23. Магнитные цепи

Интенсивность магнитного поля характеризуется векторной величиной: напряженностью магнитного поля , измеряемой в амперах на метр (A/м), вектором магнитной индукции , измеряемой в теслах (Тл). Напряженность магнитного поля не зависит, а магнитная индукция зависит от свойств окружающей среды.   =   =  μ₀ μ , где  μ₀ - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; μ - относительное значение магнитной проницаемости, безразмерная величина; μ₀ = 4π╥10^-7 Гн/м.

В зависимости от величины относительной магнитной проницаемости, все вещества делятся на три группы.

1. диамагнетики: вещества, у которых μ< 1.

2. парамагнетики, вещества с μ >1.

3. ферромагнетики, вещества с μ >> 1 ( железо, никель, кобальт и многие сплавы из неферромагнитных веществ).

Магнитная цепь - совокупность устройств, содержащих феромагнитные вещества. Процессы в магнитных цепях описываются с помощью понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока.

Магнитным  потоком называется  поток вектора магнитной индукции через     поверхность S: .  Магнитный поток измеряется в веберах (Вб). Источником магнитодвижущей силы является либо постоянный магнит, либо электромагнит (катушка, обтекаемая током).

 Магнитодвижущая сила электромагнита  где  I - ток, протекающий в катушке; W - число витков катушки.    В магнитных цепях используется свойство ферромагнитного материала тысячекратно усиливать магнитное поле катушки с током за счет собственной намагниченности.

Расчет магнитных цепей. Основным законом, используемым при расчетах магнитных цепей, является закон полного тока. Он формулируется следующим образом: линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равен алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром. Если контур интегрирования охватывает катушку с числом витков W, через которую протекает ток I, то алгебраическая сумма токов , где F - магнитодвижущая сила.

    Обычно  контур  интегрирования  выбирают таким образом, чтобы он совпадал с  силовой линией магнитного поля, тогда векторное произведение в формуле можно заменить произведением скалярных величин H╥dl. В практических расчетах интеграл заменяют суммой и выбирают отдельные участки магнитной цепи таким образом, чтобы H1, H2… вдоль этих участков можно было считать приблизительно постоянными.

24. Мощность в цепи синусоидального тока. Коэффициент мощности

В переменном электрическом поле формула для мощности постоянного тока оказывается неприменимой.

Активная мощность. Среднее за период Т значение мгновенной мощности называется активной мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . Мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи. Единица активной мощности — ватт (W, Вт).

Реактивная мощность. Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока. Она равна: (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). При индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0. Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (var, ВАр).

Полная мощность. Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: связана с активной и реактивной мощностями соотношением: где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (VA, ВА).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Отношение активной мощности к полной, равное косинусу угла сдвига фаз между напряжением и током, называется коэффициентом мощности:

Высокий коэффициент мощности желателен для уменьшения потерь при передаче энергии по линиям. При данной активной мощности Р приемника ток в линии тем меньше, чем больше значение cos φ :

Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла φ - сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:

1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности,

2) понижением напряжения

3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу,

4) включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.