26. Магнитные цепи и их расчет.

Любое электромагнитное устройство состоит из: намагничиваюшие элементы (катушки, постоянные магниты) и магнитопроводы. Расчет магнитной цепи заключается в определении материала магнитопровода, геом. размеров (длина, поперечное сечение), тока катушки намагничивания и числа его витков ( и размеры. Магнитная цепь – совокупность ферромагнитных тел и сред, по которым замыкается магнитный ток. При анализе магнитных цепей допускаются упрощения: 1) магнитное поле изображается распределением магнитных силовых линий в электропроводе (поле однородное – линии параллельны); 2) магнитная индукция и напряженность считаются равно распределенными по объему магнитопровода; 3) магнитный поток считается сосредоточенным только в магнитопроводе. Классификация магнитных цепей: 1) однородная неразветвленная; 2) неоднородная неразветвленное; 3) однородная развлетвленная симметричная.

Расчет магнитных полей сводится к определению основных параметров, при этом пользуются понятиями: 1) Магнито-движущая сила (М.Д.С.) –

2) Закон полного тока - , ,

- закон полного тока.

3) Для неоднородной магнитной цепи - , – 2 закон Кирхгоффа для магнитной цепи. Алгебраическая сумма магнитных напряжений на участках цепи равно М.Д.С. области.

4) Теорема Гаусса – аналог 1 закона Кирхгоффа -

5) Магнитное сопротивление - , - закон Ома для магнитной цепи.

6) ВбАХ

27. Электромагнитные устройства.

1. Физические основы построения сварочного трансформатора. Для неразветвленного магнитопровода с зазором закон полного тока имеет вид: где: l_ФМ, l_З – длина ферромагнитного участка и воздушного зазора соответственно; Н_ФМ, Н_З – действующее значение напряженности магнитного поля на участках ферромагнитного материала и воздушного зазора соответственно; I – действующее значение тока в намагничивающей обмотке. Учитывая, что , а также, что: перепишем : . Так как относительная магнитная проницаемость магнитомягких материалов в десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости воздуха ₀, то очевидно, что Поэтому можно использовать приближенное равенство: . Подставляя вместо R_З его значение, а вместо Ф его значение , определим ток цепи: . Теперь очевидно, что ток в цепи магнитопровода с зазором можно регулировать, изменяя длину воздушного зазора.

2 . Физические основы работы ферромагнитных стабилизаторов. Магнитные свойства ферромагнитных материалов, как правило, оценивают зависимостью: , получая гистерезисные характеристики. Но нам уже известно, что: , а . Приведенные выражения наглядно показывают прямую пропорциональную зависимость напряженности магнитного поля Н от тока I, а магнитной индукции В от напряжения U. Это позволяет применять к исследованию магнитопроводов вольтамперные характеристики. . Такие характеристики полезны при расчете разветвленных магнитных цепей, включающих несколько элементов. Общий вид зависимости для однородного неразветвленного магнитопровода приведен на рис. 9.1, а. Как и кривая начальной намагниченности, вольтамперная характеристика имеет начальный участок (оа), линейный (аб), колено (бв) и насыщения (в, г). Применим вольтамперные характеристики к анализу принципа работы ферромагнитных стабилизаторов. Упрощенная схема ферромагнитного стабилизатора приведена на рис. 9.1, б. Она включает в свой состав два разомкнутых магнитопровода (дросселя) – Др₁ и Др₂.

Д россель Др₁ работает в линейном режиме. Он исполняет роль ограничителя максимального тока. Дроссель Др₂ работает в режиме насыщения. Их вольтамперные характеристики приведены на рис. 9.2. На этом же рисунке приведена результирующая характеристика . Напряжение на нагрузке определяется падением напряжения на дросселе Др₂ Графики рис. 9.2. показывают, что если на входе цепи действует напряжение U_{вх min}, то нагрузка находится под напряжением U_{Rн min}. Часть входного напряжения падает на сопротивлении дросселя Др₁ – U_{др min}. Пусть входное напряжение увеличилось на величину ∆U_вх = U_{вх max} - U_{вх min}. Это вызывает увеличение напряжения на нагрузке на величину ∆U_Rн = U_{Rн max} - U_{Rн min}. Наглядно видно, что ∆U_Rн в несколько раз меньше ∆U_вх. Реальные ферримагнитные стабилизаторы ослабляют колебания входного напряжения в 510 раз.

Таким образом, дроссель, включенный параллельно нагрузке и работающий в режиме насыщения, способен сглаживать броски напряжения на входе цепи.

3 . Электрические аппараты. Электромагнитные устройства, предназначенные для коммутации, управления и защиты электрических цепей от перегрузок и перенапряжений, называются электрическими аппаратами. К ним относятся контакторы, пускатели, реле, электромагниты и др. устройства. Электрические аппараты входят в состав автоматических, полуавтоматических и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, системами электроосвещения и электротехнологическими установками. Электрические аппараты применяют для управления пуском, для регулирования частоты вращения и для электрического торможения электродвигателей. С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Работа электрических аппаратов основана на использовании ряда физических явлений: – взаимодействие ферромагнитных тел в магнитопроводе; – силовое взаимодействие проводника с током и магнитного поля; – возникновение Э.Д.С. в катушках с током в переменном магнитном поле; – возникновение вихревых токов в массивных электропроводящих телах в переменном магнитном поле; – тепловое действие электрического тока и переменного магнитного потока и др. К основным частям электромагнитных устройств относятся: – электрические контакты (неподвижные и подвижные, нормально замкнутые и нормально разомкнутые, главные и вспомогательные); – механический или электромагнитный механизм (привод) контактной группы (осуществляющий срабатывание контактной группы); – кнопки управления; – рабочие обмотки. По назначению различают следующие электромагнитные устройства: – коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели); – защитные (предохранители, реле защиты); – пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);– контролирующие и регулирующие (датчики, реле); – электромагниты.

3.2. Принцип работы электромагнитных механизмов. Электромагнитный механизм является одним из основных узлов электрических аппаратов. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.3. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода, намагничивающую катушку 3, удерживающую пружину 4. Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму, в результате чего выполняется механическая работа перемещения якоря.