1.4.Электрические и магнитные цепи постоянного тока

При передаче электрической энергии от генераторов к потребителям образуется замкнутые электрические цепи тока. В цепь входят генератор, линия передачи, потребители.

Генератор постоянного тока создает э.д.с., под действием которой в замкнутой цепи протекает ток. По закону Ома ток прямо пропорционален э.д.с и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи

Основным сопротивление цепи является полезное сопротивление потребителя (например, лампа накаливания, электрическая печь). Внутреннее сопротивление генератора и сопротивление линии передачи должны быть по возможности минимальными для уменьшения потерь энергии, поскольку электрический ток, проходя по проводам, нагревает их. При этом электрическая энергия превращается в тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве, не выполняя полезной работы, т.е. представляет потерю энергии. Мощность потерь электрической энергии пропорционально квадрату тока и сопротивлению цепи

Сопротивление проводника постоянного тока зависит от материала, пропорционально его длине и обратно пропорциональна поперечному сечению, т.е.

,

где - удельное сопротивление материала проводника.

Для уменьшения потерь энергии желательно использовать материалы с малым удельным сопротивлением. Минимальное удельное сопротивление имеют серебро и медь, однако серебро – дорогостоящий металл, поэтому в настоящее время самыми распространенными проводниками является медь и алюминий.

Перспективным для снижения потерь энергии является использование явления сверхпроводимости, открытого Х. Камерлинг-Оннесом в 1911 г. Оно заключается в том, что вблизи температуры абсолютного нуля (-273,16) удельное электрическое сопротивление некоторых металлов падает до нуля. Уменьшение сопротивления происходит почти скачкообразно в пределах разности температур 0,01. Многие металлы, их сплавы и соединения переходят в состояние сверхпроводимости и при температурах несколько выше абсолютного нуля. Сверхпроводники теряют свойство сверхпроводимости, когда индукция магнитного поля на их поверхности превысит определение для данного металла и данной температуры критическое значение. До сих пор самые высокие температуры и критические поля наблюдались в соединениях, однако, они слишком хрупкие и дорогие. Поэтому в настоящее время широкое применение получил сплав ниобия с цирконием, легко поддающийся пластической обработке.

В неразветвленной электрической цепи алгебраическая сумма э.д.с. равна сумме падений напряжения на всех элементах цепи. Аналогичный закон справедлив и для магнитный цепей: в замкнутом контуре магнитной цепи сумма намагничивающих сил равна сумме произведений напряженности магнитного поля на длину участка магнитной цепи, т.е.

,

где - сумма произведений токов на число витков.

Выразив через величину индукции -и учитывая, что в неразветвленной магнитной цепи поток(здесь- площадь поперечного сечения магнитопровода), получим соотношение для магнитной цепи, аналогичное закону Ома для электрической цепи

,

или

где - сумма намагничивающих сил;- сумма магнитных сопротивлений последовательно включенных участков магнитной цепи.

По форме выражение для тока в электрической цепи подобно выражению для потока в магнитной цепи. Существенное различие состоит в том, что электрическое сопротивление обычно мало зависит от тока и может считаться постоянным, а магнитное сопротивление от магнитной проницаемости данного элемента цепи.

Рис. 1,6 зависимость магнитной

проницаемости и индукции

от напряженности магнитного

поля для ферромагнитных

материалов.

В свою очередь магнитная проницаемость зависит от напряженности, а следовательно, от магнитного потока (рис. 1.6). Поэтому при расчете магнитной цепи задаются потоком , по его величине определяют индукцию в отдельных элементах цепи путем деленияна площадь сечения. Затем по кривым намагничиваниянаходят напряженность поля, умножают ее на длину участкаи, суммируяпо всей цепи находят намагничивающую силу для заданного значения потока.