Մագնիսականությունը հիմնարար ուժերից մեկն է, որն ապահովում է բազմաթիվ տեխնոլոգիաներ ժամանակակից աշխարհում, որոնցից ամենահայտնի օրինակներից են էլեկտրական շարժիչները: Էլեկտրաշարժիչներն ամենուր տարածված են՝ ամեն ինչում՝ կենցաղային տեխնիկայից մինչև արդյունաբերական մեքենաներ և էլեկտրական մեքենաներ: Բայց ինչպե՞ս է մագնիսական ուժը տալիս էլեկտրական շարժիչներին: Դրա հիմքում ընկած գիտության ըմբռնումը շատ կարևոր է այն ոլորտների համար, որոնք ապավինում են արդյունավետ շարժիչ տեխնոլոգիաներին: Այս հոդվածը ուսումնասիրում է մագնիսականության սկզբունքները, ինչպես է այն փոխազդում էլեկտրական հոսանքների հետ և ինչպես են այդ փոխազդեցությունները օգտագործվում էլեկտրական շարժիչներ վարելու համար: Մենք նաև կխորանանք շարժիչներում օգտագործվող մագնիսների տեսակների, մագնիսական դաշտերի դերի և էլեկտրաշարժիչների տեխնոլոգիայի մագնիսականության ապագայի մեջ:
Այս հետազոտության ընթացքում մենք կանդրադառնանք այնպիսի հիմնական հասկացություններին, ինչպիսիք են մագնիսական շարժիչները և ինչպես են նյութերի գիտության առաջընթացը բարելավում շարժիչի արդյունավետությունը: Բացի այդ, մենք կուսումնասիրենք, թե ինչպես են տարբեր տեսակի մագնիսները, ինչպիսիք են մշտական մագնիսները և էլեկտրամագնիսները, նպաստում շարժիչի աշխատանքին: Այս հոդվածի վերջում դուք կունենաք համապարփակ պատկերացում այն մասին, թե ինչպես է մագնիսականությունը սնուցում էլեկտրական շարժիչները և այն կարևոր դերը, որը նա խաղում է ժամանակակից տեխնոլոգիաների մեջ:
Մագնիսականության գիտություն
Իր հիմքում մագնիսականությունը ուժ է, որն առաջանում է էլեկտրական լիցքերի շարժումից։ Բնության մեջ այս ուժը հաճախ նկատվում է այնպիսի նյութերում, ինչպիսիք են երկաթը, կոբալտը և նիկելը, որոնք կարող են մագնիսացվել՝ մագնիսական դաշտ ստեղծելու համար: Մագնիսական դաշտը մագնիսի շուրջն է, որտեղ մագնիսական ուժերը կարող են զգալ, և հենց այս դաշտն է, որը փոխազդում է էլեկտրական հոսանքների հետ՝ առաջացնելով շարժում էլեկտրական շարժիչներում:
Մագնիսականությունը նկարագրվում է էլեկտրամագնիսականության օրենքներով, մասնավորապես Մաքսվելի հավասարումներով, որոնք բացատրում են, թե ինչպես են փոխազդում էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը։ Երբ էլեկտրական հոսանքը հոսում է մետաղալարի միջով, այն առաջացնում է մագնիսական դաշտ մետաղալարի շուրջ: Ընդհակառակը, փոփոխվող մագնիսական դաշտը կարող է առաջացնել էլեկտրական հոսանք հաղորդիչում: Այս սկզբունքը հայտնի է որպես էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա և հանդիսանում է էլեկտրական շարժիչների աշխատանքի հիմքը:
Մագնիսական դաշտեր և էլեկտրական հոսանքներ
Մագնիսական դաշտերի և էլեկտրական հոսանքների միջև փոխազդեցությունն այն է, ինչը շարժվում է էլեկտրական շարժիչներում: Տիպիկ շարժիչում էլեկտրական հոսանքն անցնում է մետաղալարերի կծիկի միջով՝ ստեղծելով մագնիսական դաշտ։ Այս մագնիսական դաշտը փոխազդում է մշտական մագնիսի կամ շարժիչի ներսում գտնվող էլեկտրամագնիսի դաշտի հետ: Արդյունքում ստացվում է ուժ, որը ստիպում է շարժիչի ռոտորը պտտվել՝ էլեկտրական էներգիան վերածելով մեխանիկական էներգիայի:
Մագնիսական դաշտի ուժգնությունը և մետաղալարի միջով անցնող հոսանքի քանակը որոշում են առաջացած ուժը: Ահա թե ինչու ուժեղ մագնիսական հատկություններով նյութեր, ինչպիսիք են նեոդիմի մագնիսները, հաճախ օգտագործվում են բարձր արտադրողականությամբ շարժիչներում: Նեոդիմի մագնիսները հասանելի ամենաուժեղ մշտական մագնիսներից են և սովորաբար օգտագործվում են կոմպակտ, հզոր շարժիչներ պահանջող ծրագրերում, ինչպիսիք են էլեկտրական մեքենաները և արդյունաբերական մեքենաները:
Էլեկտրական շարժիչներում օգտագործվող մագնիսների տեսակները
