Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи (1996) (1092093), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Потери, обусловленные гистерезисом. При периодическом перемагничивании ферромагнитного материала в нем совершаются необратимые процессы, на которые расходуется энергия от намагничивающего источника. В общем случае потери в ферромаг- 426 Рис. 14.3 нитном сердечнике обусловлены гистерезисом, макроскопическими вихревыми токами и магнитной вязкостью. Степень проявления различных видов потерь зависит от скорости перемагничивания ферромагнитного материала. Если сердечник перемагничивается во времени замедленно, то потери в сердечнике обусловлены практически только гистерезисом (потери от макроскопических вихревых токов и магнитной вязкости при этом стремятся к нулю). Физически потери, обусловленные гистерезисом, вызваны инерционностью процессов роста зародышей перемагничивания, инерционностью процессов смещения доменных границ и необратимыми процессами вращения векторов намагниченности.
Плошадь гнстереансной оетлнфИЙВ харантернаует энергию, выделяющуюся в единице объема ферромагнитного вещества за один цикл перемагничивания. Представим площадь гистерезисной петли (рис 14.3) в виде суммы четырех площадей:$НдВ = 5~ + 32+ Зз + 54. Площадь 5~ соответствует движению от точки 1 до точки 2; так как на этом участке Н ~ О и дВ ~ О, то произведение ИПВ ~ О и 51 ) О.
Площадь 52 характеризует движение от точки 2 до точки 3, так как в этом интервале И ) О и дВ~О, то Вз ~ О. Площадь Вз — движение от точки д до точки 4; так как Н с" О и 4 В < О, то Вз.'- О. Площадь54 — движениеотточки4доточки l; так как Н с Он д В) О, то З4< О. Если ферромагнитный сердечник подвергается периодическому намагничиванию (например, в цепях переменного тока), то для Уменьшения потерь на гистерезис в нем он должен быть выполнен нз магнитомягкого материала (см. ф 14.5). 427 риков не насыщаются; ц, их находится в интервале от нескольких единиц до нескольких десятков.
Ферриты — ферримагнитные м атериалы. Магнитомягкие ферриты изготовляют из оксидов железа, марганца и цинка или из оксидов железа, никеля и цинка. Смесь формуют и обжигают, в результате получают твердый раствор. По своим электрическим свойствам ферриты являются полупроводниками. Их объемное сопротивление о = 1 —:10'Ом ° м,тогда какдля железа о = 10 бОм ° м. Можно получить ферриты с различными магнитными свойствами. В отличие от магнитодиэлектриков ферриты могут насыщаться. Коэрцитивная сила магнитомягких ферритов составляет примерно 10 А/м. Маркируют их буквами и цифрой. Например, феррит 6000 НМ означает никель-марганцевый феррит, у которого на начальном участке кривой намагничивания р, = б000. Магнитотвердые ферриты выполняют на основе феррита бария.
Например, у феррита 3 БА В, = 0,38 Тл; и, = 145 А/м. ф 14.7. Закон полного тока. Магнитное поле создается электрическими токами. Количественная связь между линейным интегралом от вектора напряженности магнитного поля Н вдоль любого произвольного контура и алгебраической суммой токов ~~~ 1, охваченных этим контуром, определяется законом полного тока (14 5) Положительное направление интегрирования И связано с положительным направлением тока У правилом правого винта. Если ' контур интегрирования будет пронизывать катушк~с числом вит!. „' ков и, по которой проходит ток!, то ~ У = Ум и $ О йУ = Ум.
Закон полного тока является опытным законом. Его можно эксперимеитвльио проверить путем ивмеревии $ О й с помоптьюспециального устройства (известного из курса физики), называемого магнитным поясом. ф 14.8. Магнитодвижущая (намагиичивающая) сила. Магнитодвижущей силой (МДС) или намагничивающей силои (НС) катушки или обмотки с током называют произведение числа витков катушки в на протекающий по ней ток 1. МДС 7в вызывает магнитный поток в магнитной цепи подобно тому, как ЭДС вызывает электрический ток в электрической цепи. Как и ЭДС, МДС вЂ” величина направленная (положительное направление на схеме обозначают стрелкой). Положительное направление МДС совпадает с движением ост- йооооой лошак Рис.
14.5 Рис. 14.б рия правого винта, если винт вращать по направлению тока в обмотке. Для определения положительного направления МДС пользуются мнемоническим правилом: если сердечник мысленно охватить правой рукой, расположив ее пальцы по току в обмотке, а затем отогнуть большой палец, то последний укажет направление МДС. На рис 14.5 дано несколько эскизов с различным направлением намотки катушек на сердечник и различным направлением МДС.
ф 14.9. Разновидности магнитных цепей. Магнитной цепью в общем случае называют совокупность катушек с током, ферромагнитных тел или каких-либо иных тел (сред), по которым замыкается магнитный поток. Магнитные цепи могут быть подразделены на неразветвленные и разветвленные. Примером неразветвленной цепи может служить цепь, показанная на рис. 14.6. Разветвленные цепи делятся на симметричные и несимметричные. Магнитная цепь на рис.
14.7 симметрична: в ней Ф, = Ф„если обе части ее, расположенные слева и справа от вертикальной пунктирной линии, одинаковы в геометрическом отношении, изготовлены из одного и того же материала и если!,и, = 7,ы . Достаточно сделать 7,ы, Ф 7,ыа, изменить направление тока в~~: одной из обмоток или сделать воздушный зазор в одном из крайних стержней'магнитопровода, чтобы магнитная цепь (рис. 14.7) стала несимметричной. Если цепь (рис. 14.7) окажется несимметричной,, тоФ, ~ Ф,. яоч ф 14.10. Роль ферромагнитных материалов в магнитной цепи.'' Электрические машины, трансформаторы и другие аппараты конструируют так, чтобы магнитный поток в них был'по возможности наибольшим.
Если в магнитную цепь входит ферромагнитный ма-" териал, то поток в ее ветвях при одной и той же МДС и одинаковой -о' геометрии цепи оказывается во много раз больше, чем в случае отсутствия ферромагнитного материала. Пример 139. Даны два одинаковых в геометрическом отношении кольцевых сердечника (рис. 14.8). Радиус их средней магнитной линии 1г = 10 см, поперечное сечение 5 = 2 см . Один сердечник неферромагнитный, например деревянный, а 430 Рис. 14.7 Рис. 14.8 другой — ферромагнитный(кривая намагничивания представлена на рнс.
14,9). На каждый кольцевой сердечник намотана обмотка с числом витков в = 200 н через ннх пропущен одинаковый ток 1 = 1 А. Определить потоки в сердечниках. Р е ш е н н е. По закону полного тока, напряженность поля одинакова в обоих сердечниках н не зависит от материала: Н = йи/(2пЯ) = 1 ° 200/(2л.0,1) = 318 А/м.
Магнитный поток в неферромагннтном сердечнике Ф„ф —— ВБ = РОР,Н5 = 1,257* 10 — 6 318 2 10-4 = 8. 10-8 Вб. По кривой намагничивания (рнс. 14.9) находим, что прн Н = 318 А/м Вж1,02 Тл. Магнитный поток в ферромагнитном сердечнике Ффм = ВЯ = 102 10 2=204'10 Вб Таким образом, поток в ферромагнитном сердечнике в 2550 раз больше, чем в неферром агннтном. Ферромагнитные материалы вводят в магнитную цепь также с целью сосредоточения магнитного поля в заданной области пространства н придания ему определенной конфигурации.
$14.11. Падение магнитного напряжения. Падением магнитного наг!ряжения между точками а и Ь магнитной цепи называют линейный интеграл от напряженности магнитного поля между этими точками: (14.б) и„„=~йод О 431 где 1„— длина пути между точками а и Ь. Единица падения магнитного напряжения — ампер (А). В том случае, когда участок магнитной цепи между точками а и Ь может быть подразделен на и отдельных частей так, что для каждой части Н = Н„= сопз1, то » ~маь = ИА. Д: — 1 (14.7) ф 14.12.
Вебер-амперные характеристики. Под вебер-амлерной (максвелл-амперной) характеристикой (ВАХ)' понимают зависимость потока Ф по какому-либо участку магнитной цепи от падения магнитного напряжения на этом участке: Ф = ~(~l . Она также важна при расчетах и исследовании магнитных цепей„как и ВАХ нелинейных сопротивлений при расчетах и исследовании электрических цепей с нелинейными резисторами (см.
гл. 13). ВАХ при расчетах магнитных цепей в готовом виде не задаются. Перед расчетом их нужно построить с помощью кривых намагничивания ферромагнитных материалов, входящих в магнитную цепь. ф 14.13. Построение вебер-амперных характеристик. На рис. 14.10 изображен участок магнитной цепи, по которому проходит поток Ф. Пусть участки 11 и 1 сечением 5 выполнены из ферромагнитного материала, кривая В = ~(И) для которого дана на рис.
14.9. в,т» 4Ь' И Иа жП ЯЮ аЮ Ит НПО НК Н, ~м Рис. 14.10 Рис. 14.9 'В гл. 14(в отличие от гл. 13) под ВАХ понимается вебер-амперная хараитер" стика. 432 Если на этом участке Йцостоянна и совпадает по направлению с элементом пути Н, то И Ж = НИсозО' и Н можно вынести из-под знака интеграла. Тогда ~маЬ И) ~~ Н~аЬ~ (14.6а) а На участке длиной 6 магнитный поток проходит по воздуху. Требуется построить БАХ участка цепи между точками а и Ь. При построении допустим, что: 1) магнитный поток вдоль всего участка от а до Ь постоянен (отсутствует рассеяние); 2) сечение магнитного потока в воздушном зазоре такое же, как и на участках 1, и 1 (отсутствует боковой распор силовых линий в зазоре).
В действительности оба допущения справедливы лишь в известной мере и чем больше воздушный зазор, тем менее они выполняются. Построение БАХ производим следующим образом Задаемся рядом значений индукции В, например для электротехнических сталей 0; 0,5; 0,8; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 Тл, и для каждого значения В находим напряженности поля на всех участках1,, 1, и б. На участках из ферромагнитного материала (1, и 1з) напряженность Н, = Н,(так как В, = В,) определяем по кривой намагничивания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
