Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках. Основные понятия и законы магнитных цепей
Особенности концентрации магнитного поля и придания ему желаемой конфигурации. Векторные величины, характеризующие магнитное поле. Свойства ферромагнитных материалов, статическая магнитная проницаемость. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.03.2017 |
| Размер файла | 76,8 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/
Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках. Основные понятия и законы магнитных цепей
При решении электротехнических задач все вещества в магнитном отношении делятся на две группы:
· ферромагнитные (относительная магнитная проницаемость );
· неферромагнитные (относительная магнитная проницаемость ).
Для концентрации магнитного поля и придания ему желаемой конфигурации отдельные части электротехнических устройств выполняются из ферромагнитных материалов. Эти части называют магнитопроводами или сердечниками. Магнитный поток создается токами, протекающими по обмоткам электротехнических устройств, реже - постоянными магнитами. Совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции, называют магнитной цепью.
Магнитное поле характеризуется тремя векторными величинами, которые приведены в табл. 1.
Таблица 1. Векторные величины, характеризующие магнитное поле
|
Наименование |
Обозначение |
Единицы измерения |
Определение |
|
|
Вектор магнитной индукции |
Тл (тесла) |
Векторная величина, характеризующая силовое действие магнитного поля на ток по закону Ампера |
||
|
Вектор намагниченности |
А/м |
Магнитный момент единицы объема вещества |
||
|
Вектор напряженности магнитного поля |
А/м |
, где Гн/м- магнитная постоянная |
Основные скалярные величины, используемые при расчете магнитных цепей, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные скалярные величины, характеризующие магнитную цепь
|
Наименование |
Обозначение |
Единица измерения |
Определение |
|
|
Магнитный поток |
Вб (вебер) |
Поток вектора магнитной индукции через поперечное сечениемагнитопровода |
||
|
Магнитодвижущая (намагничивающая) сила МДС (НС) |
A |
где -ток в обмотке,-число витков обмотки |
||
|
Магнитное напряжение |
А |
Линейный интеграл от напряженности магнитного поля , где и -граничные точки участка магнитной цепи, для которого определяется |
Свойства ферромагнитных материалов характеризуются зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля. При этом различают кривые намагничивания, представляющие собой однозначные зависимости , и гистерезисные петли - неоднозначные зависимости (см. рис. 1).
Основные понятия, характеризующие зависимости , приведены в табл. 3.
Таблица 3. Основные понятия, характеризующие зависимости
|
Понятие |
Определение |
|
|
Магнитный гистерезис |
Явление отставания изменения магнитной индукции B от изменения напряженности магнитного поля H |
|
|
Статическая петля гистерезиса |
Зависимость ,получаемая путем ряда повторных достаточно медленных изменений магнитной напряженности в пределах выбранного значения(см. кривые 1 на рис. 1). Площадь статической петли гистерезиса характеризует собой потери на магнитный гистерезис за один период изменения магнитной напряженности |
|
|
Начальная кривая намагничивания |
Кривая намагничивания предварительно размагниченного ферромагнетика (B=0;H=0) при плавном изменении магнитной напряженности H. Представляет собой однозначную зависимостьи обычно близка к основной кривой намагничивания |
|
|
Основная кривая намагничивания |
Геометрическое место вершин петель магнитного гистерезиса (см. кривую 2 на рис. 1). Представляет собой однозначную зависимость |
|
|
Предельная петля гистерезиса (предельный цикл) |
Симметричная петля гистерезиса при максимально возможном насыщении |
|
|
Коэрцитивная (задерживающая) сила |
Напряженность магнитного поля Нс, необходимая для доведения магнитной индукции в предварительно намагниченном ферромагнетике до нуля. В справочной литературе обычно дается для предельной петли гистерезиса |
|
|
Остаточная индукция |
Значение индукции магнитного поля Вr при равной нулю напряженности магнитного поля. В справочной литературе обычно дается для предельного цикла |
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Перемагничивание ферромагнитного материала связано с расходом энергии на этот процесс. Как уже указывалось, площадь петли гистерезиса характеризует энергию, выделяемую в единице объема ферромагнетика за один цикл перемагничивания. В зависимости от величины этих потерь и соответственно формы петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Первые характеризуются относительно узкой петлей гистерезиса и круто поднимающейся основной кривой намагничивания; вторые обладают большой площадью гистерезисной петли и полого поднимающейся основной кривой намагничивания.
