации, записанной на диск.

Бытовые электромагнитные устройства

Электромагнитный клапан в стиральных машинах, который включает или выключает воду, представляет собой разновидность электромагнита. В мусоропроводах, микроволновых печах и индукционных плитах есть электромагниты. Магнитофоны, видеомагнитофоны и DVD-плееры также используют электромагниты для записи данных.

Передача электрического тока

Линии электропередач с большими серыми контейнерами имеют внутри этих трансформаторов электромагниты для понижения тока высокого напряжения от линии электропередачи к жилому дому или офису.Электромагнит внутри серого трансформатора позволяет передавать электрический ток, который обычно представляет собой гораздо более высокое напряжение в распределительной сети. Участок, получающий электроэнергию, получает его при более низком напряжении.

Электромагнитные устройства | IOPSpark

Магнит

Электричество и магнетизм

Устройства электромагнитные

Работа в классе для 11-14

Что такое действие для

Исследование электромагнитных устройств.

Электромагнитные машины очень распространены. Цель этого упражнения — прояснить, как работает небольшая часть из них, опираясь на поведение электромагнитов, которое ученики видели.

Что приготовить

• Установленное реле с источниками питания, выключателем и лампой (Вы должны стремиться иметь смонтированное демонстрационное реле с двумя совершенно отдельными цепями и работать от двух отдельных источников питания, с одним маленьким (для слаботочной цепи) и одним. большой (для сильноточной цепи, которая может удобно управлять большой лампой.)
• Установленный звонок (Установленный звонок должен отображать как можно большую часть механизма.)
• Видеокамера для увеличения демонстрации
• Два интерактивных объекта (см. Ниже)

Что происходит во время этого действия

Покажите звонок в действии, сосредоточив внимание на замыкающем и размыкающем выключателе внутри звонка. Используйте интерактивный объект, чтобы проверить понимание учеников. Вы также можете изменить этот порядок, поговорив через интерактивный объект самостоятельно, а затем показывая настоящий колокол.

Покажите реле в действии, сосредоточив внимание на двух отдельных цепях и магнитной связи между ними. Используйте интерактивный объект, чтобы проверить понимание учеников. Вы можете вызвать учеников на передний план, чтобы они прокомментировали каждый этап.

ресурсов

Загрузите интерактивные объекты для этого упражнения.

Обзор пассивных электромагнитных устройств для гашения и изоляции вибрации

Пассивные электромагнитные устройства для гашения и изоляции вибрации становятся реальной альтернативой традиционным методам механической вибрации и изоляции. Эти типы устройств обладают хорошей демпфирующей способностью, более низкой стоимостью, нулевым потреблением энергии и более высокой надежностью. В этой работе был сделан современный обзор, в котором были выделены преимущества и недостатки, области применения и уровень технологической готовности самых последних разработок.Кроме того, в общем вводном разделе представлены ключевые соображения, которые необходимо знать любому инженеру, электрику или механику, для глубокого понимания и правильной конструкции этих типов устройств.

1. Введение

Вибрации создают серьезные проблемы и проблемы в механических системах, такие как усталость, разрушение и потеря энергии [1, 2]. Поэтому очень важно гасить вибрации для общей производительности и долговечности машин и механизмов. Характеристики новых магнитных материалов в сочетании с инструментами оптимизации позволяют разрабатывать эффективные и настраиваемые методы гашения вибрации и / или изоляции.Кроме того, электромагнитное демпфирование и изоляция могут быть чистыми и экологически безопасными, поскольку нет необходимости в использовании жидкостей (за исключением магнитореологических демпферов). Таким образом, они могут применяться в чистых, суровых и / или экстремальных температурных условиях, таких как космос, аэрокосмическая промышленность, электромобили или производство микротехнологий. Поскольку они обеспечивают демпфирование за счет бесконтактных магнитных сил, большинство проблем трения и износа обычных демпферов также исчезают, повышая их надежность. Тем не менее, есть еще важные проблемы, которые необходимо решить, такие как оптимизация конструкции, производительность, стоимость, старение устройства, снижение внешних электромагнитных помех или настройка частоты.

В этой статье можно найти два различных типа устройств электромагнитного демпфирования: активные и пассивные. Активные устройства — это те устройства, которые измеряют вибрацию в реальном времени и соответствующим образом реагируют на решение активной системы управления. Эти устройства обладают выдающейся индивидуальной производительностью. Однако для них требуются системы управления, системы электропитания и датчики, которые увеличивают общую сложность, цену и потребление энергии, снижая надежность устройства. С другой стороны, пассивные устройства спроектированы и изготовлены так, чтобы определенным образом реагировать на вибрацию без необходимости активной обратной связи и управления.Они гибкие и могут настраиваться по конструкции или во время сборки, но не во время эксплуатации. Эти типы устройств имеют более низкую стоимость и более высокую надежность за счет более низкой производительности при определенных колебаниях вибрации. В этой статье мы сосредоточимся на пассивных электромагнитных устройствах для вибрации, демпфирования и изоляции (PEDVDI) из-за их более широкого применения. Основные задачи PEDVDI — обеспечить по крайней мере такую ​​же демпфирующую способность с точки зрения коэффициентов демпфирования и жесткости при той же массе, сроке службы и надежности обычных механических демпферов и, конечно же, по конкурентоспособной цене.

Применение электромагнитных устройств требует знания различных инженерных дисциплин. Обычно они разрабатываются и производятся инженерами-электриками. Инженеры-электрики тестируют устройства и предоставляют данные о характеристиках устройства по некоторым общеизвестным параметрам. Однако окончательные варианты применения устройств, которые иногда требуют определенных значений производительности, обычно разрабатываются и выбираются инженерами-механиками. Таким образом, важно правильно связать эти два поля, чтобы получить более эффективные и оптимизированные устройства.

Одна из основных целей данной статьи — обобщить и показать общую информацию обо всех типах пассивных электромагнитных устройств, применяемых для гашения и виброизоляции. PEDVDI были разделены на следующие категории: вихретоковые демпферы (ECD), электромагнитные шунтирующие демпферы (EMSD), магнитные демпферы отрицательной жесткости (MNSD) и пассивные магнитореологические демпферы (PMRD). Это обеспечивает широкий обзор существующих технологий для правильного выбора приложений. Вторая цель этой статьи — собрать и представить недавние и выдающиеся исследовательские статьи по пассивным электромагнитным устройствам для гашения и изоляции вибрации в гражданском и машиностроении, а также в космических приложениях.Дается сравнение производительности и области применения с выделением основных отличий, плюсов и минусов.

Помимо самого обзора технологии, общий вводный раздел описывает основные соображения и ключевые параметры проектирования, которые необходимо знать любому инженеру, электрическому или механическому, для глубокого понимания любых характеристик PEDVDI. Поэтому статью можно использовать как руководство по дизайну для конкретных приложений. Более того, поскольку он описывает общий дизайн для каждой технологии, его можно использовать в качестве отправной точки для новых дизайнов.

Этот документ организован следующим образом: Раздел 2 относится к общим соображениям проектирования PEDVDI, Раздел 3 описывает обзор различных исследованных технологий: ECD в Разделе 3.1, Раздел 3.2 представляет собой обзор EMSD, а Раздел 3.3 показывает обзор МНСД. Статьи заканчиваются обзором PMRD, описанным в разделе 3.4. Наконец, общие выводы перечислены в Разделе 4.

2. Общие соображения по проектированию электромагнитных демпферов и изоляторов

При разработке PEDVDI в основном используются три типа материалов: парамагнитные, мягкие ферромагнитные и жесткие ферромагнетики.Внешние статические магнитные поля слабо влияют на парамагнитные материалы. Общие парамагнитные материалы, используемые в конструкциях, — это алюминий, медь, титан или полимеры. Однако при выборе парамагнитных материалов необходимо тщательно учитывать их электропроводность, как мы опишем позже. Даже если они инертны к статическим внешним магнитным полям, они могут сильно реагировать на переменные магнитные поля, если являются хорошими проводниками. Если парамагнитный материал находится внутри статического намагничивающего поля H , его магнитная поляризация M пренебрежимо мала, действуя так, как если бы они были воздухом или вакуумом.

Напротив, ферромагнитные материалы реагируют на внешние магнитные поля H . Если к ферромагнитному материалу приложить внешнее магнитное поле, он намагнитится, значительно увеличивая его объемную намагниченность M и, таким образом, общую плотность магнитного потока B , то есть больше магнитного поля накапливается в том же объеме. Магнитное поведение ферромагнитных материалов не является линейным, но следует кривой гистерезиса (рисунок 1).

На основании значения намагниченности B _R и коэрцитивной силы H _C мы можем определить, является ли исследуемый образец твердым или магнитомягким материалом. Эти материалы с большой остаточной намагниченностью и большим коэрцитивным полем называются твердыми магнитными материалами, потому что их трудно размагнитить. И наоборот, магнитомягкие материалы имеют очень низкую остаточную магнитную индукцию и низкое коэрцитивное поле, и поэтому они легко размагничиваются.

Магнитомягкие материалы имеют тонкую кривую гистерезиса, поэтому они обычно применяются в приложениях, где полярность меняется очень часто, например, в трансформаторах и обмотках двигателей.Магнитомягкие материалы могут нести относительно небольшие электрические потери. Ширина петли гистерезиса многое говорит о потерях. Твердые магнитные материалы имеют очень широкую кривую гистерезиса, что делает их практичными в приложениях, где они воздействуют своим магнитным полем на магнитомягкие материалы. Их наклон размагничивания на нулевой линии очень пологий и не становится крутым, пока не уйдет далеко левее нулевой линии. Если бы твердые магнитные материалы меняли полярность очень часто, потери на гистерезис были бы огромными.Гистерезисные потери могут использоваться в магнитных амортизаторах в качестве механизма преобразования и рассеивания кинетической энергии, как показано в разделе 3.4.

Общие значения электромагнитных свойств для различных инженерных материалов приведены в таблице 1.

Кобальт 0,02–0,2 Сплав Ni-Fe (75% Ni) Тип материала Коэрцитивная сила, bHc (кА / м) Остаточная намагниченность, Br (T) Относительная проницаемость Насыщение, bsat (T) Ферритовый магнит 150–250 0.35–0,4 1,2–1,9 0,35–0,4 Магнит Alnico 30–151 0,7–1,11 1,2–1,9 0,7–1,2 железный магнит 6131-Неодим –1090 0,87–1,5 1,05 0,87–1,5 Самариево-кобальтовый магнит 493–790 0,83–1,15 1,05 3000 0.01–0.06 150–2000 1,6–2,15 Никель 0,056–2,01 0,01–0,15 100–600 0,4–0,6 70–250 0,7–0,9 Сплав Co-Fe (49% Co) 0,07–0,09 0,1–0,3 8000–15000 2,2–2,4 32 0,001–0.002 0,05–0,2 60000–250000 0,6–0,8 Сплав Ni-Fe (50% Ni) 0,005–0,010 0,03–0,15 7000–100000 32 1,5 Электротехническая сталь 0,032–0,072 0,5–0,8 3000–4000 1,6–2 Нержавеющая сталь 304/316 1–3 0,001–0,002 0,0131 1,0013–1 –0,03 Нержавеющая сталь 430 0.5 0,8 750 1,4 Медь OFCH — — 0,99 — Алюминий 7075 — — — Титан марки 5 — — 1.0001 — PTFE Тефлон — — 1 — 9013 Нейлон — — 1 —

В машиностроении мы использовали магнитные материалы для создания выходного крутящего момента между собой, чтобы создать крутящий момент между собой. двигатели или демпфирующие силы как в PEDVDI.Магнитные силы между двумя магнитными элементами зависят от силы и ориентации магнитного поля, которое элемент 1 прикладывает к элементу 2, а также от силы и направления намагничивания элемента 2 [3–6]. Сила, которую элемент 1 оказывает на 2, зависит от градиента его объемной намагниченности M и от магнитного поля, создаваемого элементом 2:

Таким образом, чем больше его намагниченность, тем больше будут силы, действующие на него. Материалы с очень большими значениями намагниченности испытывают большие силы в том же внешнем магнитном поле.Внутри материалы с очень большой намагниченностью создают более сильные внешние магнитные поля. Следовательно, в первом члене, чем больше намагниченность элементов, тем больше будут силы, действующие на устройство. Более того, напряженность магнитного поля, создаваемого определенным элементом в своем окружении, обратно пропорциональна кубу расстояния. Следовательно, очень важно максимально приблизить магнитные элементы, чтобы увеличить магнитные силы. Воздушные зазоры между движущимися элементами всегда должны быть минимизированы.

Существует два основных метода достижения больших намагниченностей внутри определенного объема: непостоянное намагничивание мягких ферромагнитных материалов и постоянное намагничивание твердых ферромагнитных материалов. Непостоянное намагничивание обычно достигается за счет намагничивающих полей, создаваемых токами, циркулирующими через катушки или обмотки в устройстве. На этот вариант не влияют другие явления при условии поддержания тока, поэтому это надежный метод. Его основная проблема заключается в том, что он требует непрерывного энергопотребления и контроля тока.

Постоянное намагничивание твердых ферромагнитных материалов имеет главное преимущество, которое состоит в том, что не требуется протекания постоянных токов, поскольку намагничивание выполняется один раз на заводе. Однако следует учитывать и другие проблемы. Например, поскольку намагничивание является постоянным, силы между магнитами всегда будут появляться даже в нежелательной ориентации, поэтому важно проанализировать магнитные силы в каждом из положений движения. Постоянные намагниченности обычно имеют более низкую плотность потока на материалах по сравнению с полностью насыщенными мягкими ферромагнитными материалами.Постоянные магниты, будучи однажды полностью намагниченными, сохраняют магнетизм постоянно, но его интенсивность не остается постоянной и обычно постепенно уменьшается с течением времени. Это изменение известно как старение постоянного магнита, которое вызывается либо естественным путем, либо внешним воздействием. Вышеупомянутые внешние возмущения можно разделить на следующие четыре типа в зависимости от характеристик: изменение сопротивления магнитной цепи, приложение внешнего поля, механический удар и изменение температуры [7].

