Этому простому источнику энергии с механическим приводом уже почти 200 лет, и он до сих пор играет четко определенную, хотя и ограниченную, роль в современных системах.
Что или кто такое магнето? Нет, «магнето» — это не только могущественный мутант, обладающий способностью генерировать и контролировать магнитные поля и впервые появившийся в дебютном выпуске журнала. Люди Икс в 1963 году.
Вместо этого инженерное магнето — это базовый электромеханический способ преобразования движения — обычно вращательного, но может быть и линейным — в электрическую энергию. Несмотря на свой возраст, это очень старая технология, которая до сих пор используется в современных версиях, начиная от относительно обыденных приложений и заканчивая приложениями более высокого класса, где безопасность имеет решающее значение. В некоторых случаях вы могли бы даже рассмотреть возможность использования магнето как формы сбора энергии, поскольку оно берет или «откачивает» некоторую доступную механическую энергию и преобразует ее в электрическую.
Примечание. Термины и параметры «энергия» и «мощность» являются разными сущностями. Энергия – это способность совершать работу, а мощность – это скорость выполнения работы. Однако для наших целей в этом FAQ эти два термина примерно взаимозаменяемы, и здесь нет необходимости проводить между ними различие.
В этом FAQ будут рассмотрены история, конструкция и применение магнето, а также его преимущества и ограничения.
Вопрос: Начнем с основ: что делает магнето?
A: Магнето состоит из постоянного магнита и намотанной электрической (медной) катушки). Это источник «нестационарного» непостоянного электрического тока, действующий как грубый, простой, но эффективный электрический генератор. Изменение или обратный поток, создаваемый магнитом, проходящим через катушку или поперек нее, создает разность напряжений на первичной катушке (закон Фарадея) (Рисунок 1). Эта разница напряжений также заставляет ток проходить через катушку к нагрузке, создавая тем самым электрическую энергию из механического движения.
Вопрос: Существует ли более одной базовой магнето-структуры?
A: Да. Челночное магнето имеет фиксированный магнит, в то время как катушка вращается или движется; магнето индуктора удерживает катушку неподвижной при вращении или перемещении магнита. Конструкция индуктора обычно предпочтительна, поскольку нет необходимости подключать провода к подвижному или вращающемуся узлу катушки, поэтому конструкция более надежна. В любом случае, основной физический принцип и использование закона Фарадея одни и те же.
Вопрос: Как выглядит необработанный выходной сигнал магнето? Какова его амплитуда?
A: Выходной сигнал представляет собой сигнал переменного тока, очень несинусоидальный (Рисунок 2). Способность зависит от конструкции, размера и скорости, с которой магнит проходит катушку, и обычно составляет от ± 15 до ± 40 В; некоторые более крупные магнето могут выдавать до ±100 В.
Вопрос: В чем разница между магнето и динамо-машиной?
A: В общем, динамо-машина производит чистый синусоидальный переменный ток с низкими гармониками, который сильно отличается от искаженного, «остроконечного» выходного сигнала магнето.
Вопрос: Сколько лет существует использование магнето в качестве источника электричества?
A: Очень старый. Французский производитель инструментов Ипполит Пикси построил его в 1832 году — всего через год после открытия Майклом Фарадеем принципов электромагнитной индукции. Его магнето, приводившееся в действие рукояткой, было первым практическим генератором электрического тока.Рисунок 3).
Поворот рукоятки заставлял прямоугольные магниты (относительно слабые в те времена) входить в намотанные катушки и выходить из них с помощью простого механизма вращательно-поступательного движения, генерируя таким образом электрический ток. Это была первая безбатарейная схема создания надежного и в некоторой степени непрерывного потока тока. Даже если он не был непрерывным, как от батареи, это был «чистый» источник, не содержащий химикатов и не истощающийся.
Вопрос: Все это похоже на древнюю и несколько неактуальную историю. Почему мы должны смотреть на это сейчас?
A: Во-первых, магнето использовались в ранних автомобилях, таких как Модель Т, и это привело ко многим разработкам в technology современного искрового зажигания и электромагнетизма. Что еще более важно, они по-прежнему широко распространены и более эффективны благодаря лучшим материалам, механическим компонентам и магнитам.
Вопрос: Где они используются? Какова их роль?