Магнитомягкие материалы (электротехнические стали, железоникелевые сплавы, ферриты) определяют малые потери в сердечнике и применяются в устройствах, предназначенных для работы при переменных магнитных потоках (трансформаторы, электродвигатели и др.). Магнитотвердые материалы (углеродистые стали, вольфрамовые сплавы и др.) используются для изготовления постоянных магнитов.
Статическая магнитная проницаемость (в справочниках начальная и максимальная)
(1)
определяется по основной кривой намагничивания и в силу ее нелинейности не постоянна по величине (см. рис. 2).
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
(2)
Кривые и имеют две общие точки: начальную и точку, соответствующую максимуму (см. рис. 2).
При учете петли гистерезиса статическая магнитная проницаемость, определяемая согласно (1), теряет смысл. При этом значения определяют по восходящей ветви петли при и по нисходящей - при .
При переменном магнитном потоке вводится также понятие динамической магнитной проницаемости, определяемой соотношением, аналогичным (2), по динамической характеристике.
Оснвные законы магнитных цепей. В основе расчета магнитных цепей лежат два закона (см. табл. 4).
Таблица 4.. Основные законы магнитной цепи
|
Наименование закона |
Аналитическое выражение закона |
Формулировка закона |
|
|
Закон (принцип) непрерывности магнитного потока |
Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю |
||
|
Закон полного тока |
Циркуляция вектора напряженности вдоль произвольного контура равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром |
При анализе магнитных цепей и, в первую очередь, при их синтезе обычно используют следующие допущения:
- магнитная напряженность, соответственно магнитная индукция, во всех точках поперечного сечения магнитопровода одинакова
- потоки рассеяния отсутствуют (магнитный поток через любое сечение неразветвленной части магнитопровода одинаков);
- сечение воздушного зазора равно сечению прилегающих участков магнитопровода.
Это позволяет использовать при расчетах законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей (см. табл. 5), вытекающие из законов, сформулированных в табл. 4.
Таблица 5. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей
|
Наименование закона |
Аналитическое выражение закона |
Формулировка закона |
|
|
Первый закон Кирхгофа |
Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитопровода равна нулю |
||
|
Второй закон Кирхгофа |
Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС, действующих в контуре |
||
|
Закон Ома |
где |
Падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной равно произведению магнитного потока и магнитного сопротивления участка |
Сформулированные законы и понятия магнитных цепей позволяют провести формальную аналогию между основными величинами и законами, соответствующими электрическим и магнитным цепям, которую иллюстрирует табл. 6.
Таблица 6. Аналогия величин и законов для электрических и магнитных цепей
|
Электрическая цепь |
Магнитная цепь |
|
|
Ток |
Поток |
|
|
ЭДС |
МДС (НС) |
|
|
Электрическое сопротивление |
Магнитное сопротивление |
|
|
Электрическое напряжение |
Магнитное напряжение |
|
|
Первый закон Кирхгофа: |
Первый закон Кирхгофа: |
|
|
Второй закон Кирхгофа: |
Второй закон Кирхгофа: |
|
|
Закон Ома: |
Закон Ома: |
магнитный поле статический проницаемость
Литература
1. 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.
2. 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.
3. 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.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проявления магнитного поля, параметры, его характеризующие. Особенности ферромагнитных (магнитомягких и магнитотвердых) материалов. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей постоянного тока, принцип их расчета, их аналогия с электрическими цепями.
контрольная работа [122,4 K], добавлен 10.10.2010Понятие и действие магнитного поля, его характеристики: магнитная индукция, магнитный поток, напряжённость, магнитная проницаемость. Формулы магнитной индукции и правило "левой руки". Элементы и типы магнитных цепей, формулировка их основных законов.