Для экстремальных применений, таких как космос или криогенная среда, другие аспекты также существенно влияют на постоянное намагничивание. Излучение, которое используется в космических приложениях, может постоянно размагничивать магниты [8]. Поэтому следует учитывать особые меры при правильном выборе материалов, даже если они имеют более низкую остаточную намагничиваемость или защиту от излучения. Температура также играет важную роль при анализе постоянной намагниченности. Для всех постоянных магнитов повышение температуры означает потерю намагниченности.Некоторые материалы, такие как SmCo, могут выдерживать более высокие температуры, чем другие, но высокие температуры всегда подразумевают проблемы с постоянным намагничиванием. Напротив, более низкие температуры обычно увеличивают остаточную намагниченность для большинства материалов [9, 10]. Тем не менее, при более низких температурах постоянные магниты становятся более хрупкими, поэтому в приложениях с очень большими магнитными силами может потребоваться усиление стенок магнитных элементов.

Как указано, магнитные силы создаются приложением внешних магнитных полей к намагниченным объемам.Это, безусловно, означает, что объемная намагниченность изменяется в соответствии с кривой гистерезиса материала. Если в устройстве есть постоянные магниты, их следует проверить на возможное размагничивание, вызванное внешними магнитными полями. Обычно в конце анализа требуется только простая проверка. Проверка выполняется соответственно: найти максимально возможную температуру внутри магнита и найти минимально возможное значение поля внутри магнита, заданное с помощью модели метода конечных элементов (МКЭ). Эти самые низкие значения параметрической модели следует рассматривать как средние значения внутри магнита.Затем, используя кривую BH используемого материала магнита, убедитесь, что точка наименьшего значения поля находится выше точки перегиба (точки, в которой изменения намагниченности значительны и необратимы) [11].

Еще одним важным моментом для анализа в электромагнитных устройствах является генерация вихревых токов и связанные с этим проблемы и / или преимущества. Когда магниты движутся по внутреннему проводнику, движущееся магнитное поле индуцирует вихревой ток в проводнике. Поток электронов в проводнике немедленно создает противоположное магнитное поле, генерируя силы Лоренца, которые приводят к затуханию движения магнита и выделяют тепло внутри проводника.Количество энергии, переданной проводнику в виде тепла, равно изменению кинетической энергии, теряемой магнитами.

Потери мощности из-за вихревых токов в проводящем листе на единицу массы можно рассчитать следующим образом: где — потеря мощности на единицу массы (Вт / кг), B _p — пик движущегося магнитного поля ( Тл). ), d — толщина листа (м), σ — электропроводность проводящего листа (См / м), D — плотность проводящего листа (кг / м ³ ) и f — частота колебаний (Гц) или изменение приложенного магнитного поля.Таким образом, потери мощности напрямую зависят от проводимости материала, квадратично с приложенным магнитным полем к проводящему элементу и от геометрических размеров. Компонента магнитного поля, которая влияет на генерацию вихревых токов, перпендикулярна листу. Это необходимо учитывать при проектировании демпфирования вихретокового движения.

Уравнение (3) действительно только в так называемых квазистатических условиях, когда частота движения магнита недостаточно высока для создания скин-эффекта, т.е.е., электромагнитная волна полностью проникает в материал. Что касается очень быстро меняющихся полей, магнитное поле не проникает в материал полностью. Однако увеличение частоты одного и того же значения поля всегда будет увеличивать вихревые токи, даже при неоднородном проникновении поля. Глубина скин-слоя или глубина проникновения, δ , определяется как глубина, на которой плотность тока составляет всего 1/ e (около 37%) по отношению к значению на поверхности. Глубину проникновения для хорошего проводника можно рассчитать по следующему уравнению [12]: где δ — глубина проникновения (м), f — частота (Гц), мкм — магнитная проницаемость материала (H / м), а σ — удельная электропроводность материала (См / м).Глубина проникновения для различных материалов показана на рисунке 2. В качестве критерия проектирования глубина проникновения при определенной частоте должна быть в том же порядке, что и характерное геометрическое значение проводящих элементов. Это позволяет максимизировать генерацию вихревых токов и, следовательно, демпфирующие силы.

Генерация вихревых токов может быть связана с механическим демпфированием. В вязком демпфере механические потери мощности могут быть выражены как где F _D — демпфирующая сила и — скорость движущейся массы.Связывая потери мощности на вихревые токи и механические потери мощности, мы можем утверждать, что

Частота колебательного линейного движения прямо пропорциональна амплитуде линейной скорости как, где A — амплитуда смещения. Таким образом, мы можем определить, что отношение демпфирующей силы к скорости является постоянным c в зависимости от электромагнитного поведения вихревых токов как

Следовательно, чтобы максимизировать коэффициент демпфирования, необходимо оптимизировать несколько параметров. Если приложенное магнитное поле больше, коэффициент демпфирования будет увеличиваться квадратично.Как уже говорилось, максимизировать генерируемое магнитное поле можно, выбрав материал с большой намагниченностью и уменьшив расстояния между магнитом генератора магнитного поля и проводящим элементом. За счет уменьшения амплитуды движения коэффициент демпфирования также может быть больше. При попытке не гасить движение, а сделать его более плавным, необходимо принять во внимание противоположные соображения.

Магнитные силы — это объемные силы, которые зависят от направления и ориентации намагниченности и магнитного поля.В некоторых конструкциях могут потребоваться силы в радиальном, касательном или продольном направлениях, чтобы гасить или передавать силы. Однако в большинстве случаев требуется только одно направление сил, в то время как два других направления должны быть ограничены или заблокированы. Если они не заблокированы, могут появиться нежелательные движения. Теорема Ирншоу утверждает, что совокупность постоянных магнитов не может поддерживаться в стабильной стационарной равновесной конфигурации сами по себе, поэтому механические ограничения должны быть включены в любое устройство.Эти механические ограничения или кинематические пары создают нежелательное трение. Поэтому для минимизации нагрузок на эти кинематические пары настоятельно рекомендуется использовать симметричные магнитные конфигурации и сбалансированные узлы. Это означает включение пар магнитов вместо нечетного числа магнитов с противоположными направлениями и симметричными конфигурациями магнитной массы.

Мы можем резюмировать некоторые ключевые соображения при проектировании электромагнитных демпферов и изоляторов следующим образом: (i) чем больше намагниченность элементов, тем больше будут силы (ii) воздушные зазоры между движущимися элементами должны быть всегда минимизированы (iii) постоянные магниты должны (iv) На остаточную магнитную индукцию постоянных магнитов влияют механические удары и внешние поля (v) Температура также является критическим аспектом для остаточной магнитной индукции постоянного магнита. (vi) Необходимо анализировать и предотвращать размагничивание пары постоянных магнитов ( vii) Затухание вихревых токов квадратично зависит от приложенного магнитного поля (viii) Глубина проникновения на определенной частоте должна быть проанализирована при затухании вихревых токов (ix) Магнитные узлы должны быть симметричными и магнитно-сбалансированными, если это возможно (x) Простые и стандартные формы магнита например, цилиндры, кольца или блоки на прототипах должны быть выбраны.

В следующих разделах мы рассмотрим различные типы PEDVDI, проанализировав их характеристики и конструктивные свойства, а также области их применения и производительность.

3. Пассивные электромагнитные технологии для гашения и изоляции вибрации

3.1. Вихретоковые демпферы

Вихретоковые демпферы (ECD) основаны на взаимодействии между немагнитным проводящим материалом и изменяющимся во времени магнитным полем при их относительном движении. Вихревые токи генерируются либо движением проводящего материала через неподвижный магнит, либо изменением силы или положения источника магнитного поля.Это индуцирует магнитное поле с противоположной полярностью по отношению к приложенному полю и отталкивающую электродвижущую силу (ЭДС), которая зависит от скорости изменения приложенного поля, как показано в разделе 2. Из-за внутреннего сопротивления проводящего материала наведенные токи рассеиваются в тепло. и энергия, преобразованная из системы, удаляется [14].

Общая конструкция ECD изображена на рисунке 3. Он состоит из набора постоянных магнитов, обычно сделанных из NdFeB или SmCo из-за их большого магнитного качества, которые выровнены перед токопроводящими элементами из алюминия или меди (предпочтительно так как его проводимость самая большая).В настоящее время конструкция и оптимизация устройства выполняются посредством численного моделирования распределения магнитного поля и вихревых токов, как правило, на основе МКЭ.

На этапе проектирования необходимо учитывать три основных момента, чтобы повысить коэффициент демпфирования ECD. Во-первых, правильно сориентировать полюса постоянных магнитов по отношению к проводящим элементам. Компоненты вектора магнитного поля должны быть максимально перпендикулярны проводящей плоскости, поскольку эти компоненты генерируют вихревые токи.Однако есть случаи, когда поляризационная способность магнита мешает оптимальному расположению магнитов, например, радиальные намагниченности могут быть оптимальным выбором для цилиндрических устройств, но магниты с радиальной поляризацией еще не так сильны, как магниты с осевой поляризацией. Второй момент — максимизировать вариацию магнитного поля, то есть максимизировать размах приложенного магнитного поля. Этого максимизации можно добиться, сочетая уменьшенные воздушные зазоры, большие вариации смещения, высокое магнитное качество постоянных магнитов и большие размеры магнитов.Альтернативой большим магнитам может быть сборка большего количества магнитов, но меньшего размера. Таким образом, вихревые токи, генерируемые одним магнитом, будут меньше, но умножены на количество магнитов. С определенного момента увеличение размера магнитов не увеличивает приложенное магнитное поле; следовательно, существует оптимизированный размер, при котором более целесообразно добавлять другие магниты с альтернативной поляризацией вместо увеличения размера собственного магнита.

Третий и наиболее актуальный метод увеличения коэффициента демпфирования заключается в кинематическом увеличении движения постоянных магнитов в сторону более быстрого, т.е.е., большая частота изменения, движения магнита. Мы считаем этот метод наиболее актуальным, поскольку существует множество механических вариантов для увеличения или увеличения движения магнита в направлении максимизации вариации магнитного поля. Распространенным методом является соединение ступени увеличения механической скорости между источником вибрации и рамой магнитов. Выбор увеличения механической скорости будет зависеть от типа смещения источника вибрации. Обычно это делается с помощью элементов гусеничной шестерни или рычагов [15] для линейных колебаний и планетарных мультипликаторов скорости для вращательных колебаний.Этот последний тип устройств широко используется в аэрокосмической сфере [16, 17]. Эти промышленные элементы работают при температуре от -40 до + 70 ° C, имея значительные колебания в демпфировании в зависимости от рабочей температуры. Изменение коэффициента демпфирования в зависимости от температуры обычно составляет -0,5% / ° C. Основным недостатком использования механических умножителей является то, что эта деталь может нуждаться в обслуживании, смазке и, конечно, контакте, что ограничивает преимущества, обеспечиваемые вихретоковыми демпферами.Кроме того, механические проблемы, такие как большие гистерезисные силы или люфт шестерен, не позволяют использовать их в приложениях для гашения вибраций с низкой амплитудой, таких как микровибрации [18, 19]. Для решения этих проблем был предложен и успешно испытан выдающийся и уникальный вихретоковый магнитный демпфер с механическим умножением [20]. Это коммерческое устройство включает в себя инновационную ступень умножения, выполненную с помощью линейной магнитной передачи вместо механической, которая предотвращает почти все проблемы, возникающие в обычных механических ступенях умножения, обеспечивая отличные результаты как при комнатной, так и при высоких температурах, с коэффициентом демпфирования 35000 Нс / м для Устройство 19 кг [21].Этот вихретоковый демпфер имеет один из лучших когда-либо продемонстрированных удельных коэффициентов демпфирования, 1842 Нс / м · кг, что делает его очень подходящим для автомобилей и самолетов. Демпфер, испытанный в [20], имеет диапазон рабочих температур от –40 до + 250 ° C с очень низкой сложностью его движущихся частей. Главный минус в том, что магнитные детали создают магнитное загрязнение в своем окружении.

Есть несколько исследовательских статей, связанных с РДМВ. Ан [22] представляет процедуру проектирования ECD для ступени движения линейного двигателя.Это устройство преодолевает недостатки механизма пружинного типа, такие как резонанс и трудности сборки из-за пружины. Однако конструкция проста и ограничена конкретной ступенью линейного двигателя. В [23] демпфирование вихревых токов применяется в пассивном демпфере настроенной массы с использованием массива магнитов Хальбаха, установленных на медной пластине. Они продемонстрировали, что толщина листа сильно влияет на коэффициент демпфирования, переходя от 25 Нс / м для листа толщиной 4 мм до более чем 35 Нс / м, если размер листа составляет 20 мм для постоянной скорости.Berardengo et al. [24] представили новый тип адаптивного настраиваемого демпфера массы на основе сплавов с памятью формы и демпфирования вихревых токов. Первый элемент используется для адаптации собственной частоты устройства, а второй — для настройки демпфирования. Опять же, коэффициент демпфирования сильно зависит от геометрических параметров и компоновки. Это может быть преимуществом в процессе проектирования, поскольку дает конструкторам гибкость, но может привести к нежелательной производительности, если некоторые геометрические значения изменяются во время сборки или эксплуатации.

Помимо исследований, проведенных в предыдущих ссылках, можно найти и другие приложения, такие как гражданское строительство, роторные приложения, прецизионные приборы, робототехника или автомобилестроение. Например, Jo et al. [25] предложили включить ECD в прецизионную ступень с воздушным подшипником для улучшения характеристик виброизоляции. Магнитная решетка Хальбаха была разработана для увеличения плотности магнитного потока ECD, поскольку более сильное магнитное поле создает большую демпфирующую силу.В этом случае гаснут колебания ниже 100 Гц; однако указанные выше вибрации не гасятся эффективно. Это объясняется тем, что коэффициент демпфирования ECD уменьшается с частотой, как также было обнаружено в предыдущих ссылках. ECD также может работать независимо или в комбинации с настроенными массовыми демпферами (TMD) [26, 27] или магнитореологическими демпферами [28]. В любом случае, ссылки [22–28] далеки от дизайна, ориентированного на продукт, и они остались такими же интересными прототипами для проверки концепции.

