Курс лекций и задач по физике Лабораторные работы Математика Дизайн Начертательная геометрия Основы получения ядерной энергии

Закон полного тока.

Свойство тока создавать магнитное поле называется намагничивающей силой тока Θ. В системе Си намагничивающая сила измеряется в амперах.

Закон полного тока гасит: интеграл от напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру, равен алгебраической сумме токов, пронизывающих этот контур.

 (1.8)

где, i – номер тока; n – количество токов; l – средняя длина силовой линии.

Положительными считаются токи, направления которых совпадают с направлением обхода контура. Положительные направления тока и магнитного поля, создаваемого этим током, связаны правилом правостороннего винта. Если положительное направление тока совпадает с направлением поступательного движения винта, то направление его вращения совпадает с положительным направлением магнитного поля.

В большинстве электромагнитных устройств напряженность поля вдоль силовой линии изменяется в зависимости от свойств участков, по которым она проходит. В таких случаях магнитная цепь разбивается на ряд однородных участков, в пределах которых условия прохождения магнитных силовых полей не меняются (рис. 1.4).

В этом случае интеграл по замкнутому контуру можно заменить суммой интегралов по отдельным участкам. Учитывая, что в реальных устройствах для создания полей используются катушки с токами, намагничивающая сила которых:

Θ = I · w (1.9)

где w – число витков катушки.

Закон полного тока может быть записан следующим образом:

 (1.10)

Так как в пределах каждого участка напряженность поля не меняется, после интегрирования получим:

 (1.11)

Если магнитная цепь однородна, тогда I · w = Н · l и

 (1.12)

т. е. напряженность магнитного поля – есть намагничивающая сила, приходящаяся на единицу длины силовой линии.

1.5. Расчет неразветвленной магнитной цепи с одним источником намагничивающей силы.

При расчете магнитных цепей размеры магнитопровода и марка стали, из которой он изготовлен, должны быть известны. Свойства стали описывается кривой намагничивания, которую находят в справочнике по заданной марке. При этом различают прямую и обратную задачи. При решении прямой задачи по заданной величине магнитного потока или индукции требуется определить величину намагничивающей силы, которая необходима для их создания. При решении обратной задачи по заданной величине намагничивающей силы необходимо определить величину магнитного потока. При этом считают, что магнитный поток замыкается только по магнитопроводу, выпучивание магнитных силовых линий у неоднородных цепей с воздушным зазором пренебрегают.

а) прямая задача. 

Дано: Магнитный поток Ф, Геометрические размеры магнитопровода и кривая намагничивания.

 Определить величину тока в катушке, имеющей w витков для создания потока Ф.

1.Определяем магнитную индукцию в сердечнике:

,

где S – площадь поперечного сечения сердечника, по чертежу S=c·d.

2. По кривой намагничивания для рассчитанного значения В, находим напряженность Н поля сердечника.

 

 

 

3.По закону полного тока находим намагничивающую силу катушки:

,

где l – средняя длина силовой линии.

По чертежу l = 2(a – c) + 2(b – c).

4.Находим ток в катушке:

Θ = I · w ,  

б) обратная задача.

Дано: число витков катушки w, ток протекающий по катушке I, геометрические размеры магнитопровода и кривая намагничивания.

Определить величину магнитного потока в сердечнике.

находим намагничиваю силу катушки:

Θ = I · w

2.Находим напряженность поля в сердечнике:

3.По кривой намагничивания находим магнитную индукцию В в сердечнике.

4.Находим магнитный поток Ф:

Ф =В · S,

в) неоднородная неразветвленная магнитная цепь (прямая задача).

Дано: Магнитный поток Ф, геометрические размеры магнитопровода, кривая намагничивания.

Определить: величину тока в катушке, имеющей w витков для создания потока Ф.

Решение:

1.Разбиваем цепь на три однородных участка «а», «b» и «h».

2.Определяем сечения участков «а» и «b»:

Sa = с · d; Sб = с · f.

3.Находим магнитную индукцию на участке «а» и «b»:

4.По кривой намагниченности находим напряженность полей На и Нб на участках «а» и «b».

5.Находим напряженность поля в воздушном в зазоре:

6.Находим намагничивающую силу:

Θ = На· lа + Нб· lб + Нз· h;

где: lа = b – f; lб = 2(а – d/2 – f/2) + (b – h).

7.Находим ток в катушке:

.

Обратная задача может быть решена методом последовательных приближений или графоаналитическими методами.

Работа электрических машин и аппаратов, а также электроизмерительных приборов основана на использовании электромеханического и индуктивного действий магнитного поля. Чтобы использовать эти явления, в рабочем объеме названных электротехнических устройств, необходимо создать магнитное поле заданной интенсивности и конфигурации. Часть электротехнического устройства, содержащая ферромагнитные тела, предназначенная для создания магнитного поля, называется магнитной цепью.

Катушка со стальным сердечником при синусоидальном напряжении. Катушка со стальным сердечником является важнейшим элементом трансформаторов, электрических машин, электромагнитных реле, магнитных усилителей и многих других электротехнических устройств. Ее работа при синусоидальном напряжении имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при расчете и эксплуатации электрооборудования.

Трансформатор. Назначение. Области применения. Принцип Действия. Номинальные величины. Трансформатор это статический электромагнитный аппарат, который посредством магнитного поля преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформаторы используются при передаче электроэнергии от станции к потребителю, при ее распределении между отдельными потребителями, для питания отдельных особо мощных потребителей, в технике связи, радиотехнике и телевидении, в измерительной технике. Столь широкие области применения трансформаторов требуют широкого диапазона их мощностей. Трансформаторы изготавливаются на мощности от сотен мВА до нескольких ВА, а трансформаторы систем автоматики на доли ВА.

Опыт холостого хода трансформатора служит для определения коэффициента трансформации, потерь мощности в сердечнике и определения параметров намагничивающей цепи в схеме замещения. При проведении опыта первичная обмотка трансформатора ставится под номинальное напряжение, а к зажимам вторичной обмотки подключается вольтметр.

Опыт короткого замыкания трансформатора. Опыт короткого замыкания служит для определения потерь мощности в обмотках трансформатора, а также для определения их параметров в схеме замещения. При проведении опыта вторичная обмотка замыкается не на амперметр, а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, но такое, чтобы в первичной обмотке протекал номинальный ток. Поскольку поток в сердечнике будет минимален, то и потери на перемагничивание будут незначительными, и можно считать, что ваттметр будет показывать потери мощности на нагрев обмоток.

Электрические машины. Принцип действия. В основу работы всех электрических машин положены два закона физики: электромагнитной индукции и закон Ампера. Величина ЭДС, наведенной в проводящем контуре, находящимся в магнитном поле: Следовательно, любой электромагнитной механизм должен иметь устройство для создания магнитного поля (в электрических машинах это статор) и совокупность проводников, в которых наводится ЭДС (якорь, ротор). Как создается магнитное поле физически безразлично. В электрических машинах оно создается катушками со стальными сердечниками или постоянными магнитами.


http://predtm.ru