Էլեկտրական շարժիչները հիմնված են երկու հիմնական տեսակի մագնիսների վրա՝ մշտական մագնիսներ և էլեկտրամագնիսներ: Յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր առավելությունները և օգտագործվում է տարբեր տեսակի շարժիչներում՝ կախված կիրառությունից:
Մշտական մագնիսներ
Մշտական մագնիսները , ինչպես հուշում է անունից, պահպանում են իրենց մագնիսական հատկությունները՝ առանց արտաքին էներգիայի աղբյուրի անհրաժեշտության: Այս մագնիսները պատրաստված են այնպիսի նյութերից, ինչպիսիք են նեոդիմը, ֆերիտը և սամարիում-կոբալտը, որոնք ունեն ուժեղ մագնիսական հատկություններ: Մշտական մագնիսական շարժիչները բարձր արդյունավետություն ունեն, քանի որ մագնիսական դաշտը պահպանելու համար էներգիա չեն պահանջում: Սա դրանք դարձնում է իդեալական այն ծրագրերի համար, որտեղ էներգաարդյունավետությունը կարևոր է, օրինակ՝ էլեկտրական մեքենաներում և վերականգնվող էներգիայի համակարգերում:
Հատկապես նեոդիմային մագնիսները լայնորեն կիրառվում են էլեկտրական շարժիչներում՝ շնորհիվ իրենց բարձր մագնիսական ուժի և ապամագնիսացման դիմադրության։ Այս մագնիսները թույլ են տալիս կառուցել ավելի փոքր, թեթև շարժիչներ, որոնք կարող են ապահովել նույն կամ ավելի մեծ հզորություն, քան ավելի թույլ մագնիսներ օգտագործող ավելի մեծ շարժիչները: Դուք կարող եք ավելին իմանալ տարբեր ոլորտներում մագնիսական շարժիչների կիրառությունների մասին:
Էլեկտրամագնիսներ
Մյուս կողմից, էլեկտրամագնիսները պահանջում են էլեկտրական հոսանք մագնիսական դաշտ ստեղծելու համար: Այս մագնիսները սովորաբար պատրաստվում են մետաղալարերի կծիկ փաթաթելով ֆերոմագնիսական միջուկի շուրջ, ինչպիսին է երկաթը: Երբ էլեկտրական հոսանքը հոսում է կծիկի միջով, այն ստեղծում է մագնիսական դաշտ, որը կարելի է միացնել կամ անջատել ըստ անհրաժեշտության: Սա էլեկտրամագնիսները դարձնում է շատ բազմակողմանի և օգտակար այն ծրագրերում, որտեղ մագնիսական դաշտը պետք է վերահսկվի կամ փոփոխվի, օրինակ՝ արդյունաբերական շարժիչներում և գեներատորներում:
Էլեկտրամագնիսների հիմնական առավելություններից մեկն այն է, որ դրանց ուժը կարող է ճշգրտվել՝ փոխելով կծիկի միջով հոսող հոսանքի քանակը: Սա թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել շարժիչի աշխատանքը՝ էլեկտրամագնիսները դարձնելով իդեալական այն ծրագրերի համար, որոնք պահանջում են փոփոխական արագություն կամ ոլորող մոմենտ: Այնուամենայնիվ, քանի որ մագնիսական դաշտը պահպանելու համար նրանք պահանջում են էլեկտրաէներգիայի մշտական մատակարարում, էլեկտրամագնիսներն ավելի քիչ էներգաարդյունավետ են, քան մշտական մագնիսները:
Ինչպես են աշխատում էլեկտրական շարժիչները
Էլեկտրաշարժիչները գործում են էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքով, որտեղ հոսանք կրող հաղորդիչը մագնիսական դաշտում տեղադրվելիս ուժ է զգում: Այս ուժը, որը հայտնի է որպես Լորենցի ուժ, այն է, ինչը ստիպում է շարժիչի ռոտորը պտտվել: Էլեկտրական շարժիչի հիմնական բաղադրիչները ներառում են ռոտորը, ստատորը և մագնիսական դաշտը, որոնք կարող են առաջանալ ինչպես մշտական մագնիսների, այնպես էլ էլեկտրամագնիսների միջոցով:
Պարզ շարժիչի մեջ ռոտորը մետաղալարերի կծիկ է, որն ազատ է պտտվելու մագնիսական դաշտում: Երբ էլեկտրական հոսանքը հոսում է կծիկի միջով, այն առաջացնում է մագնիսական դաշտ, որը փոխազդում է ստատորի մշտական մագնիսի կամ էլեկտրամագնիսի դաշտի հետ: Այս փոխազդեցությունը ստեղծում է մի ուժ, որն առաջացնում է ռոտորի պտտում՝ էլեկտրական էներգիան վերածելով մեխանիկական էներգիայի: Շարժիչի արագությունն ու ոլորող մոմենտը կարելի է կառավարել՝ կարգավորելով կծիկի միջով անցնող հոսանքի քանակը կամ մագնիսական դաշտի ուժգնությունը փոխելով։
Brushless vs. Brushed Motors