Основная коммерческая область применения вихретоковых демпферов — аэрокосмические механизмы, где чистота и надежность являются критическими требованиями.Поскольку техническое обслуживание довольно сложно осуществить, а условия эксплуатации в аэрокосмической отрасли суровые, демпфирующее устройство должно иметь длительный усталостный ресурс, высокую надежность и хорошую применимость в условиях вакуума и теплового преобразования. Вихретоковые демпферы с инстинктивной природой, такие как бесконтактность, отсутствие утечки и простота реализации, становятся кандидатом для подавления вибраций в системе аэрокосмического применения. Конструкции и исполнения ДЗЭ различаются в зависимости от производителя.Хотя конструкция и «температурные факторы» могут варьироваться от производителя к производителю, основной принцип использования высокоскоростного магнитного демпфера и редуктора для увеличения скорости демпфирования и допустимого крутящего момента практически универсален [29, 30]. В предыдущих исследованиях сообщалось, что гасители вращательных вихревых токов демонстрируют коэффициенты демпфирования в диапазоне от 24 до 1000 Нм / рад. Удельный коэффициент демпфирования этих устройств составляет от 1000 до 2000 Нс / м · кг. Коэффициент демпфирования зависит от частоты, значительно снижаясь для частот выше 50 Гц.Следовательно, они подходят для демпфирования низких частот, но не очень эффективны на этих частотах. Они оба используют один магнит против медной пластины, и оба вычисляют эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования по кривой гистерезиса сила-смещение.

Также можно найти другие приложения, ориентированные на продукт. Для высокоточных и высокоточных инструментов, таких как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовые микроскопы (АСМ), эффективная изоляция вибраций окружающей среды играет ключевую роль.В литературе представлены и проанализированы различные типы вихретоковых демпферов. Сравнение одно- и двухступенчатых подпружиненных систем с магнитным демпфированием вихревых токов показало приемлемые уровни виброизоляции [31]. Преимущество использования вихретоковых демпферов заключается в том, что избегают использования смазываемых консистентной смазкой элементов рядом с датчиком, которые могут повредить приборы. Большинство современных СТМ и АСМ используют гашение магнитных вихревых токов для изоляции низкочастотных колебаний [32, 33]. Типичные значения коэффициента затухания для вихретоковых демпферов, применяемых в приборах, варьируются от 0.От 25 нс / м до 5 нс / м. Для научных наземных приборов конкретный коэффициент демпфирования не имеет значения. ECD в [33] использовался в диапазонах давлений от 10 ⁻⁷ Па до 10 ⁻⁹ Па, показывая значительное ослабление вибрационного смещения от 50 нм при 16 Гц на входе до всего 50 пм при 16 Гц после с помощью ECD. Основная ошибка ДЭЗ в СТМ и АСМ — это магнитное загрязнение, которое ДЭЗ может вызвать в системе и в образцах.

Более того, активные электромагнитные амортизаторы, используемые в системах подвески автомобилей, также привлекли большое внимание в последние годы из-за разработок в силовой электронике, материалах с постоянными магнитами и микроэлектронных системах.Одним из основных недостатков этих электромагнитных демпферов является то, что они не являются отказоустойчивыми в случае сбоя питания. Пассивный демпфирующий элемент может сделать активные электромагнитные демпферы отказоустойчивыми. ECD может использоваться в электромагнитных амортизаторах, обеспечивая пассивное демпфирование для отказоустойчивого гибридного электромагнитного демпфера. ECD для автомобильных приложений продемонстрировал коэффициент демпфирования 1880 Нс / м для веса 3,25 кг [34], что приводит к удельной плотности демпфирования 578 Нс / м · кг. Однако сравнение ECD, представленного в [34], с пассивными амортизаторами, имеющимися в продаже, показывает, что размер и стоимость ECD выше, чем у пассивных масляных амортизаторов.Кроме того, стоимость ECD более чем в два раза превышает стоимость коммерческого пассивного демпфера из-за высокой стоимости редкоземельных магнитов. Вот почему важно оптимизировать выбор форм и размеров также для снижения стоимости, а не только для повышения производительности, как рекомендовано в Разделе 2.

Напротив, ECD не широко использовался для приложений гражданского строительства, потому что его производительность остается довольно ограниченным из-за низкой плотности рассеяния энергии. ECD может предложить преимущества в гашении вибраций здания по сравнению с другими демпфирующими устройствами, такими как гашение трения и гашение вязкой жидкости.Заметным преимуществом является то, что вихретоковые демпферы могут работать вне помещений в суровых температурных условиях. Кроме того, внутри демпфера нет жидкости, и создание демпфирования не зависит от трения, что потенциально увеличивает срок службы вихретокового демпфера и снижает требования к техническому обслуживанию [35, 36]. В этих исследованиях было продемонстрировано, что предположение о линейном демпфировании в аналитической модели справедливо только для ограниченного диапазона низкой скорости и этой скорости. Таким образом, при разработке ECD важно определить целевой частотный диапазон, поскольку для высоких частот они не так эффективны.Однако для крупномасштабных массивных конструкций необходимое демпфирование будет на несколько порядков больше, чем для вихретоковых демпферов, применяемых в механизмах. Поэтому более практично и экономично применять вихретоковые демпферы в качестве демпфирующего элемента для поглотителя резонансного типа или настроенного демпфера массы. Вспомогательные массовые веса TMD составляют лишь небольшую часть (обычно 0,5–2%) контролируемой модальной массы первичной конструкции, а демпфирование, необходимое для смягчения вибрации вспомогательной массы TMD, значительно снижается.ECD, оптимизированный для TMD, продемонстрировал коэффициент демпфирования 321,34 Нс / м при массе 2 кг.

И последнее, но не менее важное: EDC можно найти в производственных приложениях [37], в частности, в роботизированном фрезеровании. Этот тип обработки стал новым выбором для обработки деталей большой сложной конструкции. Однако из-за своей серийной конструкции промышленный робот имеет несколько ограничений, таких как низкая жесткость, которая приводит к низкой точности обработки из-за вибраций. Чтобы смягчить эти вибрации, был разработан новый ECD для подавления вибрации в процессе роботизированного фрезерования [38].Предлагаемый ECD представляет собой многополюсный набор магнитов на медной пластине, ориентированный для гашения двух направлений колебаний. Коэффициент демпфирования, измеренный в этом элементе, составляет 165,6 Нс / м при массе 0,6 кг, что приводит к удельному коэффициенту демпфирования 276 Нс / м · кг. Результаты показали, что пики FRF острия инструмента, вызванные режимами фрезерного инструмента, были демпфированы на 22,1% и 12,4% соответственно по вертикальной оси, что увеличивает точность процесса фрезерования и надежность инструмента.

В заключение, ECD могут увеличить демпфирующие свойства конструкций, к которым они прикреплены, в более широком диапазоне частот по сравнению с классическими настроенными массовыми демпферами. Кроме того, они чистые и термостойкие, и они не очень чувствительны к изменению структурных модальных частот, поэтому обладают хорошей устойчивостью. Более того, ECD являются пассивными амортизаторами и не требуют сложных законов управления, поэтому их легко реализовать. Эти преимущества делают ECD хорошим выбором для гашения вибрации в механических системах.

3.2. Электромагнитные шунтирующие демпферы

Электромагнитный шунтирующий демпфер (EMSD) — это, по сути, электромагнитный двигатель / генератор, подключенный к шунтирующей цепи (рисунок 4), в которой электромагнитный двигатель преобразует механические колебания в электрическую энергию, а конструкция шунтирующей цепи контролирует характерное поведение EMSD [39, 40]. Основными особенностями EMSD являются: простая конструкция, пассивное управление, сбор энергии и умножение движений.

Аналогия между механическими и электрическими системами позволяет создавать гибкие конструкции EMSD за счет регулировки внешней цепи электрического шунта, которая, как правило, имеет компактные размеры и позволяет легко заменять элементы.Когда EMSD комбинируются с компонентами зубчатой ​​передачи, как в [41], EMSD могут преобразовывать линейное движение во вращательное движение и обеспечивать большую демпфирующую силу при небольшом размере / весе. Кроме того, в отличие от обычных демпферов, которые рассеивают кинетическую энергию в тепло, EMSD преобразует кинетическую энергию в электрическую за счет эффекта электромеханической связи, где электрическая энергия может быть потенциально собрана и повторно использована для других функций, если это необходимо. Однако оптимальная производительность EMSD неизбежно ограничивается внутренним сопротивлением катушек двигателя и элементов схемы (таких как катушки индуктивности и конденсаторы) в практических приложениях.

У этой пассивной демпферной системы есть два основных практических преимущества. Во-первых, энергия вибрации не просто рассеивается, но и может быть повторно использована. В [42] исследователи продемонстрировали, что с помощью EMSD вибрации ослабляются, а энергия передается в электрическую цепь для ее использования. Во-вторых, энергия вибрации, передаваемая амортизатору, может легко передаваться по проводам. Это позволяет размещать диссипацию в других местах, удаленных от источника вибрации. Например, в [43] EMSD показал, что он способен изолировать колебания первого и третьего порядка (более 80 Гц) вдали от источника колебаний.В приложениях, где тепловая генерация на месте является критической проблемой, например, в криогенных или космических приложениях, возможность выбора наиболее подходящего места для рассеивания тепла является интересной особенностью. С другой стороны, EMSD имеют несколько ограничений; например, наличие собственного сопротивления значительно ограничивает максимальное демпфирование и вызывает отклонение характеристик демпфера от проектных. Более того, выработка электроэнергии EMSD, работающего как сборщик энергии, ограничена резонансным возбуждением, как показано в [44]; поэтому должны применяться другие методы, такие как методы с несколькими генераторами или многорезонансные режимы.Маринкович и Козер [45] показали, что энергия в широком диапазоне частот извлекается из вибраций с использованием метода нескольких генераторов; однако его демпфирующая способность на частотах ниже 20 Гц значительно снижается, поскольку он действует как полосовой фильтр. В [46] был использован метод мультирезонансного режима, в котором показано устройство с двумя степенями свободы, которое имеет два резонансных пика, которые можно настраивать независимо, поддерживая достаточно равномерную выходную мощность во всем диапазоне частот.

Основными областями применения EMSD являются микровибрация [47], сбор низкочастотной энергии [48–52], в основном для приложений микроэлектроники, и регенеративные амортизаторы в основном для транспортных средств [53–57].Также можно найти другие приложения, такие как сбор энергии движения человека или сочетание с настроенными поглотителями массы [58–60]. В любом случае все найденные разработки ограничиваются лабораторным демонстратором или приложениями и далеки от его широкой коммерциализации.

Недавние исследования EMSD, применяемых для сбора энергии в микроэлектронике, разделены на три группы в соответствии с их целями и подходами. Главное — уменьшить резонансную частоту комбайна, чтобы улавливать низкочастотную энергию вибрации из окружающей среды.Кроме того, ведется поиск расширения полосы пропускания комбайна, используемого в современной технологии, для увеличения использования энергии случайных колебаний [61]. Невозможно сделать идеальный комбайн с низкой резонансной частотой, широкой полосой частот и одновременно хорошими выходными характеристиками.

В [62] сбор мощности просто достигается за счет относительных колебаний между постоянным магнитом, которому позволено свободно перемещаться внутри электрической катушки с трубками с двухсторонними стопорами и напрямую подключенным к источнику вибрации.Предлагаемый комбайн со свободным / ударным движением демонстрирует нерезонансное поведение, при котором выходная мощность непрерывно увеличивается с увеличением входной частоты и / или амплитуды. Кроме того, допустимое свободное движение позволяет значительно увеличить мощность на низких частотах. Следовательно, предлагаемый харвестер хорошо подходит для приложений, связанных с колебаниями переменной большой амплитуды и низкой частотой, например, в устройствах, приводимых в движение человеком. Другой пример нерезонансного магнитомеханического устройства сбора низкочастотной вибрационной энергии можно найти в [63].В этой статье комбайн для сбора энергии преобразует вибрации в электрический заряд с помощью управляемого левитирующего магнита, колеблющегося внутри многооборотной катушки, которая закреплена вокруг устройства для сбора энергии снаружи. В этом случае собранный сборщик энергии является переносным, и прототип генерирует нормированную плотность мощности приблизительно 0,133 мВт / см ³ г ² при 15,5 Гц.

Рекуперативные амортизаторы основаны на электромагнитных ротационных или линейных двигателях, подключенных к шунтирующему сопротивлению, работающему как генераторы.Двигатели связаны с источником вибрации напрямую или через механический каскад умножения, как в случае вихретоковых демпферов. Можно найти три режима привода систем рекуперативного амортизатора: режим прямого привода, режим непрямого привода и режим гибридного привода [64]. Система прямого привода вызвала большой интерес благодаря своей компактной конструкции и простоте изготовления. В режиме прямого привода источник вибрации напрямую подключается к статору магнита для выработки электроэнергии. Рекуперативные амортизаторы с прямым приводом обеспечивают коэффициент демпфирования от 1500 до 2000 Нс / м.

Микровибрация на борту космического корабля — важная проблема, которая влияет на полезную нагрузку, требующую высокой точности наведения. Хотя изоляторы были тщательно изучены и внедрены для решения этой проблемы, их применение далеко не идеально из-за нескольких недостатков, которые они имеют, таких как ограниченное затухание на низких частотах для пассивных систем или проблемы с высоким энергопотреблением и надежностью для активных систем. В [65] смоделирована и проанализирована новая стойка с двумя коллинеарными степенями свободы со встроенными электромагнитными шунтирующими амортизаторами (EMSD) и физически протестирована концепция.Комбинация компонентов с высокой индуктивностью и цепей с отрицательным сопротивлением используется в двух шунтирующих цепях для улучшения подавления микровибрации EMSD и достижения общих характеристик демпфирования стойки, которые характеризуются устранением резонансных пиков. EMSD работает без какого-либо алгоритма управления и может быть удобно интегрирован на спутник благодаря малой мощности, упрощенной электронике и небольшой массе.

EMSD демонстрируют уникальную особенность при работе с затухающей энергией вибрации, поскольку ее можно переносить и / или сохранять в виде электрической энергии.Это делает EMSD очень интересным типом демпферов для микроэлектроники и транспортных средств. Однако их широкое применение в промышленности ограничено их низкой удельной демпфирующей способностью, а также тем фактом, что рабочие характеристики сильно зависят от частоты вибрации.

