Метод эквивалентных синусоид (метод расчета по действующим значениям)
Сравнение аналитического и графического подходов к применению метода эквивалентных синусоид для расчета электрических цепей. Определение потерь в стали сердечника при переменных токах гистерезисом и вихревыми токами, вызываемыми переменным потоком.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.03.2017 |
| Размер файла | 166,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Метод эквивалентных синусоид (метод расчета по действующим значениям)
Сущность метода эквивалентных синусоид была изложена в лекции №35 при рассмотрении его графической реализации. При аналитическом варианте применения метода отсутствует основной этап графических построений, в частности векторных диаграмм, который заменяется соответствующими вычислениями с использованием аналитических соотношений для комплексов эквивалентных синусоидальных величин.
Графический вариант применения метода эквивалентных синусоид характеризуется, в первую очередь для относительно простых схем, большей наглядностью. В то же время при аналитическом подходе повышается точность расчетов за счет устранения погрешностей, связанных с графическими построениями.
Переход к эквивалентным синусоидам в сочетании с символическим методом позволяет составлять эквивалентные схемы замещения с эквивалентными параметрами и . Трудности анализа и расчета заключаются в том, что значения этих параметров зависят от искомых напряжений, токов и потоков, т. е. заранее не известны.
Переход к эквивалентным синусоидам соответствует замене реальных петель гистерезиса или эквивалентными эллипсами. На рис. 1 представлен эквивалентный эллипс, заменяющий реальную кривую , которому соответствуют параметрические уравнения, определяемые синусоидальными функциями
где - угол потерь, определяющий мощность потерь в единице объема ферромагнетика за один цикл перемагничивания
.
При переменных токах потери в стали сердечника определяются не только гистерезисом, но и вихревыми токами, вызываемыми переменным потоком. Таким образом, динамическая петля гистерезиса шире статической и отличается от последней по форме. Отметим, что для уменьшения потерь от вихревых токов сердечник набирают из изолированных тонких листов (при частоте Гц их толщина мм), выполненных из сталей со специальными присадками, снижающими проводимость.
При пренебрежении неравномерностью распределения магнитной индукции по сечению мощность потерь от вихревых токов определяется соотношением
,
где - эмпирический коэффициент, определяемый сортом стали и размером листов; G - масса сердечника.
В свою очередь мощность потерь от гистерезиса
,
где n=1,8…2,2 (часто в первом приближении принимается n=2); - эмпирический коэффициент, зависящий от сорта стали.
Полные потери в стали , помимо указанных, определяются также дополнительными , связанными с магнитной вязкостью материала, т.е.
.
Для определения параметров эквивалентной синусоиды тока: его действующего значения и угла потерь (фазового сдвига относительно магнитного потока) - удобно пользоваться соотношением для мощности потерь в стали
и намагничивающей мощности
где - напряжение, приложенное к нелинейной катушке индуктивности с числом витков и площадью сечения сердечника ; -соответственно удельные (на единицу массы сердечника) потери в стали и намагничивающая мощность. Значения и берутся из экспериментальных характеристик и , выражающих зависимости этих величин от амплитуды индукции (см. в качестве примера кривые на рис. 2) в режиме синусоидальной индукции.
Переход к эквивалентным синусоидам и соответственно к эквивалентному эллипсу, заменяющему реальную кривую зависимости , позволяет ввести в рассмотрение относительную комплексную магнитную проницаемость
где - объем стали сердечника длиной и сечением ,
и комплексное магнитное сопротивление
являющееся аналогом магнитному сопротивлению
в нелинейных цепях при постоянных магнитных потоках.
Катушка с ферромагнитным сердечником
Нелинейная катушка индуктивности изображена на рис. 3. Здесь R-активное сопротивление обмотки с числом витков w; Ф-основной поток, замыкающийся по сердечнику; -поток рассеяния, которому соответствует индуктивность рассеяния и индуктивное сопротивление рассеяния
.
Различают параллельную и последовательную схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником. Эти схемы, а также соответствующие им соотношения и векторные диаграммы приведены в табл. 1.
Таблица 1. Схемы замещения, уравнения и векторные диаграммы для катушки c ферромагнитным сердечником
|
Схема замещения |
Уравнения и соотношения для параметров |
Векторная диаграмма |
|
|
Параллельная Последовательная |
где где |
Примечание. 1. Если сердечник содержит воздушный зазор величиной , в схему замещения параллельно ветви, содержащей нелинейную катушку с проводимостью , включается дополнительная линейная катушка индуктивности с сопротивлением
2. При пренебрежении активным сопротивлением обмотки и потоком рассеяния связь между эквивалентным электрическим сопротивлением катушки и комплексным магнитным сопротивлением сердечника определяется соотношением
или
Трансформатор с ферромагнитным сердечником
Трансформатор с ферромагнитным сердечником изображен на рис. 4. Здесь и - активные сопротивления первичной и вторичной обмоток с числами витков и соответственно. - основной поток, замыкающийся по сердечнику. и - потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток, которым соответствуют индуктивности рассеяния и и индуктивные сопротивления рассеяния
и .
Основные соотношения, схема замещения и векторная диаграмма для трансформатора с ферромагнитным сердечником приведены в табл. 2.