презентация [71,7 K], добавлен 27.05.2014Основные критерии классификации магнитных материалов. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Свойства ферритов и магнитодиэлектриков. Магнитные материалы специального назначения. Анализ магнитных цепей постоянного тока.
курсовая работа [366,4 K], добавлен 05.01.2017Исследование сущности магнитного поля, которое создаётся движущимися электрическими зарядами. Особенности магнитных линий - очертаний, образовавшиеся под воздействием магнитных сил. Признаки магнитной индукции - величины характеризующей магнитное поле.
презентация [786,7 K], добавлен 13.06.2010Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.
курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Магнитные свойства веществ. Условия создания и проявление магнитного поля. Закон Ампера и единицы измерения магнитного поля.
презентация [293,1 K], добавлен 16.11.2011Формулировка законов Кирхгофа. Расчет цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединениями резистивных элементов. Передаточная функция цепи и ее связь с импульсной, переходной и частотными характеристиками цепи. Определение токов в ветвях цепи.
контрольная работа [905,0 K], добавлен 08.01.2013История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.
презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010Определение наличия и направления магнитного поля метки. Создание постоянного магнитного поля, компенсирующего действие постоянных внешних магнитных полей. Принципиальная схема зарядно-разрядного узла устройства. Определение разряда накопительной емкости.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015Особенности экспериментальной проверки законов Кирхгофа. Сущность основных свойств линейных цепей постоянного тока. Проверка принципа наложения и теоремы об эквивалентном генераторе. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 29.06.2012Разветвленная магнитная цепь: понятие и структура, элементы и принципы их взаимодействия. Схема замещения магнитной цепи. Методика расчета магнитных напряжений. Расчет цепей с линейными и нелинейными индуктивными элементами, определение коэффициентов.
презентация [663,3 K], добавлен 28.10.2013Основные элементы электрической цепи, источник ЭДС и источник тока. Линейные цепи постоянного тока, применение законов Кирхгофа. Основные соотношения в синусоидальных цепях: сопротивление, емкость, индуктивность. Понятие о многофазных электрических цепях.
курс лекций [1,2 M], добавлен 24.10.2012Геомагнитное поле земли. Причины возникновения магнитных аномалий. Направление вектора напряженности земли. Техногенные и антропогенные поля. Распределение магнитного поля вблизи воздушных ЛЭП. Влияние магнитных полей на растительный и животный мир.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 19.09.2012Алгоритмы и последовательность действий при расчёте цепей постоянного магнитного потока, трехфазной цепи со статической нагрузкой и в аварийном режиме, построении диаграммы токов и напряжения. Аналитический расчет магнитной цепи в системе MathCAD.
курсовая работа [7,9 M], добавлен 21.04.2019Введение в магнитостатику. Сила Лоренца. Взаимодействие токов. Физический смысл индукции магнитного поля, его графическое изображение. Примеры расчета магнитных полей прямого тока и равномерно движущегося заряда. Сущность закона Био–Савара-Лапласа.
лекция [324,6 K], добавлен 18.04.2013Характеристика основных заданий электротехники - науки о техническом (прикладном) использовании электрических и магнитных явлений. Электрическая схема и её топологические элементы, которые позволяют описать структуру цепи. Связные и несвязные графы.
реферат [473,0 K], добавлен 21.11.2010Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010Процесс формирования и появления магнитного поля. Магнитные свойства веществ. Взаимодействие двух магнитов и явление электромагнитной индукции. Токи Фуко — вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении магнитного потока.
презентация [401,5 K], добавлен 17.11.2010Анализ неразветвленных и разветвленных магнитных цепей. Трансформаторы, асинхронные и синхронные электрические машины. Разработка задач по нелинейным электрическим цепям. Выпрямители, магнитные цепи постоянного потока, электромагнитные устройства.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 25.09.2012Открытие связи между электричеством и магнетизмом, возникновение представления о магнитном поле. Особенности магнитного поля в вакууме. Сила Ампера, магнитная индукция. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов. Понятие силы Лоренца.
презентация [369,2 K], добавлен 21.03.2014
