عمل الملفات الكهرومغناطيسية | أنواع الملفات الكهرومغناطيسية
المفتاح الكهرومغناطيسي
المفاتيح الكهرومغناطيسية هي تلك المفاتيح التي تعمل بواسطة التأثير الكهرومغناطيسي. المفاتيح الحديثة للحماية الكهربائية تستند أساساً إلى المعالجات الدقيقة، ولكن لا يزال المفتاح الكهرومغناطيسي يحتفظ بمكانته. سيستغرق الأمر وقتاً طويلاً لاستبدال جميع المفاتيح الكهرومغناطيسية بالمفاتيح الثابتة المستندة إلى المعالجات الدقيقة. لذا قبل الدخول في تفاصيل نظام مفتاح الحماية، يجب أن نراجع الأنواع المختلفة من المفاتيح الكهرومغناطيسية.
عمل المفتاح الكهرومغناطيسي
في الواقع، تعتمد جميع أجهزة التحويل على أحد أو أكثر من الأنواع التالية من المفاتيح الكهرومغناطيسية.
قياس المقدار،
المقارنة،
قياس النسبة.
يعتمد مبدأ عمل المفتاح الكهرومغناطيسي على بعض المبادئ الأساسية. ويمكن تقسيمها حسب مبدأ العمل إلى الأنواع التالية من المفاتيح الكهرومغناطيسية.
المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي،
المفتاح من نوع القرص المغناطيسي،
المفتاح من نوع الكأس المغناطيسي،
المفتاح من نوع العارضة المتوازنة،
المفتاح من نوع القفص المتحرك،
المفتاح من نوع الحديد المتحرك القطبي.
المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي
المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي هو الأكثر بساطة في التصنيع وكذلك في مبدأ عمله. يمكن استخدام هذه الأنواع من المفاتيح الكهرومغناطيسية كمفتاح قياس المقدار أو مفتاح قياس النسبة. يتم استخدام هذه المفاتيح كمفاتيح مساعدة ومفاتيح تحكم ومفاتيح فائض التيار ومفاتيح نقص التيار ومفاتيح فائض الجهد ومفاتيح نقص الجهد ومفاتيح قياس المقاومة.
يعد تصميم الذراع المحوري وتصميم العمود الأكثر شيوعًا لهذه الأنواع من المفاتيح الكهرومغناطيسية. بين التصميمين، يعد تصميم الذراع المحوري الأكثر شيوعًا.
نعلم أن القوة المؤثرة على الذراع تتناسب بشكل مباشر مع مربع التدفق المغناطيسي في الفجوة الهوائية. إذا أهملنا تأثير التشبع، يمكن التعبير عن معادلة القوة التي يواجهها الذراع كما يلي:
حيث F هي القوة الصافية، K' ثابت، I هي التيار الرئيسي RMS للملف، وK' هي القوة المقيدة.
وبالتالي، سيتم الوصول إلى الحالة العتبة لتشغيل المفتاح عندما يكون KI2 = K'.
إذا راقبنا المعادلة أعلاه بدقة، سندرك أن تشغيل المفتاح يعتمد على الثوابت K' وK لقيمة معينة للتيار في الملف.
من الشرح أعلاه والمعادلة، يمكن الخلاصة بأن تشغيل المفتاح يتأثر بـ
الأمبير – اللفات المنبثقة من ملف تشغيل المفتاح،
حجم الفجوة الهوائية بين مركز المفتاح والذراع،
القوة المقيدة على الذراع.
بناء المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي
هذا المفتاح عبارة أساساً عن ملف كهرومغناطيسي بسيط وعمود محوري مفصل. كلما تم تنشيط الملف، يتجه العمود نحو مركز الملف. يتم ترتيب بعض نقاط الاتصال NO-NC (مفتوحة عادة ومغلقة عادة) بشكل ميكانيكي مع هذا العمود بحيث تصبح نقاط الاتصال NO مغلقة ونقاط الاتصال NC مفتوحة في نهاية حركة العمود. عادة ما يكون المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي مفتاح يعمل بالتيار المستمر. يتم ترتيب نقاط الاتصال بحيث بعد تشغيل المفتاح، لا يمكن لنقاط الاتصال العودة إلى مواقعها الأصلية حتى بعد إطفاء الذراع. بعد تشغيل المفتاح، يتم إعادة ضبط هذه الأنواع من المفاتيح الكهرومغناطيسية يدوياً.