3.3. Магнитные демпферы отрицательной жесткости

Элементы отрицательной жесткости были определены как уникальные механизмы для усиления акустического и вибрационного демпфирования. Примеры механизмов отрицательной жесткости включают механические системы с отрицательной жесткостью пружины и материалы с отрицательными модулями [66–69].Элементы с отрицательной жесткостью способствуют демпфированию, потому что они скорее помогают, чем сопротивляются деформации в результате внутренней накопленной энергии [70]. Изоляторы отрицательной жесткости используют уникальную и совершенно новую механическую концепцию изоляции низкочастотных вибраций. Изоляция вертикального движения обеспечивается жесткой пружиной, которая поддерживает весовую нагрузку, в сочетании со структурой отрицательной жесткости. Чистая вертикальная жесткость сделана очень низкой, не влияя на способность пружины выдерживать статические нагрузки.Уменьшение чистой вертикальной жесткости означает, что резонансная частота сильно снижается, поскольку резонансная частота пропорциональна квадратному корню жесткости.

Обычно пружина отрицательной жесткости состоит из двух стержней, шарнирно закрепленных в центре, поддерживаемых своими внешними концами на шарнирах и нагруженных сжимающими силами [69, 71–73]. Оба стержня доведены до рабочей точки почти изгиба. Положения равновесия изогнутой балки соответствуют локальному минимуму и максимуму кривой энергии деформации.Поскольку жесткость балки соответствует пространственной производной ее энергии деформации, изогнутая балка демонстрирует отрицательную жесткость в определенном интервале [74].

Постоянные магниты — простой и надежный способ получения пружин отрицательной жесткости. Используя полюсы магнитов, можно настроить рабочий диапазон, в котором жесткость становится отрицательной [75]. Обычно магниты располагаются в точке неустойчивого равновесия, обращаясь к равным полюсам: север против севера и юг против юга, как показано на Рисунке 5 (а).Таким образом, отталкивание магнита будет действовать с отрицательной жесткостью для смещений выше и ниже точки равновесия предварительной нагрузки, компенсируя положительную жесткость винтовой пружины и, таким образом, сводя к минимуму эффективную жесткость в рабочей точке (рисунок 5 (b)). За счет минимизации динамической жесткости резонансная частота ниже, и, следовательно, способность гасить вибрации на более высоких частотах увеличивается.

Основным преимуществом демпферов отрицательной жесткости является более низкая резонансная частота; поэтому он очень подходит не только для гашения низкочастотных колебаний, но и для значительного улучшения демпфирования на более высоких частотах.Используя магнитные отрицательные пружины, система может быть более надежной и долговечной, поскольку одной из основных проблем механических отрицательных пружин является усталость конструкций. Магниты не будут подвержены усталости или остаточной пластической деформации; поэтому создание отрицательных пружин за счет магнитных сил имеет смысл. Области применения магнитных демпферов отрицательной жесткости (MNSD) такие же, как и у демпферов отрицательной жесткости, изготовленных из конструктивных элементов: прецизионное производство, оптические и научные приборы, сиденья транспортных средств и вращающееся оборудование.

Среди наиболее интересных разработок мы обнаружили магнитный виброизолятор с характеристикой высокой статической-низкой динамической жесткости, разработанный в [76, 77]. Устройство было сконструировано путем объединения магнитной пружины отрицательной жесткости со спиральной пружиной изгиба для поддержки статической нагрузки. Магнитная пружина состояла из трех магнитных колец, настроенных на притяжение, и использовалась для уменьшения резонансной частоты изолятора. Экспериментальные результаты показали, что магнитная пружина отрицательной жесткости может снизить резонансную частоту более чем наполовину, а также расширить полосу частот изоляции.

Две новые конструкции демпферов отрицательной жесткости на основе магнетизма были разработаны, оптимизированы, изготовлены и испытаны в [78, 79]. Две конструкции из этих исследований могут эффективно объединять отрицательную жесткость и демпфирование вихревых токов в простую и компактную конструкцию. Проверочные эксперименты проводились посредством циклической нагрузки масштабированных прототипов на вибрационной машине. В обеих конфигурациях наблюдалась нелинейность отрицательной жесткости. Нелинейные задачи в колебательной системе сложно решить аналитически, и на ее решение было потрачено много усилий [80–82].Конструкции в [78, 79] демонстрировали закономерности упрочнения и смягчения отрицательной жесткости, соответственно, при увеличении смещения. По сравнению с существующими конструкциями систем с отрицательной жесткостью, уникальные особенности предлагаемых конструкций включают симметричное поведение с отрицательной жесткостью; интегрированная характеристика демпфирования; и компактный дизайн, который можно установить в любом направлении. Предлагаемые конструкции обладают большим потенциалом для замены полуактивных или активных демпферов в различных приложениях по подавлению или изоляции вибрации.

Для подавления вибрации роторных систем в [83] предлагается виброгаситель, сочетающий отрицательную жесткость и положительную жесткость. Во-первых, представлен механизм создания магнитной отрицательной жесткости с использованием кольцевых постоянных магнитов и проанализированы характеристики отрицательной жесткости. Затем численно исследуются принципы работы системы поглотитель-ротор и нелинейные динамические характеристики. Для проверки численных выводов проводятся эксперименты. Результаты показывают, что предложенный гаситель вибрации эффективен для подавления вибрации роторной системы, нелинейность отрицательной жесткости влияет на эффект подавления вибрации, а отрицательная жесткость может расширять эффективный частотный диапазон управления вибрацией поглотителя.

Было обнаружено, что специальное применение магнитных демпферов отрицательной жесткости позволяет изолировать низкочастотный сейсмический шум от земли в таких полях, как обнаружение гравитационных волн [84, 85]. Изолятор сверхнизких частот состоит из магнитной пружины, состоящей из пары кольцевых магнитов, параллельных обычному маятнику. Магнитная пружина может создавать магнитный момент, чтобы нейтрализовать гравитационный момент маятника и, следовательно, уменьшить резонансную частоту. В этом случае резонансная частота может быть до десяти раз ниже, что увеличивает способность демпфирования низкочастотных колебаний.

MNSD может значительно снизить резонансную частоту, сохраняя при этом ту же статическую нагрузочную способность, тем самым увеличивая способность демпфирования вибрации на более высоких частотах.

3.4. Магнитореологические демпферы на основе постоянных магнитов

Подобно пассивным гидравлическим демпферам, магнитореологические (MR) демпферы состоят из жидкости, которая перемещается между различными камерами через небольшие отверстия в поршне, преобразуя «ударную» энергию в тепло. Однако в демпфере MR в поршневой узел вводится электрическая цепь.Когда в демпфер подается электрический ток, катушка внутри поршня создает магнитное поле и мгновенно изменяет свойства жидкости MR в кольцевом отверстии поршня. Следовательно, сопротивление демпфера можно непрерывно изменять в реальном времени, модулируя электрический ток, подаваемый на демпфер. Магнитореологические демпферы обычно являются активными элементами, поскольку для создания магнитного поля им необходим ток, циркулирующий через катушки [86–90]. Это идет вразрез с преимуществами пассивных устройств, продвигаемых в этой статье, поэтому в этом разделе мы сосредоточимся только на пассивном специальном типе амортизатора MR, который представляет собой амортизаторы MR на основе постоянных магнитов (PMRD).

Электромагнитные катушки, генерирующие напряженность магнитного поля из входящего тока, активируют большинство предлагаемых или разработанных амортизаторов MR. Таким образом, для получения требуемой демпфирующей силы совершенно необходимы различные устройства, связанные с управлением, такие как усилители тока, преобразователи сигналов и процессоры сигналов. Кроме того, катушечные и проволочные модули тока усложняют конструкцию демпфера и затрудняют сборку. Чтобы повысить коммерческую осуществимость, были разработаны амортизаторы MR с автономным приводом, обеспечивающие сбор энергии за счет движения поршня.Однако они не являются убедительными бессильными вариантами. В этом смысле в PMRD демпфирующая сила настраивается постоянным магнитом вместо цепей электромагнитных катушек, обычно используемых для управления демпферами MR [91]. PMRD состоит из ферромагнитного поршня, который приводится в действие магнитным полем посредством внешнего движения постоянного магнита (Рисунок 6). Изменение демпфирующей силы PMRD реализуется за счет изменения площади намагничивания или дисперсии магнитного потока, а не за счет величины входного тока. Таким образом, входная переменная PMRD полностью отличается от обычного амортизатора MR.

Основным преимуществом PMRD является величина удельного коэффициента демпфирования, поскольку они могут достигать таких же высоких значений, как масляные вязкие демпферы, сохраняя при этом настраиваемую способность своих характеристик. По сравнению с активными амортизаторами MR меньшее энергопотребление является вторым основным преимуществом, когда PMRD был выбран для определенных приложений. Основным недостатком устройств такого типа является то, что большинству из них для работы требуется магнитореологическая жидкость, что исключает все преимущества, присущие безмасляным устройствам, например чистоту, отсутствие необходимости в обслуживании и надежность.Фактически PMRD — это гибридные устройства между масляными амортизаторами и PEDVDI. Области применения этого типа устройств — это в основном автомобильные элементы, такие как демпферы [92], сцепления [93, 94] или тормоза [95], а также протезные механические системы. Тем не менее, большинство исследований, найденных в литературе, все еще являются лабораторными прототипами, и, насколько нам известно, не существует коммерческих устройств, основанных на этой технологии.

Новый тип настраиваемого магнитореологического демпфера PMRD, основанный только на расположении постоянного магнита, встроенного в поршень, был разработан, построен и испытан в [96].Было замечено, что демпфирующая сила достигала 390 Н в зависимости от расположения поршня. Максимальный коэффициент демпфирования составляет 21428 Нс / м при расчетной массе 1 кг. Для уменьшения нелинейности положения магнита в поршне была использована измененная конструкция боковой панели. Экспериментально показано, что линейное изменение демпфирующей силы может быть получено на основе изогнутой формы боковых планок. В предыдущем исследовании этого демпфера также сообщалось, что его время отклика относительно невелико по сравнению с обычным MR демпфером, использующим электромагнитную катушку [97].Следует отметить, что демпфирующая сила может сильно уменьшиться, возможно, из-за медленного времени отклика магнита при увеличении частоты возбуждения.

Sato [98] представляет энергосберегающее намагничивающее устройство для магнитореологических жидкостей. Это устройство включает в себя постоянный магнит для намагничивания устройства вместо электромагнита, потребляющего электроэнергию. Постоянный магнит прикладывает магнитное поле к устройству через специально разработанное магнитное ярмо. Напряженность поля можно контролировать, перемещая магнит.Когда магнитное поле управляется постоянным магнитом, тяга, притягивающая магнит к ярму, обычно действует на магнит и потребляет энергию, удерживающую и перемещающую магнит.

Как уже говорилось, PMRD также ориентирован на применение в протезировании. Разработка, представленная в [99], представляет собой специальный демпферный механизм, предложенный для изготовления протеза ноги, который может переходить из включенного режима в выключенный только с помощью постоянного магнита. Проектируется конструкция механизма, и демпфирующая сила анализируется, чтобы подтвердить эффективность предлагаемой демпфирующей системы для движения пациента без устройства управления.Система может обеспечить до 1500 Нс / м, когда она «включена», в то время как коэффициент демпфирования «выключен» не превышает 55 Нс / м, демонстрируя очень высокую вариабельную способность, обеспечиваемую постоянным срабатыванием.

PRMD — это гибридные устройства, сочетающие высокую удельную демпфирующую способность масляных амортизаторов с возможностью модуляции электромагнитного демпфирования. Основным недостатком устройств этого типа является то, что для их работы требуется магнитореологическая жидкость, что исключает все преимущества, присущие безмасляным устройствам, например чистоту, необслуживаемость и надежность.

4. Заключение

Пассивные электромагнитные устройства для гашения и изоляции вибрации становятся реальной альтернативой традиционным методам механической вибрации и изоляции. Пассивные устройства спроектированы и изготовлены так, чтобы определенным образом реагировать на вибрацию без необходимости активной обратной связи и управления. Эти типы устройств обладают хорошей демпфирующей способностью, более низкой стоимостью, нулевым потреблением энергии и более высокой надежностью.

Мы представили общее описание всех типов пассивных электромагнитных устройств, применяемых для гашения и виброизоляции.Эти устройства были разделены на следующие категории: вихретоковый демпфер (ECD), электромагнитный шунтирующий демпфер (EMSD), магнитный демпфер отрицательной жесткости (MNSD) и пассивный магнитореологический демпфер (PMRD). Мы проанализировали их топологии, плюсы и минусы в областях применения, а также привели некоторые характерные значения параметров. Вся эта информация сведена в Таблицу 2 (преимущества и недостатки описаны в сравнении с другими типами PEDVDI).

90 9013 901 Тип Области применения Преимущества Недостатки ECD ECD Бесконтактное демпфирование, наилучший удельный коэффициент демпфирования, чистота, термостойкость Магнитное загрязнение и выделение тепла EMSD Микровибрация и сбор низкочастотной энергии Рассеивание переносится и сбор энергии Производительность ограничена резонансной частотой12 MNSD Прецизионное производство, оптическое и научное оборудование, сиденья транспортных средств и вращающееся оборудование Пониженная резонансная частота, усиление демпфирования на более высоких частотах и ​​простота изготовления, надежность Нет прямого увлажнения пропускная способность PMRD Автомобильные элементы, такие как амортизаторы, сцепления или тормоза Высокий удельный коэффициент демпфирования Загрязнение масла Тип ECD Коэффициент демпфирования от 1 до 35000 Нс / м; удельный коэффициент демпфирования от 1000 до 2000 Нс / м · кг Продукция, выпускаемая на рынок EMSD Коэффициент демпфирования от 1 до 10000 Нс / м; плотность сбора энергии от 0.От 1 до 10 мВт / см 3 Лабораторный демонстратор MNSD Уменьшение резонансной частоты до десяти раз Лабораторный демонстратор PMRD м; удельный коэффициент демпфирования от 10000 до 20000 Нс / м · кг Лабораторный демонстратор

Помимо самого обзора технологии, общий вводный раздел касается основных соображений и ключевых параметров конструкции что любой инженер, электрик или механик, должен знать для глубокого понимания любых характеристик PEDVDI.

