Презентация на тему "Магнитные цепи постоянного тока и работа с ними"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Магнитные цепи постоянного тока

  Лекция №2 Дисциплина ТОЭ Михайлова М.Ю.

• 
  Слайд 2

  Векторные величины, характеризующие магнитное поле

• 
  Слайд 3
  

  Направление магнитных линий и направление создающего их тока связаны между собой известным правилом правоходового винта (буравчика) (рис. 1). Рис. 1. Магнитное поле прямолинейного проводника и катушки. Правило Буравчика Основной величиной, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля является – вектор магнитной индукции , которая измеряется в Теслах [Тл]. Вектор направлен по касательной к магнитной линии, направление вектора совпадает с осью магнитной стрелки, помещенной в рассматриваемую точку магнитного поля. Величина определяется по механической силе, действующей на элемент проводника с током, помещенный в магнитное поле. Если во всех точках поля имеет одинаковую величину и направление, то такое поле называется равномерным.  зависит не только от величины I, но и от магнитных свойств окружающей среды.

• 
  Слайд 4
  

  Второй важной величиной, характеризующей магнитное поле является – магнитный поток , который измеряется в Веберах [Вб]. Элементарным магнитным потоком Ф сквозь бесконечно малую площадку называется величина (рис. 2) dФ = B cos α dS, где α – угол между направлением и нормалью к площадке dS. Рис. 2. Определение магнитного потока, пронизывающего: а) произвольную поверхность; б) плоскую поверхность в равномерном магнитном поле Сквозь поверхность S [м2] Ф = s∫ dФ = s∫ B cos α dS, Если магнитное поле равномерное, а поверхность S представляет собой плоскость Ф = B S.

• 
  Слайд 5
  

  При исследовании магнитных полей и расчете магнитных устройств пользуются расчетной величиной – напряженность магнитного поля [А/м] где μа – абсолютная магнитная проницаемость среды. Для неферромагнитных материалов и сред (дерево, бумага, медь, алюминий, воздух) μа не отличается от магнитной проницаемости вакуума и равна μo = 4 p · 10-7, Гн/м (Генри/метр). У ферромагнетиков μа переменная и зависит от В.

• 
  Слайд 6

  Характеристики ферромагнитных материалов

  Известно, что магнитная проницаемость μа ферромагнитных материалов переменная величина и зависит от В. Это влечет за собой непостоянство магнитного сопротивления Rм и значительно усложняет расчеты магнитных цепей. Поэтому для расчета магнитных цепей, содержащих ферромагнитные участки, необходимо располагать кривыми намагничивания, представляющими собой зависимость B = f(H). Эти зависимости получают экспериментальным путем – испытанием замкнутых магнитопроводов с распределенной обмоткой. Первоначальному намагничиванию образца соответствует кривая a, называемая кривой первоначального намагничивания (рис. 3).

• 
  Слайд 7
  

  Процесс циклического перемагничивания требует затраты энергии, как известно из курса физики, пропорциональной площади петли гистерезиса. В связи с этим магнитопроводы электротехнических устройств, работающих в условиях непрерывного перемагничивания (например трансформаторы), целесообразно выполнять из ферромагнитных материалов, имеющих узкую петлю гистерезиса (на рис. 4., кривые a). Такие ферромагнитные материалы называют магнитомягкими (листовая электротехническая сталь и ряд специальных сплавов, например пермаллой, состоящий из никеля, железа и других компонентов). Для изготовления постоянных магнитов рекомендуется использовать ферромагнитные материалы с широкой петлей гистерезиса (кривые δ), имеющих большую остаточную индукцию и большую коэрцетивную силу. Такие ферромагнитные материалы называют магнитотвердыми (ряд сплавов железа с вольфрамом, хромом и алюминием

• 
  Слайд 8

  Статическая и дифференциальная магнитные проницаемости

  Статическая магнитная проницаемость (в справочниках  начальная  и максимальная) определяется по основной кривой намагничивания и в силу ее нелинейности не постоянна по величине (см.   рис. 5). Величина  определяется тангенсом угла наклона касательной в начале кривой . Кроме статической вводится понятие дифференциальной магнитной проницаемости, устанавливающей связь между бесконечно малыми приращениями индукции и напряженности .        Кривые   и   имеют две общие точки: начальную и точку, соответствующую максимуму При учете петли гистерезиса статическая магнитная проницаемость, теряет смысл. При этом значения  определяют по восходящей ветви петли при   и по нисходящей – при .

