25. Проведите анализ особенностей физических процессов в магнитных цепях переменного тока.

При анализе магнитных цепей переменного тока вводят следующие допущения:

1. магнитное поле рассеяния отсутствует;

2. активное сопротивление обмотки равно нулю.

При таких допущениях можно записать

,

где

Отсюда следует, что магнитный поток в магнитопроводе переменный

и определяется напряжением (воздействием). Если , то

(8.15)

Таким образом, видим, что закон изменения магнитного потока Ф(t) определяется входным напряжением и не зависит от параметров цепи.

Фаза магнитного потока отстает от фазы напряжения на π/2. Это первая

особенность магнитных цепей переменного тока.

Чтобы определить вторую особенность, обратимся к известному для электрических цепей выражению

Из него следует, что

. (8.16)

Подчеркнем, что выражение (8.16) справедливо для линейных электрических цепей. В таких цепях переменные ψ(t) и i(t) – линейные. В простейшей магнитной цепи для этих переменных установлены следующие соотношения:

;

.

Переменные В(t) и Н(t) связаны по закону динамической петли гистерезиса. Эта связь нелинейна. Значит, для магнитных цепей зависимость (8.16) тоже нелинейна и должна иметь вид:

.

Следовательно, индуктивность обмотки магнитопровода зависит от тока и переменна. Это вторая особенность.

Теперь напряжение на участке магнитной цепи определится выражением

.

Видим, что нелинейно. Отсюда третья особенность: магнитные цепи переменного тока являются нелинейными цепями, поэтому при синусоидальном напряжении на обмотке ток в ней оказывается несинусоидальным.

Изменение магнитного потока Ф(t) c частотой  приводит к нагреву

магнитопровода из-за гистерезиса. Следовательно, в магнитопроводе возникают потери электроэнергии. Их называют магнитными потерями. В магнитных цепях постоянного тока магнитных потерь нет. Это четвертая особенность физических процессов в магнитных цепях переменного тока.

26. Поясните физические основы работы простейших электромагнитных устройств

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Известно, что для неразветвленного магнитопровода с зазором закон полного тока имеет вид: (9.1)

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 , (9.2)

а также, что: (9.3)

перепишем (9. 1): . (9.4)

Так как относительная магнитная проницаемость магнитомягких материалов в десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости воздуха ₀, то очевидно, что Поэтому вместо (9.4) можно использовать приближенное равенство: . (9.5)

Подставляя в (9.5) вместо R_З его значение из (9.3), а вместо Ф его значение

,определим ток цепи: . (9.6)

Теперь очевидно, что ток в цепи магнитопровода с зазором можно регулировать, изменяя длину воздушного зазора. Это свойство и используется в сварочных аппаратах для регулирования тока дуги.

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.

Дроссель 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 ферромагнитные 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.