Таким образом, данную статью можно также использовать как руководство по дизайну для конкретных приложений. Более того, поскольку он описывает общий дизайн для каждой технологии, его можно использовать в качестве отправной точки для новых дизайнов. Практический список ключевых соображений при проектировании электромагнитных демпферов и изоляторов приведен в разделе общих соображений по проектированию электромагнитных демпферов и изоляторов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Альбу Мартинес Перес за работу по подготовке рисунков.

Электронные книги для прессы IOS — Модели электромагнитных устройств с компьютерным полем

Предисловие

Этот специальный выпуск журнала «Исследования в области прикладной электромагнетизма и механики» (подготовленный IOS PRESS) посвящен докладам, представленным на Международном симпозиуме по электромагнитным полям в электротехнике ISEF’09, организованном совместно Лабораторией электрических систем и окружающей среды (LSEE). ), Университет Артуа, Франция, и Институт мехатроники и информационных систем, Технический университет Лодзи, Польша.Местом проведения конференции был Аррас, город, похожий на музей под открытым небом, с его интересной историей, архитектурой и наследием, включая площади в стиле фламандского барокко, здания в стиле ар-деко, готическую ратушу и колокольню, а также многое другое. памятники. Лабиринт подземных туннелей предлагает особые возможности для осмотра достопримечательностей. Место проведения было просто идеальным для конференции.

Целью симпозиумов ISEF является обсуждение последних достижений в области моделирования и моделирования, систем управления, тестирования, измерений, мониторинга, диагностики и передовой методологии программного обеспечения в применении к электрическим и электронным устройствам и мехатронным системам.ISEF — это форум прикладных математиков, компьютерных инженеров и разработчиков программного обеспечения, инженеров-электронщиков и электриков, где они могут обмениваться идеями и опытом, начиная от фундаментальных разработок теории и заканчивая практическими промышленными приложениями. Конференция пользуется популярностью среди ученых, исследователей и практикующих инженеров.

За последние 35 лет ISEF заняла видное место в электромагнитном сообществе. После первой встречи во дворце Uniejow около Лодзи в 1974 году, организованной как Национальный симпозиум по «Электродинамике трансформаторов и электрических машин», ISEF путешествовал по Европе, посетив, помимо площадок в Польше, несколько интересных мест, таких как Павия (дважды) , Саутгемптон, Салоники, Марибор, Байона и, наконец, Прага в 2007 году.

На встречу в Аррасе было представлено почти 300 докладов в виде дайджестов, и после процесса рецензирования 276 докладов были приняты для представления на конференции. Краткие доклады были опубликованы в сборнике дайджестов, а полные версии на компакт-диске, распространенном среди участников перед конференцией. Эти версии были рассмотрены председателями заседаний для возможного включения в специальный выпуск после конференции.

Программа конференции состояла из трех приглашенных докладов, 5 устных и 8 диалоговых сессий.Установленные темы конференции были хорошо представлены, но были дополнены двумя новыми областями:

• искусственный и вычислительный интеллект,

• шум и вибрация в электрических машинах.

Еще одной новинкой стала специальная сессия с докладами докторантов, работающих в области электромагнетизма. Фактически, вычислительная и прикладная электромагнетизм традиционно всегда широко представлены на ISEF теоретиками, учеными-прикладниками и инженерами, вместе предлагающими прекрасное сочетание фундаментальных методов, методов моделирования и практических решений.Мы не сомневаемся, что небольшая, но верная группа выдающихся «электромагнитников», регулярно посещающих ISEF, продолжит поддерживать будущие встречи, придавая им особый оттенок и направленность. Но также очень приятно видеть, что в качестве новых тем на конференциях активно появляются и другие области, в частности, компьютерная инженерия, методология программного обеспечения, методы САПР, искусственный интеллект и материаловедение.

Настоящий специальный выпуск «Исследования в области прикладной электромагнетизма и механики» содержит 101 статью, отобранную приглашенными редакторами в результате двухэтапного квалификационного процесса: во-первых, рекомендации председателей сессий, а во-вторых, обзоры двух независимых рецензентов. .Важное место занимают вычислительные аспекты и аспекты моделирования, хотя также решаются вопросы проектирования, измерения и производительности.

Отобранные для этого тома статьи, озаглавленные: «Компьютерные полевые модели электромагнитных устройств», сгруппированы в три главы, которые охватывают вышеуказанные темы:

Глава 1 Расширенные вычислительные методы

Глава 2 Последние разработки электромагнитных устройств

Глава 3 Специальные приложения — Вычислительная электромагнетизм

Глава 4 Расчет потерь мощности

Глава 5 Компьютерное моделирование систем изоляции

Первая глава посвящена фундаментальным и вычислительным проблемам, возникающим в электромагнетизме.Разброс тем и методов очень широк. Кроме того, в этой главе есть несколько статей, в которых показаны аналитические решения проблем электромагнитного поля. Аналитический подход в настоящее время в основном не представляет интереса для исследователей, особенно для молодого поколения, но это отношение, похоже, не поддерживается реальностью электромагнетизма. Анализ электромагнитного поля иногда требует более глубокого понимания структуры математической модели, и это можно сделать только с помощью аналитического подхода.Представленные методы включают аналитические, численные и гибридные методы. Развитие методов расчета значительно ускоряет процесс расчета, с другой стороны, вызывает соблазн решить проблемы, которые до сих пор рассматривались, упрощенно. Представленные методы подробно проиллюстрированы практическими примерами. Особый интерес представляют гибридные методы. Эти методы сочетают в себе достоинства различных доступных методов, открывая тем самым новые возможности.

Вторая глава посвящена проблемам, широко обсуждаемым на многих конференциях, а именно совершенствованию методов оптимального проектирования электромагнитных устройств.Особое внимание было уделено конструкции электрических машин. Эта глава разделена на несколько подразделов, последовательно посвященных индукционным машинам, машинам с постоянным магнитом, реактивным машинам постоянного тока и приводам. В общей главе представлено множество новых нестандартных решений, возникающих из используемых материалов, инновационных конструкций и технологий.

Третья глава содержит статьи, которые являются хорошим зеркалом конференции ISEF. Большинство этих статей посвящено некоторым приложениям электромагнитного поля, и в этих статьях особое внимание уделяется явлениям или устройствам, либо тем и другим вместе.Вычислительная техника существует как инструмент для понимания явлений, проектирования устройства или определения возможных опасностей. Кажется, очень сложно, даже невозможно найти какую-то общую идею, которая объединяла бы статьи в некоторых группах, потому что на самом деле каждая статья посвящена своей конкретной проблеме. Мы могли бы подчеркнуть, что обсуждались некоторые специфические проблемы, даже электромонтаж и молниезащита. Будущим читателям рекомендуется внимательно изучить эту главу и найти интересующую их статью.

Четвертая глава введена по просьбе участников конференции и подготовлена ​​с привлечением специалистов по расчету потерь в электрических машинах. Он решает ряд проблем, таких как эффект формы и прорези. Благодаря этому достигнуто очень хорошее соответствие расчетов и измерений. Следует отметить, что точная оценка потерь, а также понимание факторов, которые создают эти потери, позволяют улучшить конструкцию электрической машины.Энергоэффективность стала ключевой темой последних лет.

В шестой главе рассматриваются вопросы изоляции и ее ухудшения. Он охватывает проблемы изоляционных материалов, предлагаемые методы контроля повреждений изоляции и предотвращения внутренних эффектов короткого замыкания, возникающих в результате повреждения изоляции.

Как редакторы этого специального выпуска мы хотели бы выразить нашу благодарность IOS Press за предоставленную нам возможность поделиться симпозиумом ISEF с более широким сообществом и нашим многочисленным коллегам за их помощь, эффективность и ценный вклад в процесс рецензирования.В конце этих замечаний позвольте нам, редакторам книги, выразить благодарность нашим коллегам, которые внесли свой вклад в книгу, рецензируя статьи на конференции, а также в процессе публикации. Мы также выражаем нашу благодарность издателю IOS Press за их эффективное сотрудничество в формировании этого редакционного предприятия. Поскольку конференции ISEF проводятся раз в два года, мы надеемся сохранить прочные связи с IOS Press в будущем.

Эва Наперальска-Ющак, председатель организационного комитета ISEF 2009

Славомир Вяк, председатель симпозиума ISEF

Критический обзор применения электромагнитных полей для управления масштабированием в водных системах: механизмы, характеристики и работа

1.

Габриелли К., Джаухари Р., Маурин Г. и Кеддам М. Магнитная обработка воды для предотвращения образования накипи. Water Res. 35 , 3249–3259 (2001).

CAS Google ученый

2.

Чолич, М., Чиен, А. и Морс, Д. Синергетическое применение химической и электромагнитной обработки воды для предотвращения коррозии и накипи. Хорватия. Chem. Acta 71 , 905–916 (1998).

Google ученый

3.

Xu, P. et al. Критический обзор управления, обработки и полезного использования опреснительных концентратов. Environ. Англ. Sci. 30 , 502–514 (2013).

CAS Google ученый

4.

Xu, X. et al. Использование твердых веществ очистки питьевой воды для удаления арсената из опресненного концентрата. J. Colloid Interf. Sci. 445 , 252–261 (2015).

CAS Google ученый

5.

Лин, Л., Сюй, X., Папелис, С. и Сюй, П. Инновационное использование твердых веществ для очистки питьевой воды для удаления тяжелых металлов из опресненного концентрата: синергетический эффект солей и природных органических веществ. Chem. Англ. Res. Des. 120 , 231–239 (2017).

CAS Google ученый

6.

Лин, Л., Сюй, X., Папелис, К., Кат, Т. Ю. и Сюй, П. Сорбция металлов и металлоидов из концентрата обратного осмоса твердыми веществами для очистки питьевой воды. Сентябрь Purif. Technol. 134 , 37–45 (2014).

CAS Google ученый

7.

Алаби, А., Кьеза, М., Гарлиси, К. и Палмизано, Г. Достижения в области магнитной очистки воды от накипи. Environ. Науки: Water Res. Technol. 1 , 408–425 (2015).

CAS Google ученый

8.

Бейкер, Дж. С. и Джадд, С. Дж. Магнитное улучшение образования накипи. Water Res. 30 , 247–260 (1996).

CAS Google ученый

9.

Antony, A. et al. Образование накипи и контроль в системах мембранной очистки воды высокого давления: обзор. J. Membr. Sci. 383 , 1–16 (2011).

CAS Google ученый

10.

Патель, С. и Финан, М. А. Новые противообрастающие средства для борьбы с отложениями на заводах MSF и MED. Desalination 124 , 63–74 (1999).

CAS Google ученый

11.

Piyadasa, C. et al. Применение электромагнитных полей для контроля образования накипи и биообрастания мембран обратного осмоса — обзор. Опреснение 418 , 19–34 (2017).

CAS Google ученый

12.

Колик, М. и Морс, Д.Действие амплитуды радиочастотного электромагнитного излучения на водные суспензии и растворы. J. Colloid Interf. Sci. 200 , 265–272 (1998).

CAS Google ученый

13.

Амджад, З. Подавление образования накипи при опреснении: обзор. Коррозия, NACE 96–230 (1996).

14.

Plummer, LN & Busenberg, E. Растворимость кальцита, арагонита и ватерита в растворах CO ₂ -H ₂ O при температуре от 0 до 90 ° C и оценка водной модели системы CaCO ₃ -CO ₂ -H ₂ O. Геохим. Космохим. Acta 46 , 1011–1040 (1982).

CAS Google ученый

15.

де Лиу, Н. Х. и Паркер, С. С. Структура поверхности и морфология полиморфов карбоната кальция кальцита, арагонита и ватерита: атомистический подход. J. Phys. Chem. B 102 , 2914–2922 (1998).

Google ученый

16.

Xing, X., Ма, С. и Чен, Ю. Исследование технологии электромагнитной защиты от обрастания для предотвращения образования накипи. Chem. Англ. Technol. 28 , 1540–1545 (2005).

CAS Google ученый

17.

Кобе, С., Дражич, Г., МакГиннес, П. Дж. И Стражишар, Дж. Влияние магнитного поля на кристаллизационную форму карбоната кальция и испытание устройства для магнитной обработки воды. J. Magn. Magn.Матер. 236 , 71–76 (2001).

CAS Google ученый

18.

Knez, S. & Pohar, C. Влияние магнитного поля на полиморфный состав CaCO ₃ , осажденного из карбонизированных водных растворов. J. Colloid Interf. Sci. 281 , 377–388 (2005).

CAS Google ученый

19.

Coey, J. & Cass, S.Магнитная очистка воды. J. Magn. Magn. Матер. 209 , 71–74 (2000).

CAS Google ученый

20.

Hater, W. et al. Накипь кремнезема на мембранах обратного осмоса — исследование и новые методы испытаний. Десалин. Водное лечение. 31 , 326–330 (2011).

CAS Google ученый

21.

Bremere, I. et al. Предотвращение образования накипи кремнезема в мембранных системах: удаление мономерного и полимерного кремнезема. Desalination 132 , 89–100 (2000).

CAS Google ученый

22.

Демопулос, Г. Водное осаждение и кристаллизация для производства твердых частиц с заданными свойствами. Гидрометаллургия 96 , 199–214 (2009).

CAS Google ученый

23.

Чен, Т., Невилл, А. и Юань, М. Образование отложений карбоната кальция — оценка начальных стадий осаждения и отложения. J. Petrol. Sci. Англ. 46 , 185–194 (2005).

CAS Google ученый

24.

Mullin, J. Butterworth Heinemann (Лондон, Великобритания, Оксфорд, 2001).

25.

Янгвист, Г. Р. и Рэндольф, А. Д. Вторичная нуклеация в системе класса II: сульфат аммония-вода. AIChE J. 18 , 421–429 (1972).

CAS Google ученый

26.

Lee, S. & Lee, C.-H. Влияние условий эксплуатации на механизм образования накипи CaSO ₄ при нанофильтрации для умягчения воды. Water Res. 34 , 3854–3866 (2000).

CAS Google ученый

27.

Lee, S., Kim, J. & Lee, C.-H. Анализ механизма образования накипи CaSO ₄ в различных модулях нанофильтрации. J. Membr. Sci. 163 , 63–74 (1999).