• 
  Слайд 9

  Основные законы магнитной цепи

• 
  Слайд 10

  Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей

• 
  Слайд 11

  Аналогия величин и законов для электрических и магнитных цепей

• 
  Слайд 12
  

  В конструкцию многих электротехнических устройств (электрических машин, трансформаторов, электрических аппаратов, измерительных приборов и т.д.) входят магнитные цепи. Магнитной цепью называется часть электротехнического устройства, содержащая ферромагнитные тела, в которой, при наличии намагничивающёй силы возникает магнитный поток и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции. Источниками намагничивающей силы могут быть катушки с токами, постоянные магниты. В конструктивном отношении магнитные цепи выполняют разветвленными и неразветвленными; применение того или иного вида цепи определяется в основном назначением электромагнитного устройства.

• 
  Слайд 13

  Магнитная цепь

  Неразветвленная Разветвленная Однородная Неоднородная Симметричная Несимметричная

• 
  Слайд 14

  Прямая задача

  Задано: 1) геометрические размеры магнитной цепи; 2) характеристика B = f(H) (кривая намагничивания) ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь; 3) магнитный поток Ф, который надо создать в магнитной цепи. Требуется найти намагничивающую силу обмотки F = IW.

• 
  Слайд 15
  
• 
  Слайд 16

  Обратная задача

  Задано: Геометрические размеры магнитной цепи; Характеристики ферромагнитных материалов; Намагничивающая сила обмотки F. Требуется определить магнитный поток Ф. .

• 
  Слайд 17
  
• 
  Слайд 18

  Расчет разветвленной магнитной цепи

  Магнитная цепь Схема замещения магнитной цепи

• 
  Слайд 19
  

  Составляем уравнения. Примем, что втекающие магнитные потоки будут записаны со знаком минус, а вытекающие – с плюсом. Тогда для узла а по первому закону Кирхгофа для магнитной цепи получаем:   Ф1–Ф2–Ф3=0. Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров afebcda и аbcda. Обход контура и в том и в другом случае выбираем против обхода часовой стрелки. afebcda: F1=H1ℓ1+UMba аbcda: 0=–H2ℓ2–H0ℓ0+UMba, UMba=H3ℓ3. где H1, H2, H3, H0, ℓ1, ℓ2, ℓ3, ℓ0 – напряженности магнитного поля и средние линии участков магнитной цепи, соответственно, первой, второй, третьей ветвей магнитопровода и воздушного зазора, F1=I1w1 –магнитодвижущая сила.

• 
  Слайд 20
  

  Полученная в система нелинейных уравнений может быть решена графоаналитическим методом. Для этого необходимо будет построить зависимости магнитных потоков от магнитного напряжения UMba: Ф1=f(UMba), Ф2=f(UMba), Ф3=f(UMba). Поскольку по первому закону Кирхгофа Ф1=Ф2+Ф3, то необходимо будет построить и суммарную кривую магнитных потоков Ф2 и Ф3 при одних и тех же значениях магнитного напряжения UMbа. Точка пересечения суммарной кривой и Ф1=f(UMba) определит значения магнитного потока Ф1 и магнитного напряжения UMbа. Зная значения UMbа, по построенным кривым Ф2=f(UMba) и Ф3=f(UMba) можно определить магнитные потоки Ф2 и Ф3.

• 
  Слайд 21

  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.    Какие цепи называются магнитными? 2.    Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа для магнитных цепей 3.    Поясните, почему магнитные цепи являются нелинейными? 4.    Какие физические величины характеризуют магнитную цепь? 5.    Какие методы расчета магнитных цепей Вы знаете?