Таблица 2. Трансформатор с ферромагнитным сердечником
|
Вид информации |
Уравнения, соотношения, векторная диаграмма |
Примечание |
|
|
Уравнения для первичной и вторичной цепей Коэффициент трансформации Параметры вторичной цепи, приведенные к первичной: напряжение на нагрузке ток ЭДС сопротивление вторичной обмотки сопротивление нагрузки Уравнения приведенного трансформатора |
где где |
У правильно сконструированных трансформаторов при нагрузке, близкой к номинальной, |
|
|
Схема замещения |
Выражения для и те же, что и для катушки с ферромагнитным сердечником (см. табл. 1) |
||
|
Векторная диаграмма |
Диаграмма строится, начиная со вторичного контура, для произвольного расположения . - угол нагрузки |
Литература
электрический сердечник сталь гистерезис
1. 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.
2. 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.
3. 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.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности применения метода эквивалентных синусоид для приближенного расчета режима в нелинейных цепях. Метод эквивалентного генератора для цепей с одним нелинейным элементом. Метод итераций для расчета сложных схем с применением вычислительной техники.
презентация [273,5 K], добавлен 28.10.2013Особенности сборки простейших электрических цепей. Использование электроизмерительных приборов. Методы анализа электрических цепей со смешанным соединением резисторов (потребителей). Справедливость эквивалентных преобразований схем электрических цепей.
лабораторная работа [460,4 K], добавлен 27.07.2013Расчет эквивалентных параметров цепей переменного тока. Применение символического метода расчета цепей синусоидального тока. Проверка баланса мощностей. Исследование резонансных явлений в электрических цепях. Построение векторных топографических диаграмм.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 09.02.2013Применение метода контурных токов для расчета электрических схем. Алгоритм составления уравнений, порядок расчета. Метод узловых потенциалов. Определение тока только в одной ветви с помощью метода эквивалентного генератора. Разделение схемы на подсхемы.
презентация [756,4 K], добавлен 16.10.2013Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014Понятие и примеры простых резистивных цепей. Методы расчета простых резистивных цепей. Расчет резистивных электрических цепей методом токов ветвей. Метод узловых напряжений. Описание колебания в резистивных цепях линейными алгебраическими уравнениями.
реферат [128,0 K], добавлен 12.03.2009Анализ свойств цепей, методов их расчета применительно к линейным цепям с постоянными источниками. Доказательство свойств линейных цепей с помощью законов Кирхгофа. Принцип эквивалентного генератора. Метод эквивалентного преобразования электрических схем.
презентация [433,3 K], добавлен 16.10.2013Метод уравнений Кирхгофа. Баланс мощностей электрической цепи. Сущность метода контурных токов. Каноническая форма записи уравнений контурных токов. Метод узловых напряжений (потенциалов). Матричная форма узловых напряжений. Определение токов ветвей.
реферат [108,5 K], добавлен 11.11.2010Расчет резистивной цепи методом наложения. Система уравнений по методу законов Кирхгофа. Метод эквивалентного генератора. Матрично-топологический метод, применение. Классический, оперативный метод расчета. Графики характера тока, его изменение во времени.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 10.06.2012Основные понятия теории электрических цепей: переходные процессы; интеграл Дюамеля; передаточные характеристики; дискретизация. Первый и второй законы коммутации. Классический метод расчета переходных процессов. Сопоставление дискретизированных сигналов.
курсовая работа [997,1 K], добавлен 22.08.2013Сборка простейших электрических цепей. Методы анализа цепей со смешанным соединением резисторов (потребителей). Экспериментальная проверка справедливости эквивалентных преобразований схем цепей. Особенности измерения сопротивления. Второй закон Кирхгофа.
лабораторная работа [199,6 K], добавлен 27.07.2013Элементы R, L, C в цепи синусоидального тока и фазовые соотношения между их напряжением и током. Методы расчета электрических цепей. Составление уравнений по законам Кирхгофа. Метод расчёта электрических цепей с использованием принципа суперпозиции.
курсовая работа [604,3 K], добавлен 11.10.2013Понятие переходных процессов, замыкание и размыкание ключа. Сущность законов коммутации. Использование классического метода расчета переходных процессов для линейных цепей. Определение независимых и зависимых начальных условий, принужденных составляющих.
презентация [279,4 K], добавлен 28.10.2013Применение метода междуузлового напряжения при анализе многоконтурной электрической схемы, имеющей два потенциальных узла. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Цепи с параллельным, последовательно-параллельным соединением резистивных элементов.
презентация [1,8 M], добавлен 25.07.2013Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.
презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019Прямое преобразование Лапласа. Замена линейных дифференциальных уравнений алгебраическими уравнениями. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Метод переменных состояния. Особенности и порядок расчета переходных процессов операторным методом.
презентация [269,1 K], добавлен 28.10.2013Схематическое описание переменного состояния электрической цепи, пример преобразования Лапласа. Проведение расчета оригинала переменного состояния цепи с помощью теоремы разложения. Приближенное состояние электрической цепи и методы его интегрирования.
презентация [181,7 K], добавлен 20.02.2014Структура потерь электроэнергии в электрических сетях. Технические потери электроэнергии. Методы расчета потерь электроэнергии для сетей. Программы расчета потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях. Нормирование потерь электроэнергии.
дипломная работа [130,1 K], добавлен 05.04.2010Структура электрических сетей, их режимные характеристики. Методика расчета потерь электроэнергии. Общая характеристика мероприятий по снижению потерь электроэнергии и определение их эффективности. Зависимость потерь электроэнергии от напряжения.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 18.04.2012Расчет цепи с использованием классического метода, ее главные параметры: напряжение, ток переходного процесса, на индуктивностях. Методика и основные этапы расчета цепи с использованием операторного метода. Составление эквивалентных схем и графиков.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 22.05.2014