بالنظر إلى بناء ومبادئ عمل المفتاح من نوع الذراع المغناطيسي، فإن تشغيله فوري
.
المفتاح من نوع القرص المغناطيسي
المفتاح من نوع القرص المغناطيسي يتكون بشكل أساسي من قرص واحد متحرك.
عمل المفتاح من نوع القرص المغناطيسي
يعمل كل مفتاح من نوع القرص المغناطيسي على نفس المبدأ المعروف باسم مبدأ فيراري. يقول هذا المبدأ إن عزم الدوران يتم إنتاجه بواسطة تدفقات مغناطيسية متداخلة، وهو يتناسب مع حاصل ضرب قيمتها ودرجة التحويل بينهما. يمكن التعبير عنه رياضياً كالتالي-
يعتمد المفتاح من نوع القرص المغناطيسي على نفس المبدأ الذي يستخدم في مقياس الأمبير أو مقياس الجهد، أو مقياس القدرة أو مقياس الطاقة. في المفتاح الاستقراءي، يتم إنتاج عزم الدوران بواسطة التيارات الدوامية في قرص الألمنيوم أو النحاس بواسطة التدفق المغناطيسي لمغناطيس التيار المتردد. هنا، يتم وضع قرص الألمنيوم (أو النحاس) بين قطبين لمغناطيس التيار المتردد ينتج تدفقاً متناوباً φ متخلفاً عن I بزاوية صغيرة. بما أن هذا التدفق يرتبط بالقرص، يجب أن يكون هناك فرق كهربائي E2 في القرص، متخلفاً عن التدفق φ بـ 90o. بما أن القرص مقاوم فقط، سيكون التيار المستحث في القرص I2 في الطور نفسه مع E2. بما أن الزاوية بين φ و I2 هي 90o، فإن العزم الإجمالي المنتج في هذه الحالة سيكون صفر. لأن،
للحصول على عزم دوران في المفتاح من نوع القرص المغناطيسي، من الضروري إنتاج مجال دوار.
طريقة تظليل القطب لإنتاج عزم الدوران في المفتاح من نوع القرص المغناطيسي
في هذه الطريقة يتم تغليف نصف القطب بحلقة النحاس كما هو موضح. دعنا نفترض أن φ1 هو التدفق للمقطع غير المظلل من القطب. في الواقع يتم تقسيم التدفق الكلي إلى جزأين متساويين عندما يتم تقسيم القطب إلى جزأين بواسطة فتحة.
بما أن جزءاً من القطب مظلل بواسطة حلقة النحاس، سيكون هناك تيار مستحث في الحلقة المظللة مما سيولد تدفقاً آخر φ2‘ في القطب المظلل. بالتالي، سيكون التدفق الناتج للقطب المظلل هو مجموع متجهي φ1 و φ2. افترض أنه φ2، وزاوية بين φ1 و φ2 هي θ. ستنتج هذان التدفغان عزماً دورانياً،
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أشكال القرص الدوار متاحة للمفتاح من نوع القرص المغناطيسي. وهي ذات الشكل الحلزوني، والمدور، والشكل الزجاجي، كما هو موضح. يتم تنفيذ الشكل الحلزوني لتوفير التعويض ضد عزم التحديد المتغير للنابض المرتكز والذي يتشدد عند دوران القرص لإغلاق نقاط الاتصال الخاصة به. في معظم التصاميم، قد يدور القرص بمقدار يصل إلى 280o. بالإضافة إلى ذلك، يتم ترتيب نقطة الاتصال المتحركة على القرص بحيث تلتقي بنقاط الاتصال الثابتة على إطار المفتاح عندما يكون الجزء الأكبر نصف القطر تحت المغناطيس الكهربائي. يتم ذلك لضمان الضغط المناسب لنقاط الاتصال في المفتاح من نوع القرص المغناطيسي.
عند الحاجة إلى التشغيل السريع، مثل في الحماية التفاضلية، يتم تقييد سفر القرص بشكل كبير وبالتالي يمكن استخدام الأشكال الدائرية وحتى
