Лекция
№2
Разработал Никаноров В.Б. |
1 |
Тема
Основные законы электромеханики
Разработал Никаноров В.Б. |
2 |
1.Конструктивные особенности ЭМП
•Конструктивно электрическая машина (ЭМП) состоит из двух основных частей:
вращающейся — ротора
неподвижной — статора.
Статор и ротор содержат:
•магнитопроводы
(сердечники)
•и обмотки.
Сердечник статора 3 укреплен в корпусе 5. Сердечник ротора 4 насажен на вал 6, установлен соосно сердечнику статора и имеет возможность вращаться вместе с валом в подшипниках 7.
Для минимизации воздушного зазора между статором и ротором обмотки статора 1 и ротора 2 размещают в продольных пазах в сердечниках статора и ротора.
Для усиления магнитной связи между обмотками магнитопроводы статора и ротора выполняют из электротехнической стали,
обладающей высокой магнитной проницаемостью.
Для уменьшения потерь в магнитопроводах при перемагничивании их переменным магнитным потоком магнитопроводы делают шихтованными: набирают из тонких кольцевых пластин с пазами
Разработал Никаноров В. 3 Б.
2.Магнитные цепи. Основные понятия
•Известна способность вещества под действием напряженности внешнего магнитного поля Н (А/м) создавать собственное поле, называемое намагниченностью М (А/м), которое характеризуется магнитной восприимчивостью : М= Н.
•Магнитная индукция в веществе
B 0 (H M ) 0 (1 ) H 0 H a H |
Тл |
•где 0=4 10-7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, =1+ - относительная магнитная проницаемость вещества, a= 0 – абсолютная магнитная проницаемость.
Ферромагнитные и неферромагнитные вещества
Вещества, у которых >1, называются ферромагнитными (железо,
никель, кобальт, электротехнические стали и т.д.).
Вещества, у которых 1, относятся к классу неферромагнитных
(медь, алюминий, воздух, изоляционные материалы и т.д.).
Разработал Никаноров В. |
4 |
Б. |
|
•Для ферромагнитных материалов зависимость В от Н нелинейная и называется кривой первоначального намагничивания.
•При этом магнитная проницаемость также нелинейно зависит от
H.
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 |
|
|
|
|
|
Относительная проницаемость |
5000 |
|
|
|
|
|
Индукция,Тл |
1 |
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,8 |
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
||
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,4 |
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
||
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
|
|
|
Напряженность,А/м |
|
|
|
|
Напряженность,А/м |
|
||||
Разработал Никаноров В. |
5 |
Б. |
|
•Другая важная характеристика ферромагнитного материала – петля гистерезиса.
•Если после получения Bm при Hm, уменьшить Н внешнего поля, то наблюдается гистерезис (процесс запаздывания): размагничивание не идет по кривой первоначального намагничивания и при отсутствии внешнего поля Н=0 индукция отлична от нуля и равна Br – остаточной индукции.
•Чтобы размагнитить материал
полностью (до В=0) надо создать напряженность обратного направления - Нс. Эта напряженность называется коэрцитивной силой. После нескольких циклов изменения напряженности от – Hm до +Hm получается замкнутая кривая В(Н), которая называется петлей гистерезиса.
Площадь петли гистерезиса |
|
характеризует потери на |
|
гистерезис в магнитопроводе. |
|
Никаноров В. |
6 |
Б.
По значению Нс ферромагнитные материалы делятся на группы:
магнитномягкие с малым значением Нс<0,05…0,1 кА/м; магнитнотвердые с большим значением Нс>20…1000 кА/м.
• Магнитномягкие материалы имеют
малые магнитные потери (узкую петлю гистерезиса - 2), высокую индукцию насыщения Bs 1,4…2 Тл.,
и используются в качестве магнитопроводов.
Магнитнотвердые материалы (1)
применяют в качестве постоянных магнитов, которые широко используются в электромеханических устройствах.
• Основная роль магнитопровода:
|
усиление магнитного потока (В); |
|||
сосредоточение магнитного потока в |
||||
|
области сердечника |
|
необходимой |
|
придание |
полю |
|
||
|
конфигурации, |
для повышения |
||
|
что важно |
|||
|
механических |
и |
|
энергетических |
|
показателей |
электромагнитных и |
||
|
электромеханических |
7 |
||
Разработал Никаноров В. |
|
|
||
Б. |
преобразователей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
•Магнитной цепью - МЦ- (магнитопроводом) называется совокупность ферромагнитных и неферромагнитных частей электротехнических устройств (ЭТУ), предназначенных для создания магнитных полей заданной конфигурации и интенсивности.
•Магнитопровод является обязательным элементом многих ЭТУ: трансформаторов, дросселей, электрических машин, электрических аппаратов и т.п.
•МЦ бывают неразветвленные и разветвленные.
•В неразветвленных МЦ магнитный поток в различных сечениях сердечниках одинаков.
•В разветвленных МЦ поток в разных сечениях может быть разным.
Разработал Никаноров В. |
8 |
Б. |
|
2 Закон полного тока
• |
Устанавливает связь между током I в обмотке и магнитным полем, |
||||||||||
|
который этим током создается. |
n |
H |
|
L |
q |
I W |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
k |
k |
m 1 |
m m |
• где Hk и Lk – средняя напряженность магнитного поля на участке |
|||||||||||
|
МЦ k с длиной Lk, n – число участков МЦ с постоянной на каждом |
||||||||||
|
участке напряженностью, Im – ток m-го контура и число витков |
||||||||||
|
этого контура Wm. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
• Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения UM=H·L |
|||||||||||
|
вдоль любого замкнутого контура равна алгебраической сумме |
||||||||||
|
магнитнодвижущих сил (МДС) F=I·W, охватываемых этим |
||||||||||
|
контуром. |
|
n |
q |
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
UMk Fm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
m 1 |
|
|
|
|
|
|
• |
При расчете магнитной цепи по закону полного тока МЦ делят на |
||||||||||
|
участки |
постоянной напряженностью Н. Так как |
|||||||||
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
aS |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
• |
то для деления неразветвленной магнитной цепи с постоянным во |
||||||||||
|
всей цепи потоком Ф на участки необходимо, чтобы эти участки |
||||||||||
|
|
|
|
|
Разработал Никаноров В. |
9 |
|||||
|
были выполнены из одинакового материала a=const и имели бы |
||||||||||
|
|
|
|
|
Б. |
|
|
|
|
|
|
|
одинаковое сечение S. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. |
• |
Оценить роль ферромагнитного материала в магнитной цепи. |
|||||||||
|
Даны два одинаковых по геометрическим размерам кольцевых |
|||||||||
|
сердечника с радиусом R=5см и поперечным сечением S=1см2. |
|||||||||
|
Один выполнен из неферромагнитного материала (например, из |
|||||||||
|
меди), второй из ферромагнитного материла (кривая |
|||||||||
|
намагничивания дана). На каждом из сердечников намотана |
|||||||||
|
обмотка с числом витков w=200, по которой протекает |
|||||||||
|
постоянный ток I=0,5А. Определить потоки в сердечниках. |
|||||||||
• |
Решение. |
|
|
|
|
|||||
• |
1. Напряженность поля в обоих сердечниках одинакова, не |
|||||||||
|
зависит от их материала и на основании закона полного тока |
|||||||||
|
равна |
|
|
|
|
0,5 200 |
|
|||
|
H |
I w |
|
|
318А / м |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 R 2 0.05 |
||||||
|
2. Индукция в неферромагнитном сердечнике |
|||||||||
|
B |
|
|
0 |
H 4 10 7 1 318 3.996 10-4Тл |
|||||
|
нф |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3.Магнитный поток в неферромагнитном сердечнике |
|||||||||
|
|
нф |
B |
S 3,996 10 4 1 10 4 3,996 10 8Вб |
||||||
|
|
|
|
нф |
|
|
|
|
||
Разработал Никаноров В. |
10 |
Б. |
|