Էլեկտրաշարժիչների երկու հիմնական տեսակ կա՝ խոզանակով և առանց խոզանակի: Խոզանակով շարժիչները օգտագործում են մեխանիկական խոզանակներ՝ էլեկտրաէներգիան ռոտորին փոխանցելու համար, մինչդեռ առանց խոզանակների շարժիչները օգտագործում են էլեկտրոնային կարգավորիչներ՝ էլեկտրաէներգիայի հոսքը կառավարելու համար: Առանց խոզանակների շարժիչներն ավելի արդյունավետ են և ունեն ավելի երկար կյանք, քանի որ նրանք չունեն խոզանակներ, որոնք ժամանակի ընթացքում մաշվում են: Նրանք սովորաբար օգտագործվում են բարձր արդյունավետության ծրագրերում, ինչպիսիք են էլեկտրական մեքենաները և դրոնները:
Առանց խոզանակների շարժիչները մեծապես հիմնվում են մշտական մագնիսների վրա մագնիսական դաշտ ստեղծելու համար, մինչդեռ խոզանակով շարժիչները սովորաբար օգտագործում են էլեկտրամագնիսներ: Սա պատճառներից մեկն է, թե ինչու են առանց խոզանակների շարժիչները ավելի արդյունավետ են. դրանք էներգիա չեն պահանջում մագնիսական դաշտը պահպանելու համար, քանի որ մշտական մագնիսները ապահովում են մագնիսականության մշտական աղբյուր: Մագնիսական շարժիչների մասին ավելի մանրամասն տեղեկությունների համար կարող եք ուսումնասիրել շարժիչի տեխնոլոգիայի մեջ օգտագործվող մագնիսների տարբեր տեսակներ:
Մագնիսականության ապագան էլեկտրական շարժիչներում
Քանի որ արդյունաբերությունները շարունակում են մղել ավելի արդյունավետ և կայուն տեխնոլոգիաների, մագնիսականության դերը էլեկտրական շարժիչներում գնալով ավելի կարևոր է դառնում: Նյութերի գիտության առաջընթացը հանգեցնում է ավելի ուժեղ և արդյունավետ մագնիսների ստեղծմանը, որոնք կարող են նվազեցնել էլեկտրական շարժիչների չափերն ու քաշը՝ միաժամանակ ավելացնելով դրանց հզորությունը: Սա հատկապես կարևոր է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են էլեկտրական մեքենաները և վերականգնվող էներգիան, որտեղ արդյունավետությունն ու արդյունավետությունը կարևոր են:
Հետազոտության ոլորտներից մեկը հազվագյուտ հողերից ազատ մագնիսների մշակումն է, որոնց նպատակն է նվազեցնել կախվածությունը հազվագյուտ հողային տարրերից, ինչպիսիք են նեոդիմը և սամարիումը: Այս տարրերը թանկ են և էկոլոգիապես դժվար հանքավայրի համար, ուստի այլընտրանքներ գտնելը կարող է զգալիորեն նվազեցնել էլեկտրաշարժիչների արժեքը և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը: Նորարարության մեկ այլ ուղղություն է գերհաղորդիչ մագնիսների օգտագործումը, որոնք կարող են առաջացնել չափազանց ուժեղ մագնիսական դաշտեր՝ նվազագույն էներգիայի կորստով: Դեռևս փորձարարական փուլում գերհաղորդիչ մագնիսները կարող են ապագայում հեղափոխել էլեկտրական շարժիչների տեխնոլոգիան:
Եզրափակելով, մագնիսականությունը հիմնարար դեր է խաղում էլեկտրական շարժիչների սնուցման գործում՝ փոքր կենցաղային տեխնիկայից մինչև խոշոր արդյունաբերական մեքենաներ: Մագնիսական դաշտերի և էլեկտրական հոսանքների փոխազդեցությունն այն է, ինչը մղում է այս շարժիչների շարժումը, և մագնիսի ընտրությունը՝ լինի մշտական, թե էլեկտրամագնիսական, կարող է էապես ազդել շարժիչի արդյունավետության և աշխատանքի վրա: Երբ մենք նայում ենք ապագային, մագնիսների տեխնոլոգիայի առաջընթացը, ինչպիսին է հազվագյուտ հողերից զերծ և գերհաղորդիչ մագնիսների զարգացումը, խոստանում է էլեկտրական շարժիչները դարձնել էլ ավելի արդյունավետ և կայուն:
Նրանց համար, ովքեր ցանկանում են ավելին իմանալ ժամանակակից տեխնոլոգիաներում մագնիսական շարժիչների դերի մասին, կան բազմաթիվ ռեսուրսներ, որոնք ուսումնասիրում են այս ոլորտում վերջին առաջընթացները: Քանի որ արդյունաբերությունները շարունակում են նորամուծություններ կատարել, հասկանալու կարևորությունը, թե ինչպես է մագնիսական ուժը սնուցում էլեկտրական շարժիչները, միայն կաճի:
