Какое свойство магнитной цепи является главным
Магнитной цепью называется устройство, отдельные участки которого выполнены из ферромагнитных материалов, по которым замыкается магнитный поток. Примерами простейших цепей могут служить магнитопроводы кольцевой катушки и электромагнита, изображенного на рис. 6.11, а. Электрические машины и трансформаторы, электромагнитные аппараты и приборы имеют обычно магнитные цепи более сложной формы.
Рис. 6.11 Магнитные цепи (а — неразветвленная, б — разветвленная)
Если магнитная цепь выполнена из одного и того же материала и имеет по всей длине одинаковое сечение, то цепь называется однородной.
Если же отдельные участки цепи изготовлены из различных ферромагнитных материалов и имеют различные длины и сечения, то цепь — неоднородная.
Магнитные цепи, так же как и электрические, бывают разветвленные (рис. 6.11,6) и неразветвленные (рис. 6.11,а).
В неразветвленных цепях магнитный поток Ф во всех сечениях имеет одно и то же значение.
Разветвленные цепи могут быть симметричными и несимметричными. Цепь, представленная на рис. 6.11,6, считается симметричной, если правая и левая части ее имеют одинаковые размеры, выполнены из одного и того же материала и если МДС I1W1 и I2W2 одинаковы. При невыполнении хотя бы одного из указанных условий цепь будет несимметричной.
Разобьем неразветвленную магнитную цепь, например, на рис 6.11, а на ряд однородных участков, каждый из которых выполнен из определенного материала и имеет одинаковое поперечное сечение S вдоль всей своей длины. Длину каждого участка L будем считать равной длине средней магнитной линии в пределах этого участка. Из сказанного выше следует, что магнитные потоки всех участков неразветвленной цепи равны, т. е.
Ф1=Ф2=Ф3=…=Фn,
и поле на каждом участке можно считать однородным, т. е. Ф= BS; поэтому
B1S1=B2S2=B3S3=…=BnSn
Где n — число участков цепи. Магнитное напряжение на любом из участков магнитной цепи
Где H — Напряженность, (измеряется в ампер на метр А/М).
B — Магнитная индукция (измеряется в теслах Тл).
L — Длинна средне силовой линии проходящей через центр поперечного сечения магнитопровода.
S — площадь поперечного сечения магнитопровода.
— Магнитная постоянная.
μr — Магнитная проницаемость ферромагнетиков.
При заданном направлении тока в обмотке направление потока и МДС IW определяется по правилу буравчика.
Магнитное сопротивление и закон Ома для магнитной цепи.
По аналогии с электрической цепью величину
называют магнитным сопротивлением участка магнитной цепи (измеряется в 1/Гн).
Таким образом, магнитное напряжение
Выражение (3) по аналогии с электрической цепью часто называют законом Ома для магнитной цепи Однако вследствие нелинейности цепи, вызванной непостоянством магнитной проницаемости μr ферромагнетиков, оно практически не применяется для расчета магнитных цепей.
Законы Кирхгофа для магнитной цепи
При расчетах разветвленных магнитных цепей пользуются двумя законами Кирхгофа, аналогичными законам Кирхгофа для электрической цепи.
Первый закон Кирхгофа непосредственно вытекает из непрерывности магнитных линий, т.е. и магнитного потока; алгебраическая сумма магнитных потоков в точке разветвления равна нулю:
Например, для узла а на рис. 6.11,б
— Ф1 — Ф2 + Ф3 = 0
Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи основывается на законе полного тока: алгебраическая сумма магнитных напряжений на отдельных участках цепи равна алгебраической сумме МДС:
Например, для левого контура и а рис. 6.11, б
Как следует из закона Ома, для получения наибольшего магнитного потока при наименьшей МДС у магнитной цепи должно быть возможно меньшее магнитное сопротивление. Большая магнитная проницаемость ферромагнитных материалов обеспечивает получение малых магнитных сопротивлений магнитопроводов из этих материалов. Поэтому магнитные цепи электрических машин выполняют преимущественно из ферромагнетиков, а участки цепей из неферромагнитных материалов, то есть неизбежные или необходимые воздушные зазоры, делают, как правило, возможно малыми.
Схема устройства магнитной цепи двухполюсной машины с явно выраженными полюсами показана на рис. 6.12.
Рис. 6.12 Магнитная цепь электрической машины с явно выраженными полюсами
Плоскость 00′, проведенная через середины полюсов N и S и ось машины, делит магнитную цепь на две симметричные части. В каждой из них магнитный поток Ф/2 замыкается через полюсы П, полюсные наконечники ПН, воздушные зазоры, якорь Я и станину машины С. Магнитодвижущая сила создается током в обмотке возбуждения ОВ, расположенной на полюсах N и S. Из северного полюса N магнитные линии выходят и в южный полюс S входят.
Рис, 6.13. Магнитная цепь электрической машины с неявно выраженными полюсами
Схема устройства магнитной цепи двухполюсной машины с неявно выраженными полюсами показана на рис. 6.13. Здесь обмотка возбуждения заложена в пазы ротора Р — вращающейся части машины, укрепленной на валу. Как и в предыдущем случае, плоскость 00′, проведенная через середины полюсов N и S, делит магнитную цепь машины на две симметричные части, в каждой из которых магнитный поток Ф/2. Магнитный поток замыкается через ротор машины, воздушные зазоры и станину машины С, представляющую собой неподвижный наружный стальной цилиндр — статор машины.
Источник
Тема 1.3. Электромагнетизм
Лекция 4. Магнитные цепи. Характеристики магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле прямолинейного тока. Магнитное поле кольцевой и цилиндрической катушек. Намагничивание ферромагнитных материалов. Циклическое перемагничивание. Расчёт магнитной цепи. Электрон в магнитном поле. Проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных проводников с током.
Магнитное поле обнаруживается в пространстве, окружающем движущиеся заряженные частицы. В проводнике и в пространстве вокруг него магнитное поле образовано током заряженных частиц. Внутри и в пространстве вокруг намагниченного тела магнитное поле образовано внутриатомным и внутримолекулярным движением заряженных частиц. Например, движение электронов вокруг своих осей и ядра атома.
Определение и изображение магнитного поля.
Магнитное поле — это вид материи, которая существует в пространстве вокруг движущейся электрически заряженной частицы.
Магнитное поле изображается силовыми линиями, касательные к которым совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле.
Рис. Вид и изображение магнитного поля.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.
Магнитная индукция В — основная силовая характеристика магнитного поля. Векторная величина. Определяет силу, которая действует на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу.
Вектор магнитной индукции направлен по касательной к силовым линиям магнитного поля (рис.1.23 в точке А вектор ВА ).
Единицей магнитной индукции является ВЕБЕР , деленный на квадратный метр.
Так же называют ТЕСЛА (Тл).
Магнитное поле может быть образовано как в вакууме, так и в любой среде. Различные среды обладают разными магнитными свойствами.
Абсолютная магнитная проницаемость – это коэффициент, отражающий магнитные свойства среды.
µа = µ0 µr
, где 
– это магнитная постоянная. Характеризует магнитные свойства вакуума.
µr – это относительная магнитная проницаемость. Она показывает, во сколько раз магнитная индукция поля больше или меньше, чем в вакууме, и является безразмерной величиной.
Напряженность магнитного поля Н — векторная величина, которая не зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающими магнитное поле.
Напряженность связана с магнитной индукцией соотношением В = µа Н
Единица напряженности магнитного поля — ампер на метр: 
Направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора магнитной индукции . На рисунке в точке А вектор НА и ВА.
.
Магнитный поток Ф — поток магнитной индукции, который пронизывает какую-либо площадь S. На рис. 1.23 показано однородное магнитное поле, пересекающее площадку S. Магнитный поток Ф через площадку S в однородном магнитном поле равен произведению нормальной составляющей вектора индукции Вn на площадь S площадки:
Ф = ВnS = BScosβ
Рис. Пояснение понятия Магнитный Поток
Магнитное поле прямолинейного тока.
Магнитное поле прямолинейного проводника с током имеет вид концентрических окружностей. Направление поля определяют по правилу буравчика.
Ток к нам. Ток от нас.
Рис. Вид и направление силовых линий магнитного поля вкруг проводника с током.
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА
Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращательное движение его рукоятки указывает на направление силовых линий магнитного поля, образованного вокруг проводника.
Намагничивание ферромагнитных материалов. Циклическое перемагничивание.
Ферромагнитные материалы – это вещество, обладающее большой магнитной проницаемостью.
Например, железо, никель, кобальт и их сплавы.
Главное свойство: ферромагнитные материалы усиливают магнитное поле, когда оказываются в нём.
Ферромагнитные материалы имеют области самопроизвольной намагниченности (ДОМЕНЫ). Векторы намагниченности доменов направлены в разные самопроизвольные стороны. Поэтому, при отсутствии внешнего магнитного поля намагниченность ферромагнитных материалов никак не проявляется.
Если ферромагнитный материал поместить в магнитное поле, то векторы намагниченности доменов будут все ориентированы по направлению внешнего магнитного поля.
Таким образом, индукция результирующего магнитного поля будет определяться как индукцией внешнего магнитного поля, так и индукцией отдельных доменов. Результирующее значение индукции будет превышать её начальное значение. Суммарное магнитное поле значительно превысит внешнее.
Магнитное состояние ферромагнитного материала характеризуется КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ.
В= f (Н) с сердечником В = f (Н) с сердечником
Рис. Схема цепи для намагничивания железа и кривая намагничивания.
(0-1) – Быстрое увеличение магнитной индукции при увеличении тока. Постепенная ориентация доменов по направлению внешнего магнитного поля, образованного электрическим током в катушке.
(1-2) – Интенсивность ориентации доменов замедляется.
Точка (2) – магнитное насыщение. Все домены ориентированы как внешнее магнитное поле и катушка ведёт как без сердечника.
ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЕ. ПЕТЛЯ ГИСТЕРЕЗИСА.
Если через катушку с ферромагнитным сердечникомпропускать ток, который меняет свое направление на противоположное, то сердечник будет перемагничиваться. То есть ферромагнитный материал помещён в изменяющееся внешнее магнитное поле.
Рис. Петля гистерезиса (перемагничивание) .
(0-а) – при увеличении тока магнитная индукция нарастает до насыщения. Все домены ориентированы согласно внешнему магнитному полю. Это основная кривая намагничивания.
(а-b) – при уменьшении тока магнитная индукция уменьшается. Но не по той же кривой (а-0), а с большими значениями напряженности В при той же индукции Н, так как часть доменов сохраняет своё направление ( существует инерция переориентации доменов). При нулевой напряженности ( ток равен нулю) Н=0 существует остаточная индукция Вr (точка b).
(b-с) – при увеличении тока в отрицательном (противоположном) направлении магнитное поле катушки компенсирует магнитное поле оставшихся с прежней ориентацией доменов сердечника. В точке (с) происходит уменьшение до нуля результирующей магнитной индукции. При В=0 поле катушки компенсирует полностью магнитное поле оставшихся с прежней ориентацией доменов Н=Нс – это коэрцитивная сила.
(с-d) – дальнейшее увеличении обратного тока вызывает перемагничивание сердечника. То есть происходит переориентирование векторов намагниченности доменов сердечника на 180 0согласно изменению направления векторов намагниченности поля катушки. В точке (d) все домены переориентированы, происходит насыщение.
(d-e) – ток уменьшается до нуля. В точке (е) при нулевой напряжённости существует остаточная индукция со знаком «минус».
(е-а) – увеличение тока в положительном направлении вызывает намагничивание сердечника до исходного состояния в точке (а). Далее процесс повторяется.
В зависимости от вида петли гистерезиса ферромагнитные материалы делят на магнитотвёрдые и магнитомягкие.
Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Легко намагничиваются и легко размагничиваются.
Магнитотвёрдые материалы обладают пологой основной кривой намагничивания и большой площадью петли гистерезиса. Намагничиваются с трудом и долго держат намагниченность.
Площадь внутри петли гистерезиса пропорциональна затратам энергии и выделяемой теплоте при одном цикле перемагничивания. Для каждого ферромагнитного материала своя.
Рис. Формы кривых гистерезиса для различных ферромагнитных материалов магнитомягкие и магнитотвёрдые/
Электрон в магнитном поле.
На электрон, движущийся в магнитном поле, действует электромагнитная сила.
Эта сила возникает в результате взаимодействия данного магнитного поля с магнитным полем,
которое образуется в результате движения электрона. Она называется силой Лоренца и определяется соотношением
F=qBvsina
где q0— заряд электрона; В— магнитная индукция; v — скорость движения электронов; a — угол между направлениями магнитного поля и электронного тока.
Проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных проводников с током.
На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила. Так как ток в металлическом проводнике обусловлен движением электронов, то силу, действующую на
проводник, можно рассматривать как сумму сил Лоренца, действующих на все электроны проводника длиной l.
F=FnlS, где F0— сила Лоренца, действующая на электрон; п — концентрации электронов (число электронов в единице объема); l, S — длина и площадь поперечного сечения проводника.
Рис. Проводник с током в магнитном поле.
Рис. Правило левой руки.
С учётом формулы силы действующей на электрон получаем F=qnvSBlsina
При этом I=J S будет сила , действующая на проводник F=I B l sina.
Направление действия силы определяют по ПРАВИЛУ ЛЕВОЙ РУКИ
Левую руку следует расположить так, чтобы магнитное поле входило в ладонь, вытянутые четыре пальца располагаются по направлению тока; тогда отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы.
Рис. Электромагнитные силы параллельных проводников с током.
Источник
Магнитная цепь – это совокупность устройств, содержащих ферримагнитные тела и образующих замкнутую систему, в которой существует магнитный поток, и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции.
Магнитное поле характеризуется 3 векторами:
1) В (индукции) –характеризует силовое действие магнитного поля на ток по закону Ампера.
2) М – (намагниченность) – равен магнитному моменту еденицы объема вещества.
3) Н (напряженность) – (В/ ) – М
= 4 10-7 Гн/м
= Н
–
При расчете магнитной цепи основными величинами характеризующими магнитные цепи являются
Ф =
F = iw; w – количество витков
F = МДС
В основе расчета магнитных цепей лежит:
1) Закон непрерывности линии магнитной индукции
= 0
Или при охвате поверхности нескольких сечений магнитопровода
=0 можно записать = 0
Сумма магнитных потоков сходящихся в узле равна нулю.
2) Закон полного тока
3) = =
Этот закон аналогичен 2 закону кирхгофа для электрических цепей
Um = = =
Rm = = = = – магнитное сопротивление
28. Конструкция, назначение и принцип действия трансформатора. Режимы работы трансформатора.1.1. Назначение и области применения
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.
1. Для передачи и распределения электрической энергии.
Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.
Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В (рис. 1.1)
Рис. 1.1
2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.
3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.
4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.
5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.
Классификацию трансформаторов можно произвести по нескольким признакам:
1. По назначению трансформаторы разделяют на силовые общего и специального применения. Силовые трансформаторы общего применения используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений. К трансформаторам специального назначения относятся силовые специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы), измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.
2. По виду охлаждения – с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.
3. По числу фаз на первичной стороне – однофазные и трёхфазные.
4. По форме магнитопровода – стержневые, броневые, тороидальные.
5. По числу обмоток на фазу – двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).
6. По конструкции обмоток – с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.
Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 9; Нарушение авторских прав
Источник