Магнитные цепи переменного потока Уравнения Максвелла в комплексной форме

Расчет электрической цепи постоянного и переменного тока

Магнитные цепи переменного потока.

Потери в сердечниках из ферромагнитного материала при периодическом перемагничивании.

Магнитные цепи машин переменного тока, трансформаторов работают в режиме периодического перемагничивания, т.е. при переменном магнитном потоке ф(t). При периодическом перемагничивании ферромагнитных сердечников в них происходят потери энергии, которые выделяются в виде тепла. Эти потери условно можно разделить на два вида: а) потери на гистерезис рг и б) потери на вихревые токи рв.

Потери на гистерезис обусловлены явлением гистерезиса. Они пропорциональны площади статической петли гистерезиса и частоте перемагничивания:

  [Вт/кг] ,

где кг― коэффициент потерь, зависящий от сорта материала, Bm - амплитуда индукции магнитного поля, n = 1,6 ¸ 2 – показатель степени, в практических расчетах принимается равным 2.

Для уменьшения потерь на гистерезис сердечники машин и трансформаторов изготавливают из специальных магнитомягких материалов, так называемых электротехнических сталей, которые имеют узкую петлю гистерезиса.

Переменный магнитный поток ф(t) наводит ЭДС не только в витках обмоток, расположенных на сердечнике, но и в самом сердечнике. Под действием этой ЭДС внутри сердечника возникают так называемые вихревые токи, которые вызывают дополнительные потери энергии. Так как ЭДС пропорциональна частоте перемагничивания f и амплитуде индукции Bm, а мощность потерь пропорциональна квадрату ЭДС, то из этого следует вывод, что потери на вихревые токи пропорциональны f 2 и Bm2:

  [Вт/кг],

 где ― коэффициент потерь, зависящий от сорта материала.

С целью уменьшения потерь на вихревые токи ферромагнитные сердечники изготавливают не сплошными, а набирают из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату толщины листа (d2). Чем тоньше лист, тем меньше потери на вихревые токи в сердечнике, но при этом сам сердечник дороже становиться дороже. Оптимальная толщина листа на промышленной частоте Гц составляет 0,3―0,4 мм.

В справочной литературе для разных типов ферромагнитных материалов приводятся суммарные удельные потери , отнесенные к конкретным параметрам режима. Например,  Вт/кг означает, что потери соответствуют амплитуде индукции Bm =1,0 Тл при частоте  Гц. Учитывая квадратичную зависимость потерь от амплитуды индукции, то их можно определить для любого значения Bm, например Bm=1,5 Тл:

 [Вт/кг].

Для определения отдельных составляющих потерь в сердечнике рг и рв необходимо выполнить измерение или расчет суммарных потерь на двух различных частотах   и  при одинаковой амплитуде индукции Bm, и с учетом их различной зависимости от частоты() разделить эти потери на составляющие.

В справочной литературе для разных типов ферромагнитных материалов приводится так же удельная намагничивающая (реактивная) мощность (Bm). Эта зависимость носит сложный характер, поэтому приводится в виде графической диаграммы или в виде таблицы координат точек (рис. 251):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет магнитной цепи переменного потока комплексным методом Машины переменного тока, трансформаторы, в которых ферромагнитные сердечники подвергаются периодическому перемагничиванию, работают в режиме вынужденного синусоидального напряжения на их обмотках. Рассмотрим работу магнитной цепи на примере сердечника трансформатора (рис. 252а). К обмотке трансформатора приложено синусоидальное напряжение , геометрические размеры магнитопровода и характеристики его материала заданы

Теория электромагнитного поля Электростатическое поле Электротехника ― это отрасль знаний об электромагнитных явлениях и их практическом применении в технике. Физической основой всех электромагнитных явлений является электромагнитное поле. Электромагнитное поле представляет собой вид материи, характеризующийся воздействием на заряженные частицы. Как вид материи электромагнитное поле обладает массой, энергией, количеством движения, оно может превращаться в вещество и наоборот.

Уравнения электростатического поля в интегральной и дифференциальной форме Интегральная форма уравнений описывает поле в конечных размерах объема, поверхности, линии, расположенных в пространстве. Дифференциальная форма тех же уравнений описывает поле в произвольных точках пространства.

Граничные условия в электростатическом поле

Уравнение Пуассона и Лапласа. Теорема единственности решения Расчет электростатических полей с использованием уравнений  и  возможен только в простейших случаях. Наиболее общим методом является расчет электростатических полей на основе решения уравнений Пуассона и Лапласа. Выведем эти уравнения.

Электростатическое поле осевых зарядов

Для определения последних составляют по второму закону Кирхгофа для этих контуров п уравнений в виде

,

где Rkk – сумма сопротивлений всех ветвей, входящих в контур k или всегда положительное собственное сопротивление контура;

 Rkl = Rlk  – сумма сопротивлений элементов, входящих в контуры k и l, причем, если направления контурных токов в общей для контуров k и l ветви совпадают, то значение Rkl положительно, в противном случае оно отрицательно;

 Ekk – алгебраическая сумма ЭДС источников, включенных в ветви, образующие контур k;

 Rkk+m – общее сопротивление k+m контура с контуром, содержащим источник тока Jm.


Векторный потенциал магнитного поля