CAS Google ученый

28.

Авлонитис, С., Курумбас, К. и Влачакис, Н. Энергопотребление и стоимость замены мембран для установок обратного опреснения морской воды. Опреснение 157 , 151–158 (2003).

CAS Google ученый

29.

Broekman, S., Pohlmann, O., Beardwood, E. & de Meulenaer, E.C. Ультразвуковая обработка для микробиологического контроля водных систем. Ультрасон. Sonochem. 17 , 1041–1048 (2010).

CAS Google ученый

30.

Coetzee, P., Yacoby, M., Howell, S. & Mubenga, S. Эффекты уменьшения накипи и модификации накипи, вызванные Zn и другими видами металлов при физической очистке воды. Water SA 24 , 77–84 (1998).

CAS Google ученый

31.

Tijing, L.D. et al. Снижение образования накипи в теплообменниках путем физической обработки воды с использованием цинка и турмалина. заявл. Therm. Англ. 31 , 2025–2031 (2011).

CAS Google ученый

32.

Hou, D., Zhang, L., Fan, H., Wang, J. & Huang, H. Контроль за загрязнением кремнеземом во время процесса мембранной дистилляции с помощью ультразвукового облучения. Опреснение 386 , 48–57 (2016).

CAS Google ученый

33.

Липус, Л. К., Ачко, Б. и Хамлер, А. Электромагниты для обработки воды с большим потоком. Chem. Англ. Процесс. 50 , 952–958 (2011).

CAS Google ученый

34.

Валле, П., Лафаит, Дж., Ментре, П., Моно, М.-О. И Томас, Ю. Воздействие импульсных низкочастотных электромагнитных полей на воду с использованием фотолюминесцентной спектроскопии: роль границы раздела пузырь / вода. J. Chem. Phys. 122 , 114513 (2005).

Google ученый

35.

Koza, J. A. et al. Выделение водорода под действием магнитного поля. Электрохим. Acta 56 , 2665–2675 (2011).

CAS Google ученый

36.

Портер, А. Ф. Предотвращение образования корки на паровых котлах. Патент США 50,774 (1865).

37.

A. Faunce, S. C. Электрические средства предотвращения образования корки в котлах.Патент США 438,579 (1890).

38.

Хэй А.Т. Электрозащита котлов. Патент США 140,196 (1873 г.).

39.

Салман М., Сафар М. и Аль-Нувайбит Г. Влияние магнитной обработки на замедление образования накипи. TOJSAT 5 , 62–67 (2015).

40.

Амбашта Р. Д. и Силланпаа М. Очистка воды с помощью магнитной помощи: обзор. J. Hazard. Матер. 180 , 38–49 (2010).

CAS Google ученый

41.

Бейкер, Дж. С., Джадд, С. Дж. И Парсонс, С. А. Предварительная магнитная обработка против накипи питательной воды обратного осмоса. Desalination 110 , 151–165 (1997).

CAS Google ученый

42.

Липус, Л. К. и Доберсек, Д. Влияние магнитного поля на осаждение арагонита. Chem. Англ. Sci. 62 , 2089–2095 (2007).

CAS Google ученый

43.

Чо, Ю. И., Лейн, Дж. И Ким, В. Импульсная обработка воды для физической очистки воды. Внутр. Commun. Нагревать. Масса 32 , 861–871 (2005).

CAS Google ученый

44.

Алими Ф., Тлили М. М., Амор М. Б., Маурин Г. и Габриелли С. Влияние магнитной обработки воды на осаждение карбоната кальция: влияние материала трубы. Chem. Англ. Процесс. 48 , 1327–1332 (2009).

CAS Google ученый

45.

Стуйвен, Б., Ванбуцеле, Г., Нуйенс, Дж., Вермант, Дж. И Мартенс, Дж. А. Фрагментация естественных взвешенных частиц в устройстве для предотвращения образования магнитных отложений. Chem. Англ. Sci. 64 , 1904–1906 (2009).

CAS Google ученый

46.

Алими, Ф., Тлили, М., Бен Амор, М., Габриэлли, С. и Маурин, Г. Влияние магнитного поля на осаждение карбоната кальция. Опреснение 206 , 163–168 (2007).

CAS Google ученый

47.

Кней, А. Д. и Парсонс, С. А. Исследование магнитной обработки воды на основе спектрофотометра: оценка ионных и поверхностных механизмов. Water Res. 40 , 517–524 (2006).

CAS Google ученый

48.

Сабан К. В., Джини Т. и Варгезе Г. Влияние магнитного поля на зарождение и морфологию кристаллов карбоната кальция. Cryst. Res. Technol. 40 , 748–751 (2005).

CAS Google ученый

49.

Цзянго, В., Ян, Ф., Сюэмен, З. и Сяомэй, Л. Влияние переменного электромагнитного поля на процесс образования отложений карбоната кальция. ICCE , Мельбурн , Австралия, Спрингер, Берлин, Гейдельберг (2011).

50.

Салман М. А., Аль-Нувайбит Г., Сафар М. и Аль-Месри А. Эффективность метода физической обработки и различных коммерческих антискалантов для контроля отложений накипи на опреснительной установке. Опреснение 369 , 18–25 (2015).

CAS Google ученый

51.

Пелекани, К., Остарцевич, Э., Дрикас, М., Патрик, С. и Кук, Д. Опреснение с помощью обратного осмоса: оценка нового электромагнитного поля для контроля отложений. IDA World Congress , Singapore, Membrane Res. Environ. (2005).

52.

Карнахан Р. П., Баргер М. и Гиу С. Влияние магнитных полей на разделение обратным осмосом: лабораторное исследование (Мусульманский университет Алигра, 2005).

53.

Li, J., Liu, J., Yang, T. и Xiao, C. Количественное исследование влияния электромагнитного поля на осаждение накипи на нанофильтрационных мембранах с помощью UTDR. Water Res. 41 , 4595–4610 (2007).

CAS Google ученый

54.

Грыта, М. Влияние магнитной обработки воды на образование накипи CaCO3 в процессе мембранной дистилляции. Сентябрь Purif. Technol. 80 , 293–299 (2011).

CAS Google ученый

55.

Sun, J. et al. Характеристики и механизмы уменьшения загрязнения ультрафильтрационной мембраны за счет сочетания коагуляции и приложенного электрического поля в новом реакторе с электрокоагуляционной мембраной. Environ. Sci. Technol. 51 , 8544–8551 (2017).

CAS Google ученый

56.

Палмер, Н. Т., Ле, Х., Харрингтон, П. и Фурукава, Д. Система защиты от накипи ЭМП для опреснения сточных вод из Квинслендского никеля. В IDA World Congress , Singapore (2005).

57.

Корбетт, Б. Э. Оценка устройств для предотвращения образования накипи обратного осмоса при высоком извлечении 1–35 (отчет Министерства внутренних дел США, 2003 г.).

58.

Пеллегрино, Дж. Моделирование потока концентрата, электромагнитное влияние на кристаллизацию и анализ разрушения мембран PP MF. US Dep. Интер. Бур. Reclam. (2014).

59.

Буш К., Буш М., МакЭти Дж., Дарлинг Р. и Паркер Д. Оценка принципов магнитной обработки воды 960 (Публикация Американского института нефти, 1985).

60.

Буш, К. В., Буш, М., Паркер, Д., Дарлинг, Р.И МакЭти, Дж. Мл. Исследования устройства для очистки воды, в котором используются магнитные поля. Коррозия 42 , 211–221 (1986).

CAS Google ученый

61.

Белова В.В. Магнитная обработка воды. Патент США (1972 г.).

62.

Сребреник, С., Надив, С. и Лин, И. Магнитная обработка воды — теоретическая квантовая модель. Phys. Сен. Англ. 5 , 71–91 (1993).

CAS Google ученый

63.

Гамаюнов, Н. Коагуляция суспензий после магнитной обработки. J. Appl. Chem. СССР 56 , 975–982 (1983).

Google ученый

64.

Колик, М. и Морс, Д. Неуловимый механизм магнитной «памяти» воды. Colloid Surf. А 154 , 167–174 (1999).

CAS Google ученый

65.

Мадсен, Х.Э. Л. Кристаллизация карбоната кальция в магнитном поле в обычной и тяжелой воде. J. Cryst. Рост 267 , 251–255 (2004).

Google ученый

66.

Мэдсен, Х. Л. Влияние магнитного поля на осаждение некоторых неорганических солей. J. Cryst. Рост 152 , 94–100 (1995).

Google ученый

67.

Feng-Feng, L., Ли-Цян, З., Ян-Ан, Г., Ган-Цзуо, Л., Чжэнь-Хэ, Т. Влияние галогенида натрия на динамическое поверхностное натяжение катионного поверхностно-активного вещества. Подбородок. J. Chem. 23 , 957–962 (2005).

Google ученый

68.

Бургос-Кара, А., Путнис, К. В., Родригес-Наварро, К. и Руис-Агудо, Э. Влияние гидратации на растворение гипса, выявленное с помощью наблюдений с помощью наноразмерной атомно-силовой микроскопии in situ. Геохим. Космохим.Acta 179 , 110–122 (2016).

CAS Google ученый

69.

Cho, Y. I. & Lee, S.-H. Снижение поверхностного натяжения воды за счет физической обработки воды для контроля загрязнения в теплообменниках. Внутр. Commun. Нагревать. Масса 32 , 1–9 (2005).

CAS Google ученый

70.

Pang, X.-F., Deng, B. & Tang, B.Влияние магнитного поля на макроскопические свойства воды. Мод. Phys. Lett. В 26 , 1250069 (2012).

Google ученый

71.

Панг, X. & Deng, B. Исследование изменений свойств воды под действием магнитного поля. Sci. Подбородок. Сер. G 51 , 1621–1632 (2008).

CAS Google ученый

72.

Лоуэр, С. К. Твердые вещества, контактирующие с природными водами 4–18 (Университет Саймона Фрейзера, 1997).

73.

Волд Р. Д. и Волд М. Дж. Коллоидная и интерфейсная химия (Аддисон-Уэсли, 1983).

74.

Чанг, К.-Т. И Weng, C.-I. Влияние внешнего магнитного поля на структуру жидкой воды с помощью молекулярно-динамического моделирования. J. Appl. Phys. 100 , 043917 (2006).

Google ученый

75.

Хосода Х., Мори Х., Согоши Н., Нагасава А. и Накабаяши С. Показатели преломления воды и водных растворов электролитов в сильных магнитных полях. J. Phys. Chem. А 108 , 1461–1464 (2004).

CAS Google ученый

76.

Амири М. и Дадхах А. А. О снижении поверхностного натяжения воды за счет магнитной обработки. Colloid Surf. А 278 , 252–255 (2006).

CAS Google ученый

77.

Busch, K. W., Gopalakrishnan, S., Busch, M. A. & Tombácz, E. Магнитогидродинамическая агрегация холестерина и суспензий латекса полистирола. J. Colloid Interf. Sci. 183 , 528–538 (1996).

CAS Google ученый

78.

Rouina, M., Kariminia, H.-R., Mousavi, S. A. & Shahryari, E. Влияние электромагнитного поля на загрязнение мембраны в процессе обратного осмоса. Опреснение 395 , 41–45 (2016).

CAS Google ученый

79.

Stuyven, B. et al. Дисперсия наночастиц с помощью магнитного поля. Chem. Commun. (Camb.) , 2009 , 47–49 (2009).

80.

Zhang, Z., Greenberg, A., Krantz, W. & Chai, G. Изучение загрязнения и очистки мембран в модулях со спиральной намоткой с использованием ультразвуковой рефлектометрии во временной области. Membr.Sci. Technol. 8 , 65–88 (2003).

CAS Google ученый

81.

Li, J. & Sanderson, R. Измерение осаждения частиц на месте и их удаления при микрофильтрации с помощью ультразвуковой рефлектометрии во временной области. Опреснение 146 , 169–175 (2002).

CAS Google ученый

82.

Майрал А. П., Гринберг А.Р. и Кранц, В. Б. Исследование загрязнения и очистки мембраны с помощью ультразвуковой рефлектометрии во временной области. Опреснение 130 , 45–60 (2000).

CAS Google ученый

83.

Майрал, А. П., Гринберг, А. Р., Кранц, В. Б. и Бонд, Л. Дж. Измерение в реальном времени неорганического загрязнения мембран для опреснения обратного осмоса с использованием ультразвуковой рефлектометрии во временной области. J. Membr. Sci. 159 , 185–196 (1999).

CAS Google ученый

84.

Li, J., Koen, L., Hallbauer, D., Lorenzen, L. & Sanderson, R. Интерпретация осаждения сульфата кальция на мембранах обратного осмоса с использованием ультразвуковых измерений и упрощенной модели. Опреснение 186 , 227–241 (2005).

CAS Google ученый

85.

Li, J., Hallbauer, D. & Sanderson, R.Прямой мониторинг загрязнения мембраны и очистки во время ультрафильтрации с помощью неинвазивной ультразвуковой техники. J. Membr. Sci. 215 , 33–52 (2003).

CAS Google ученый

86.

Чен, Дж. К., Ли, Q. и Элимелех, М. Методы мониторинга на месте поляризации концентрации и явления загрязнения при мембранной фильтрации. Adv. Коллоид Интерф. Sci. 107 , 83–108 (2004).

CAS Google ученый

87.

Uchymiak, M., Rahardianto, A., Lyster, E., Glater, J. & Cohen, Y. Новый RO детектор наблюдения в масштабе ex situ (EXSOD) для определения характеристик минеральных отложений и раннего обнаружения. J. Membr. Sci. 291 , 86–95 (2007).

CAS Google ученый

88.

Хикенботтом, К. Л. и Кэт, Т. Ю. Устойчивое функционирование мембранной дистилляции для увеличения извлечения минералов из гиперсоленых растворов. J. Membr. Sci. 454 , 426–435 (2014).

CAS Google ученый

89.

Uchymiak, M., Lyster, E., Glater, J. & Cohen, Y. Кинетика роста кристаллов гипса на мембране обратного осмоса. J. Membr. Sci. 314 , 163–172 (2008).

CAS Google ученый

90.

Uchymiak, M. et al. Операция обратного осмоса для солоноватой воды (BWRO) в режиме реверсирования питающего потока с использованием детектора наблюдения за масштабами ex situ (EXSOD). J. Membr. Sci. 341 , 60–66 (2009).

CAS Google ученый

91.

Gong, J. & Wu, N. Покрытие наночастиц с помощью электрического поля для наноструктур управления фотонами (ACS, Вашингтон, округ Колумбия, 2015)

92.

Antony, A., Chilcott, Т., Костер, Х. и Лесли, Г. Структурная и функциональная характеристика мембран обратного осмоса in situ с использованием спектроскопии электрического импеданса. J. Membr. Sci. 425–426 , 89–97 (2013).

Google ученый

93.

Gao, Y. et al. Определение характеристик мембран прямого осмоса методом электрохимической импедансной спектроскопии. Опреснение 312 , 45–51 (2013).

CAS Google ученый

94.

Сим, Л. Н., Ван, З. Дж., Гу, Дж., Костер, Х. Г. Л. и Фейн, А. Г.Обнаружение загрязнения мембраны обратного осмоса диоксидом кремния, бычьим сывороточным альбумином и их смесью с помощью спектроскопии электрического импеданса in-situ. J. Membr. Sci. 443 , 45–53 (2013).

CAS Google ученый

95.

Кавана, Дж. М., Хусейн, С., Чилкотт, Т. К. и Костер, Х. Г. Л. Загрязнение мембран обратного осмоса с использованием спектроскопии электрического импеданса: измерения и моделирование. Опреснение 236 , 187–193 (2009).

CAS Google ученый

96.

Сим, Л. Н., Гу, Дж., Костер, Х. Г. Л. и Фейн, А. Г. Количественное определение электрических свойств мембран обратного осмоса во время процессов загрязнения и очистки с использованием электроимпедансной спектроскопии. Опреснение 379 , 126–136 (2016).

CAS Google ученый

97.

Ли, Х., Яо, К., Лю, Х.& Лю, З. Исследование поведения захвата магнитных источников различной формы в высокоградиентном магнитном поле. J. Magn. Magn. Матер. 311 , 481–488 (2007).

Google ученый

98.

Бритчер, К. П. и Гофрани, М. Магнитная подвесная система с большим угловым диапазоном. Rev. Sci. Instrum. 64 , 1910–1917 (1993).

Google ученый

99.

Хухлер Л. А., Мар П. Э. и Лоуренсвилль Н. Дж. Системы нехимической очистки воды: история, принципы и обзор литературы. Внутр. Water Conf., Pittsburgh , 02–45 (2002).

100.

Tai, C.Y., Wu, C.-K. И Чанг, М.-К. Влияние магнитного поля на кристаллизацию CaCO3 с использованием постоянных магнитов. Chem. Англ. Sci. 63 , 5606–5612 (2008).

CAS Google ученый

101.

Kobe, S. et al. Управление нанокристаллизацией в турбулентном потоке в присутствии магнитных полей. Mater. Sci. Англ. 23 , 811–815 (2003).

Google ученый

102.

Piyadasa, C. et al. Влияние электромагнитных полей от двух имеющихся в продаже устройств для очистки воды на осаждение карбоната кальция. Environ. Sci. 3 , 566–572 (2017).

CAS Google ученый

103.

Stojiljković, D. T. et al. Влияние электромагнитного поля переменной частоты на образование отложений в установках с геотермальной водой на курорте Сияриньска (Сербия). Therm. Sci. 15 , 643–648 (2011).

Google ученый

104.

Фати А., Мохамед Т., Клод Г., Маурин Г. и Мохамед Б. А. Влияние магнитной обработки воды на гомогенное и гетерогенное осаждение карбоната кальция. Water Res. 40 , 1941–1950 (2006).

CAS Google ученый

105.

Риццути А. и Леонелли С. Кристаллизация частиц арагонита из раствора под воздействием микроволнового излучения. Порошок Технол. 186 , 255–262 (2008).

CAS Google ученый

106.

Джанк, Г. А., Свец, Х. Дж., Вик, Р. Д. и Эйвери, М.J. Загрязнение воды синтетическими полимерными трубками. Environ. Sci. Technol. 8 , 1100–1106 (1974).

CAS Google ученый

107.

Паркер, Л. В. и Рэнни, Т. А. Отбор проб органических растворенных веществ в следовых количествах с помощью полимерных трубок: I. Статические исследования. Groundw. Монит. Ремедиат. 17 , 115–124 (1997).

CAS Google ученый

108.

Шоклинг, М., Аллен, Дж. И Смитс, А. Эффекты шероховатости в турбулентном потоке в трубе. J. Fluid Mech. 564 , 267–285 (2006).

Google ученый

109.

Флэк, К. А., Шульц, М. П. и Шапиро, Т. А. Экспериментальное подтверждение гипотезы Таунсенда о подобии чисел Рейнольдса на шероховатых стенах. Phys. Жидкости 17 , 035102 (2005).

Google ученый

110.

Шахряри А. и Пакшир М. Влияние модулированного электромагнитного поля на загрязнение в двухтрубном теплообменнике. J. Mater. Процессы. Technol. 203 , 389–395 (2008).

CAS Google ученый

111.

Landau, L. D. et al. Электродинамика сплошных сред (Elsevier, 2013).

112.

Jiang, W. et al. Пилотное исследование электромагнитного поля для контроля загрязнения мембраны обратного осмоса и образования накипи во время опреснения солоноватых грунтовых вод. Вода 11 , 1015 (2019).

CAS Google ученый

113.

Скатула А., Баланда М. и Копеч М. Магнитная обработка промышленной воды. Активация кремнезема. евро. Phys. J. Appl. Phys. 18 , 41–49 (2002).

CAS Google ученый

114.

Парсонс, С., Джадд, С., Стефенсон, Т., Удол, С. и Ван, Б.Магнитно-усиленная очистка воды. Process Saf. Environ. 75 , 98–104 (1997).

CAS Google ученый

115.

Хигаситани К. и Оситани Дж. Магнитные эффекты на толщину адсорбированного слоя в водных растворах оцениваются непосредственно с помощью атомно-силового микроскопа. J. Colloid Interf. Sci. 204 , 363–368 (1998).

CAS Google ученый

116.

Хигаситани К., Оситани Дж. И Омура Н. Действие магнитного поля на воду исследуется с помощью флуоресцентных зондов. Colloids Surf. А 109 , 167–173 (1996).

CAS Google ученый

117.

Chibowski, E., Holysz, L. & Szczes, A. Адгезия осажденного карбоната кальция in situ в присутствии и отсутствии магнитного поля в спокойных условиях на различных твердых поверхностях. Water Res. 37 , 4685–4692 (2003).

CAS Google ученый

118.

Микале Г., Чиполлина А. и Риццути Л. Опреснение морской воды (Springer, 2009).

119.

Гринли, Л. Ф., Лоулер, Д. Ф., Фриман, Б. Д., Маррот, Б. и Мулен, П. Опреснение с помощью обратного осмоса: источники воды, технология и современные проблемы. Water Res. 43 , 2317–2348 (2009).

CAS Google ученый

120.

Hasson, D., Shemer, H. & Sher, A. Современное состояние дружественных ингибиторов «зеленого» контроля накипи: обзорная статья. Ind. Eng. Chem. Res. 50 , 7601–7607 (2011).

CAS Google ученый

121.

Уильямс, М. Е. Краткий обзор мембранной технологии обратного осмоса (EET Corporation и Williams Engineering Services Company Inc., 2003).

122.

Крэбтри, М.и другие. Боевая чешуя — снятие и профилактика. Oilfield Rev. 11 , 30–45 (1999).

CAS Google ученый

123.

Малки М. Пример из практики: Оптимизация затрат на ингибирование образования накипи в опреснительных установках с обратным осмосом 1–8 (American Water Chemicals, Inc., 2009).

124.

Ведавясан К. Потенциальное использование магнитных полей — перспектива. Опреснение 134 , 105–108 (2001).

CAS Google ученый

125.

Technology, О. О. П. П. А. Г. Оценка технологий нехимической обработки для градирен на отдельных предприятиях Калифорнии 1–57 (Департамент контроля токсичных веществ Калифорнии, 2009).

126.

Китцман, К. А., Мазиарц, Э. Ф., Паджетт, Б., Блюменшейн, К. Д. и Смит, А. Химическая и нехимическая обработка охлаждающей воды — параллельное сравнение. IWC 3 , 22 (2003).

Google ученый

127.

Xing, X.-k, Ma, C.-f, Chen, Y.-c, Wu, Z.-h & Wang, X.-r Электромагнитная противообрастающая технология для предотвращения образования накипи. J. Cent. South Univ. Technol. 13 , 68–74 (2006).

CAS Google ученый

128.

Сюэфэй, М., Лань, X., Цзяпэн, К., Цзыкан, Ю. и Вэй, Х.Экспериментальное исследование осаждения карбоната кальция с использованием обработки электромагнитным полем. Water Sci. Technol. 67 , 2784–2790 (2013).

Google ученый

129.

Zhao, J.-D., Liu, Z.-A. И Чжао, Э.-Дж. Комбинированное влияние постоянного электростатического поля высокого напряжения и импульсного электромагнитного поля переменной частоты на морфологию отложений карбоната кальция в системах оборотной охлаждающей воды. Water Sci.Technol. 70 , 1074–1082 (2014).

CAS Google ученый

130.

Аль Хелал А., Сомс А., Губнер Р., Иглауэр С. и Барифкани А. Влияние магнитных полей на образование отложений карбоната кальция в водных растворах при 150 ° C и давлении 1 бар. J. Colloid Interf. Sci. 509 , 472–484 (2018).

CAS Google ученый

131.

Xu, Z., Chang, H., Wang, B., Wang, J. & Zhao, Q. Характеристики загрязнения карбонатом кальция на теплопередающих поверхностях под действием электрических полей. J. Mech. Sci. Technol. 32 , 3445–3451 (2018).

Google ученый

132.

Cefalas, A.C. et al. Нанокристаллизация CaCO ₃ на границах твердое тело / жидкость в магнитном поле: квантовый подход. заявл. Серфинг. Sci. 254 , 6715–6724 (2008).

CAS Google ученый

133.

Бенсон Р. Ф., Любоско Р. и Мартин Д. Ф. Магнитная обработка твердых карбонатов, сульфатов и фосфатов кальция. J. Environ. Sci. Здравоохранение 35 , 1527–1540 (2000).

Google ученый

134.

Саксоно, Н., Юлиусман, Ю., Бисмо, С., Соемантойо, Р. и Манаф, А. Влияние pH на осаждение карбоната кальция в магнитном поле. Makara J. Technol. 13 , 79–85 (2010).

Google ученый

135.

Салман М. и Аль-Нувайбит Дж. Магнитный метод защиты от накипи как метод предотвращения образования отложений карбоната кальция. ТОЖСАТ 7 , (2017).

136.

Han, Y. et al. Влияние переменного электромагнитного поля и ультразвука на эффект накипи CaCO ₃ ЭДТМПС. Дж.Тайваньский институт Chem. Англ. 99 , 104–112 (2019).

CAS Google ученый

137.

Han, Y. et al. Влияние переменного электромагнитного поля и ультразвука на кристаллизацию карбоната кальция в присутствии ионов магния. J. Cryst. Рост 499 , 67–76 (2018).

CAS Google ученый

138.

Каркуш, М.О., Ахмед М. Д. и Аль-Ани С. М. Влияние магнитных полей на свойства воды, обработанной методом обратного осмоса. Препринт (2019).

Как работают электромагниты | HowStuffWorks

Как мы упоминали во введении, основные электромагниты не так уж и сложны; вы можете построить простой самостоятельно, используя материалы, которые, вероятно, валяются у вас дома. На металлический стержень наматывается токопроводящий провод, обычно изолированный медным. Провод нагревается на ощупь, поэтому важна изоляция.Стержень, на который наматывается провод, называется соленоидом , и возникающее магнитное поле излучается вдали от этой точки. Сила магнита напрямую зависит от количества витков проволоки вокруг стержня. Для более сильного магнитного поля провод следует наматывать плотнее.

Хорошо, это еще не все. Чем плотнее проволока наматывается на стержень или сердечник, тем больше витков делает ток вокруг него, увеличивая силу магнитного поля.В дополнение к тому, насколько плотно намотан провод, материал, используемый для сердечника, также может контролировать силу магнита. Например, железо представляет собой ферромагнитный металл типа , что означает, что он обладает высокой проницаемостью [источник: Бостонский университет]. Проницаемость — это еще один способ описания того, насколько хорошо материал может выдерживать магнитное поле. Чем более проводящим является определенный материал для магнитного поля, тем выше его проницаемость.

Вся материя, включая железный стержень электромагнита, состоит из атомов.Перед тем, как соленоид наэлектризован, атомы в металлическом ядре располагаются случайным образом, не указывая в каком-либо конкретном направлении. Когда вводится ток, магнитное поле проникает в стержень и выравнивает атомы. Когда эти атомы движутся в одном направлении, магнитное поле растет. Выравнивание атомов, небольшие области намагниченных атомов, называемые доменами , увеличиваются и уменьшаются в зависимости от уровня тока, поэтому, управляя потоком электричества, вы можете контролировать силу магнита.Наступает точка насыщения, когда все домены выровнены, а это означает, что добавление дополнительного тока не приведет к увеличению магнетизма.

Управляя током, вы можете включать и выключать магнит. Когда ток отключается, атомы возвращаются в свое естественное, случайное состояние, и стержень теряет свой магнетизм (технически он сохраняет некоторые магнитные свойства, но не очень и ненадолго).

В обычных постоянных магнитах, таких как те, которые держат изображение семейной собаки у холодильника, атомы всегда выровнены, а сила магнита постоянна.Знаете ли вы, что вы можете уменьшить прилипающую силу постоянного магнита, уронив его? Удар может привести к тому, что атомы выйдут из строя. Их можно снова намагнитить, потерев их магнитом.

Электроэнергия для питания электромагнита должна откуда-то поступать, верно? В следующем разделе мы рассмотрим некоторые способы, которыми эти магниты получают сок.

Электромагнитные поля и рак — Национальный институт рака

Международное агентство по изучению рака. Неионизирующее излучение, Часть 2: Радиочастотные электромагнитные поля. Лион, Франция: МАИР; 2013. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, Том 102.