A: Они используются как в «бюджетных» устройствах, таких как бензиновые газонокосилки или бензопилы, так и в небольших самолетах. Низковольтный электрический выходной сигнал магнето преобразуется в напряжение/ток, подходящий для зажигания свечи зажигания поршневого бензинового двигателя внутреннего сгорания. Эти искровые приложения являются доминирующими для магнето, где им не нужно обеспечивать непрерывный поток энергии, а только периодические всплески.
Они также использовались на заре телефонии, когда пользователь поворачивал рукоятку на боковой стороне телефона, чтобы создать более высокое напряжение (от 50 до 100 В), необходимое для звонка (звонка), в то время как низковольтная батарея использоваться для фактического разговорного канала (Рисунок 4).
Вопрос: Используется ли выходное напряжение магнето напрямую?
A: Как правило, это бесполезно напрямую. Его можно использовать «как есть», если он питает только цепь с более низким напряжением, например, телефонный звонок (около 20–40 В, иногда до 80–100 В). Однако напряжение слишком низкое, чтобы зажечь искру в газовом двигателе, где требуется около 10 кВ. В этих случаях используются различные схемы повышения напряжения с использованием двухобмоточного трансформатора, где напряжение магнето является первичным, а трансформатор повышает его на два порядка (от 10 В до 1000 В).
Вопрос: Почему в наши дни вообще используются магнето? В конце концов, теперь у нас есть мощные и легкие батареи.
A: Одним из преимуществ системы зажигания от магнето является то, что она не требует внешнего источника питания, например аккумулятора; это полностью автономная, автономная система. Это делает его хорошим выбором для применений, где аккумулятор в качестве основного источника питания постоянного тока недоступен или невозможен, например, в небольших двигателях (газонокосилки, бензопилы). Кроме того, системы зажигания от магнето относительно просты и имеют мало движущихся частей, что делает их долговечными и простыми в обслуживании.
Вопрос: Это имеет смысл, но как они используются в самолетах?
A: Есть несколько причин, по которым даже современные самолеты с винтовыми / поршневыми двигателями и аккумуляторами все еще используют магнето для подачи в цилиндры высоковольтных искр; они следующие:
- Магнето не зависят от электросистемы самолета, аккумуляторов или других источников бортового электричества: электросистема самолета отключается и полностью теряет мощность, двигатели самолета с магнитоприводом продолжают работать.
- Магнето надежны. Как упоминалось ранее, это одна из старейших технологий зажигания в аэрокосмической промышленности, которая использовалась в первых самолетах. Они проверены временем и надежны
- Пилотам, возможно, придется намеренно отключить всю электрическую систему самолета в некоторых решительных обстоятельствах, например, в случае электрического пожара, чтобы предотвратить его распространение. Благодаря использованию магнето в системе зажигания двигатели будут продолжать работать даже при отключении электрической системы.
В следующей части более подробно рассматривается использование магнето в системах зажигания.
Сопутствующий контент EE World
Сколько электродвигателей в автомобиле?
Почему вам не нужен частотный преобразователь для изменения скорости вентилятора
Разница между эффектом Фарадея и законом индукции Фарадея
Почему розетки искрят, когда их отключаешь?
Исследователи исследуют агрессивные, высокоэффективные бензиновые автомобильные двигатели без свечей зажигания
Рекомендации
Hemmings Motor News, «Магнитные системы зажигания»
Национальная Магнитная Академия МагЛаб, «Магнето – 1832»
Механические джунгли, «Что такое магнето-система зажигания?»
Monroe Aerospace, «Что такое магнето и почему их используют в самолетах?»
Новости AOPA, «Как это работает: Магнето»
Полет, «Как это работает: Магнето»
Antique Auto Electrics (Австралия), «История Магнето»
Википедия, «Магнето»
Википедия, «Магнето-зажигание».
Базз Паунд, «Форд Магнето модели Т и синхронизация»
Американский клуб Ford Model T, «Форма выходного сигнала магнита»
Американский клуб Ford Model T, «Система зажигания Ford Model T и момент зажигания»
Журнал Gas Engine, «Значение напряжения магнето: как пользоваться вольтметром»
Старые телефоны Верна, «магнитотелефонные схемы»
Публикации Marvel, «Макс Эйзенхардт и Магнето»