Линейные цепи постоянного тока Измерение тока и напряжения Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока Конденсатор в цепи синусоидального тока Цепи несинусоидального тока

Конспект лекций по электротехнике. Выполнение контрольной

Магнитное поле и магнитные цепи

Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства

 По магнитным свойствам все материалы разделяют на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель и их сплавы и др.) и неферромагнитные материалы (все материалы, за исключением ферромагнитных). Резонанс токов. Резонансный режим, возникающий при параллельном соединении R, L, C, называется резонансом токов

 Особенностью неферромагнитных материалов является то, что зависимость между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля Н в них является линейной. Их абсолютная магнитная проницаемость есть величина постоянная и практически равна магнитной постоянной

 (7.1)

 Материалы, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующего состояния, называют ферромагнитными. Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Если перемагничивать образец в периодическом магнитном поле, то кривая  имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 7.1). Участок 0а является кривой намагничивания, поскольку поле возникает при нулевом значении индукции. Точки б и д соответствуют остаточной индукции , а напряженность в точках в и е называют задерживающей, или коэрцитивной, силой .

Рис. 7.1

Закон полного тока и его применение для расчета магнитного поля Магнитной цепью называется совокупность магнитодвижущих сил (МДС), ферромагнитных тел или каких-либо иных сред, по которым замыкается магнитный поток.

Для разветвленных магнитных цепей справедливы законы Кирхгофа.

Расчет неразветвленных магнитных цепей Первый вариант. Определение МДС по заданному магнитному потоку (задача синтеза, или прямая задача).

 В магнитопроводе из электротехнической стали Э11 (рис. 7.5) необходимо обеспечить магнитную индукцию= 0,8 Тл.

Импульсные цепи В современных электронных устройствах, системах связи, автоматического управления и вычислительной технике информация часто передается в виде электрических импульсов различной формы.

Для примера рассмотрим реакцию цепи (ток через катушку L), схема которой приведена на рис. 8.4 а. Если входное напряжение изменяется скачком

 а) б) в) Рис. 8.4 (форма показана на рис. 8.4 б), то ток в ветви с катушкой имеет вид, показанный на рис. 8.4 в.

Электромагнитные устройства. Трансформаторы.

 Система с КИМ Кодовая импульсная модуляция (КИМ) представляет собой один из возможных видов импульсной модуляции, который суммирует; в себе все положительные свойства приемов дискретизации, квантования и кодирования. В системах с КИМ аналоговая информация передается в квантованной и кодированной дискретной форме, что позволяет значительно улучшить отношение сигнал/шум на выходе приемника за счет расширения занимаемой полосы частот, причем выигрыш оказывается даже больше, чем в широкополосных системах с частотной модуляцией.

Гальванические преобразователи. Действие гальванических преобразователей основано на явлении возникновения разности потенциалов между двумя электродами, помещенными в электролит, т.е. в этом случае электролитическая ячейка является источником гальванической ЭДС.

Основные соотношения в идеальном трансформаторе Идеальным трансформатором называют трансформатор, у которого активное сопротивление обмоток равно нулю, отсутствуют магнитные потоки рассеяния, потери мощности в магнитопроводе равны нулю.

Векторная диаграмма трансформатора В реальном трансформаторе в отличие от идеального учитываются активные сопротивления обмоток, магнитные потоки рассеяния обмоток и потери мощности в стали.

Схема замещения трансформатора Электрические цепи с трансформаторами сложно рассчитывать из-за магнитной связи между обмотками.

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора Параметры схемы замещения можно определить по опытам холостого хода и короткого замыкания.

Внешняя характеристика трансформатора Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки при заданном первичном напряжении

 при .

Мощность потерь и КПД трансформатора Баланс мощности трансформатора выражается равенством .

 В зависимости от магнитной проницаемости ферромагнитные материалы разделяют на две группы:

 1) магнитомягкие с большой магнитной проницаемостью и с малой коэрцитивной силой . К ним относят электротехнические стали, пермаллой и ферриты;

2) магнитотвердые с малой магнитной проницаемостью, большой коэрцитивной силой  и большой остаточной индукцией  Тл.

 Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые сплавы.

 Ферромагнитные материалы играют важную роль в электротехнике, так как дают возможность при относительно небольших напряженностях получать сильные магнитные поля и конструировать электромагнитные устройства, обладающие заданными характеристиками.

Ферромагнитные магнитопроводы используют во всех электрических машинах, трансформаторах, электромагнитах, реле и др.

Анализ полученного результата позволяет сделать важный вывод: при синусоидальной форме потока напряжение  на катушке синусоидально, а протекающий через нее ток имеет явно выраженную несинусоидальную форму. Аналогично можно показать, что при синусоидальном токе поток, сцепленный с катушкой, и напряжение на ней несинусоидальны.

Для среднего значения напряжения, наведенного потоком, можно записать

.

(2)

Умножив (2) на коэффициент формы, получим выражение для действующего значения напряжения

.

В частности, если напряжение и поток синусоидальны, то

.

Соотношение (2) является весьма важным: измеряя среднее значение напряжения, наведенного потоком, по (2) можно определить амплитуды потока и индукции при любой форме нелинейности катушки.

Аналогично проводится построение кривой  при синусоидальном потоке и задании зависимости  в виде петли гистерезиса. При этом следует помнить, что перемещение рабочей точки по петле осуществляется против часовой стрелки (см. рис. 8).


 



            К полученному результату следует сделать следующий важный комментарий. Разложение построенной кривой  в ряд Фурье показывает, что первая гармоника тока (см. кривую  на рис. 8) опережает по фазе потокосцепление и, следовательно, отстает по фазе от синусоидального напряжения на катушке на угол, меньший 90°. Это указывает ( ) на потребление катушкой активной мощности, затрачиваемой на перемагничивание сердечника и определяемой площадью петли гистерезиса.

Литература

Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.2. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Линейные электрические цепи (продолжение). Нелинейные цепи. –М.:Энергия- 1972. –200с.

Контрольные вопросы и задачи

В чем заключаются особенности нелинейных цепей переменного тока?

Какие типы характеристик используются в цепях переменного тока для описания нелинейных элементов?

В каких случаях допустимо использование при расчетах идеальных ВАХ вентилей?

Почему нельзя потокосцепление рассеяния катушки представить как произведение числа ее витков и потока рассеяния?

Как косвенным путем можно определить амплитуду индукции магнитного поля, сцепленного с катушкой?

Построить кривые  и  при синусоидальном токе в нелинейной катушке.

Почему первая гармоника разложения кривой тока  при учете гистерезисной петли отстает от напряжения на угол, меньший 90°?

Определить амплитуду основного рабочего потока в сердечнике нелинейной катушки сечением , если при числе витков  среднее значение напряжения, обусловленного изменением потока, ; частота .

Ответ: .


На главную