Альбом А., Грин А., Хейфец Л. и др. Эпидемиология воздействия радиочастотного излучения на здоровье. Перспективы гигиены окружающей среды 2004; 112 (17): 1741–1754.

[Аннотация PubMed]

Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения.Рекомендации по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических и магнитных полей (от 1 Гц до 100 кГц). Health Physics 2010; 99 (6): 818-36. DOI: 10.1097 / HP.0b013e3181f06c86.

Schüz J, Mann S. Обсуждение показателей потенциального воздействия для использования в эпидемиологических исследованиях воздействия радиоволн от базовых станций мобильных телефонов на человека. Журнал анализа воздействия и эпидемиологии окружающей среды 2000; 10 (6 Пт 1): 600-5.

[Аннотация PubMed]

Виль Дж. Ф., Клерк С., Баррера С. и др. Воздействие радиочастотных полей базовых станций мобильных телефонов и радиопередатчиков в жилых помещениях: обследование населения с использованием персонального счетчика. Медицина труда и окружающей среды 2009; 66 (8): 550-6.

[Аннотация PubMed]

Фостер KR, Moulder JE. Wi-Fi и здоровье: обзор текущего состояния исследований. Health Physics 2013; 105 (6): 561-75.

[Аннотация PubMed]

АГНИР. 2012. Воздействие радиочастотных электромагнитных полей на здоровье. Отчет Независимой консультативной группы по неионизирующему излучению. В документах Агентства по охране здоровья R, химические и экологические опасности. RCE 20, Агентство по охране здоровья, Великобритания (ред.).

Фостер К.Р., Телль РА.Воздействие радиочастотной энергии от интеллектуального счетчика Trilliant. Health Physics 2013; 105 (2): 177-86.

[Аннотация PubMed]

Lagroye I, Percherancier Y, Juutilainen J, De Gannes FP, Veyret B. ELF магнитные поля: исследования на животных, механизмы действия. Прогресс в биофизике и молекулярной биологии 2011; 107 (3): 369-373.

[Аннотация PubMed]

Бурман Г.А., Маккормик Д.Л., Финдли Дж.С. и др.Оценка хронической токсичности / онкогенности магнитных полей 60 Гц (промышленной частоты) у крыс F344 / N. Токсикологическая патология 1999; 27 (3): 267-78.

[Аннотация PubMed]

Маккормик Д.Л., Бурман Г.А., Финдли Дж.С. и др. Оценка хронической токсичности / онкогенности магнитных полей 60 Гц (промышленной частоты) у мышей B6C3F1. Токсикологическая патология 1999; 2 7 (3): 279-85.

[Аннотация PubMed]

Всемирная организация здравоохранения, Международное агентство по изучению рака.Неионизирующее излучение, Часть 1: Статические и крайне низкочастотные (СНЧ) электрические и магнитные поля. Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для людей 2002; 80: 1-395.

Ahlbom IC, Cardis E, Green A, et al. Обзор эпидемиологической литературы по ЭМП и здоровью. Перспективы гигиены окружающей среды 2001; 109 Приложение 6: 911-933.

[Аннотация PubMed]

Schüz J.Воздействие чрезвычайно низкочастотных магнитных полей и риск рака у детей: обновление эпидемиологических данных. Прогресс в биофизике и молекулярной биологии 2011; 107 (3): 339-342.

[Аннотация PubMed]

Вертхаймер Н., Липер Э. Конфигурации электропроводки и детский рак. Американский журнал эпидемиологии 1979; 109 (3): 273-284.

[Аннотация PubMed]

Кляйнерман Р.А., Кауне В.Т., Хэтч Е.Е. и др.Подвержены ли дети, живущие вблизи высоковольтных линий электропередач, повышенному риску острого лимфобластного лейкоза? Американский журнал эпидемиологии 2000; 151 (5): 512-515.

[Аннотация PubMed]

Кролл М.Э., Суонсон Дж., Винсент Т.Дж., Дрейпер Дж. Детский рак и магнитные поля от высоковольтных линий электропередач в Англии и Уэльсе: исследование случай – контроль. Британский журнал рака 2010; 103 (7): 1122-1127.

[Аннотация PubMed]

Wünsch-Filho V, Pelissari DM, Barbieri FE, et al.Воздействие магнитных полей и острый лимфолейкоз у детей в Сан-Паулу, Бразилия. Эпидемиология рака 2011; 35 (6): 534-539.

[Аннотация PubMed]

Sermage-Faure C, Demoury C, Rudant J, et al. Детский лейкоз вблизи высоковольтных линий электропередачи — исследование Geocap, 2002-2007 гг. Британский журнал рака 2013; 108 (9): 1899-1906.

[Аннотация PubMed]

Кабуто М., Нитта Х., Ямамото С. и др.Детский лейкоз и магнитные поля в Японии: исследование случай-контроль детской лейкемии и магнитных полей промышленной частоты в Японии. Международный журнал рака 2006; 119 (3): 643-650.

[Аннотация PubMed]

Linet MS, Hatch EE, Kleinerman RA и др. Воздействие магнитных полей в жилых помещениях и острый лимфобластный лейкоз у детей. Медицинский журнал Новой Англии 1997; 337 (1): 1-7.

[Аннотация PubMed]

Хейфец Л., Альбом А., Креспи С.М. и др.Объединенный анализ крайне низкочастотных магнитных полей и опухолей головного мозга у детей. Американский эпидемиологический журнал 2010; 172 (7): 752-761.

[Аннотация PubMed]

Mezei G, Gadallah M, Kheifets L. Воздействие магнитного поля в жилых помещениях и рак мозга у детей: метаанализ. Эпидемиология 2008; 19 (3): 424-430.

[Аннотация PubMed]

Does M, Scélo G, Metayer C и др.Воздействие электрических контактных токов и риск лейкемии у детей. Радиационные исследования 2011; 175 (3): 390-396.

[Аннотация PubMed]

Ahlbom A, Day N, Feychting M и др. Объединенный анализ магнитных полей и детской лейкемии. Британский журнал рака 2000; 83 (5): 692-698.

[Аннотация PubMed]

Greenland S, Sheppard AR, Kaune WT, Poole C, Kelsh MA.Объединенный анализ магнитных полей, проводных кодов и детской лейкемии. Группа изучения детской лейкемии-ЭМП. Эпидемиология 2000; 11 (6): 624-634.

[Аннотация PubMed]

Хейфец Л., Альбом А., Креспи С.М. и др. Объединенный анализ недавних исследований магнитных полей и детской лейкемии. Британский журнал рака 2010; 103 (7): 1128-1135.

[Аннотация PubMed]

Hatch EE, Linet MS, Kleinerman RA и др.Связь между острым лимфобластным лейкозом у детей и использованием электроприборов во время беременности и детства. Epidemiology 1998; 9 (3): 234-245.

[Аннотация PubMed]

Финдли Р.П., Димбилов П.Дж. SAR в воксельном фантоме ребенка от воздействия беспроводных компьютерных сетей (Wi-Fi). Физика в медицине и биологии 2010; 55 (15): N405-11.

[Аннотация PubMed]

Пейман А., Халид М., Кальдерон С. и др.Оценка воздействия электромагнитных полей от беспроводных компьютерных сетей (Wi-Fi) в школах; результаты лабораторных измерений. Health Physics 2011; 100 (6): 594-612.

[Аннотация PubMed]

Общественное здравоохранение Англии. Беспроводные сети (wi-fi): радиоволны и здоровье. Руководство. Опубликовано 1 ноября 2013 г. Доступно по адресу https://www.gov.uk/government/publications/wireless-networks-wi-fi-radio-waves-and-health/wi-fi-radio-waves-and-health.(по состоянию на 4 марта 2016 г.)

Ха М., Им Х, Ли М. и др. Воздействие радиочастотного излучения от AM-радиопередатчиков и детская лейкемия и рак мозга. Американский эпидемиологический журнал 2007; 166 (3): 270-9.

[Аннотация PubMed]

Merzenich H, Schmiedel S, Bennack S, et al. Детский лейкоз в связи с воздействием радиочастотных электромагнитных полей в непосредственной близости от передатчиков теле- и радиовещания. Американский эпидемиологический журнал 2008; 168 (10): 1169-78.

[Аннотация PubMed]

Эллиотт П., Толедано М.Б., Беннетт Дж. И др. Базовые станции мобильной связи и онкологические заболевания в раннем детстве: исследование случай-контроль. Британский медицинский журнал 2010; 340: c3077. DOI: 10.1136 / bmj.c3077.

[Аннотация PubMed]

Infante-Rivard C, Deadman J.E. Профессиональное воздействие на мать магнитных полей крайне низкой частоты во время беременности и детской лейкемии. Эпидемиология 2003; 14 (4): 437-441.

[Аннотация PubMed]

Hug K, Grize L, Seidler A, Kaatsch P, Schüz J. Профессиональное воздействие чрезвычайно низкочастотных магнитных полей и детский рак: немецкое исследование методом случай-контроль. Американский эпидемиологический журнал 2010; 171 (1): 27-35.

[Аннотация PubMed]

Свендсен А.Л., Вайкопф Т., Каач П., Шуз Дж. Воздействие магнитных полей и выживаемость после диагностики детской лейкемии: когортное исследование в Германии. Эпидемиология, биомаркеры и профилактика рака 2007; 16 (6): 1167-1171.

[Аннотация PubMed]

Foliart DE, Pollock BH, Mezei G, et al. Воздействие магнитного поля и долгосрочное выживание среди детей с лейкемией. Британский журнал рака 2006; 94 (1): 161-164.

[Аннотация PubMed]

Foliart DE, Mezei G, Iriye R, et al. Воздействие магнитного поля и прогностические факторы при лейкемии у детей. Bioelectromagnetics 2007; 28 (1): 69-71.

[Аннотация PubMed]

Schüz J, Grell K, Kinsey S, et al. Чрезвычайно низкочастотные магнитные поля и выживаемость после острого лимфобластного лейкоза у детей: международное последующее исследование. Журнал рака крови 2012; 2: e98.

[Аннотация PubMed]

Schoenfeld ER, O’Leary ES, Henderson K, et al. Электромагнитные поля и рак груди на Лонг-Айленде: исследование случай – контроль. Американский журнал эпидемиологии 2003; 158 (1): 47-58.

[Аннотация PubMed]

London SJ, Pogoda JM, Hwang KL, et al. Воздействие магнитного поля в жилых помещениях и риск рака груди: вложенное исследование случай-контроль, проведенное в многоэтнической когорте в округе Лос-Анджелес, Калифорния. Американский журнал эпидемиологии 2003; 158 (10): 969-980.

[Аннотация PubMed]

Дэвис С., Мирик Д.К., Стивенс Р.Г.Магнитные поля в жилых помещениях и риск рака груди. Американский журнал эпидемиологии 2002; 155 (5): 446-454.

[Аннотация PubMed]

Kabat GC, O’Leary ES, Schoenfeld ER, et al. Использование электрических одеял и рак груди на Лонг-Айленде. Эпидемиология 2003; 14 (5): 514-520.

[Аннотация PubMed]

Клюкиене Дж., Тайнс Т., Андерсен А. Воздействие магнитных полей частотой 50 Гц и рак груди у женщин в жилых и производственных помещениях: популяционное исследование. Американский журнал эпидемиологии 2004; 159 (9): 852-861.

[Аннотация PubMed]

Тайнес Т., Хальдорсен Т. Бытовое и профессиональное воздействие магнитных полей с частотой 50 Гц и гематологические раковые заболевания в Норвегии. Причины рака и борьба с ними 2003; 14 (8): 715-720.

[Аннотация PubMed]

Лабреш Ф., Голдберг М.С., Валуа М.Ф. и др. Профессиональное воздействие магнитных полей крайне низкой частоты и рак груди в постменопаузе. Американский журнал промышленной медицины 2003; 44 (6): 643-652.

[Аннотация PubMed]

Willett EV, McKinney PA, Fear NT, Cartwright RA, Roman E. Профессиональное воздействие электромагнитных полей и острый лейкоз: анализ исследования случай-контроль. Медицина труда и окружающей среды 2003; 60 (8): 577-583.

[Аннотация PubMed]

Coble JB, Dosemeci M, Stewart PA и др.Профессиональное воздействие магнитных полей и риск опухолей головного мозга. Нейроонкология 2009; 11 (3): 242-249.

[Аннотация PubMed]

Li W, Ray RM, Thomas DB и др. Профессиональное воздействие магнитных полей и рака груди среди текстильных женщин в Шанхае, Китай. Американский эпидемиологический журнал 2013; 178 (7): 1038-1045.

[Аннотация PubMed]

Groves FD, Page WF, Gridley G и др.Рак у техников корейского военно-морского флота: исследование смертности через 40 лет. Американский журнал эпидемиологии 2002; 155 (9): 810-8.

[Аннотация PubMed]

Грейсон Дж. Радиационное воздействие, социально-экономический статус и риск опухолей головного мозга в ВВС США: вложенное исследование случай-контроль. Американский журнал эпидемиологии 1996; 143 (5): 480-486.

[Аннотация PubMed]

Thomas TL, Stolley PD, Stemhagen A, et al.Риск смертности от опухоли головного мозга среди мужчин, работающих в области электрики и электроники: исследование случай-контроль. Журнал Национального института рака 1987; 79 (2): 233-238.

[Аннотация PubMed]

Армстронг Б., Терио Г., Генель П. и др. Связь между воздействием импульсных электромагнитных полей и раком у электриков в Квебеке, Канаде и Франции. Американский журнал эпидемиологии 1994; 140 (9): 805-820.

[Аннотация PubMed]

Морган Р.В., Келш М.А., Чжао К. и др.Радиочастотное облучение и смертность от рака мозга и лимфатической / кроветворной систем. Эпидемиология 2000: 11 (12): 118-127.

[Аннотация PubMed]

Гао Х., Аресу М., Верно А.С. и др. Использование радио в личных целях и риск рака среди 48 518 британских полицейских и сотрудников из исследования Airwave Health Monitoring Study. Британский журнал рака 2018; Впервые опубликовано онлайн: 26 декабря 2018 г.

[Аннотация PubMed]

SCENIHR.