Расчет магнитных цепей

     Основным законом, используемым при расчетах магнитных цепей, является закон полного тока.

(9.1)

     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 (9.1) 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. При этом (9.1) переходит в

(9.2)

      где  l₁, l₂, …, l_n - длины участков магнитной цепи;           H₁·l₁, H₂·l₂ - магнитные напряжения участков цепи. Магнитным сопротивлением участка магнитной цепи называется отношение магнитного напряжения рассматриваемого участка к магнитному потоку в этом участке

,   

      где  S - площадь поперечного сечения участка магнитной цепи,              l - длина участка.

     Рассмотрим расчет магнитной цепи, изображенной на рис. 9.2.

     Ферромагнитный магнитопровод имеет одинаковую площадь поперечного сечения S.      lср - длина средней силовой линии магнитного поля в магнитопроводе;      δ - толщина воздушного зазора.      На магнитопроводе размещена обмотка, по которой протекает ток I.           Рис. 9.2

      Прямая задача расчета магнитной цепи заключается в том, что задан магнитный поток Ф и требуется определить магнитодвижущую силу F. Определим магнитную индукцию в магнитопроводе

.

     По кривой намагничивания найдем значение напряженности магнитного поля H, соответствующее величине В.        Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре

.

      Магнитодвижущая сила обмотки

.

      При обратной задаче расчета магнитной цепи по заданному значению магнитодвижущей силы требуется определить магнитный поток. Расчет такой задачи выполняется с помощью магнитной характеристики цепи F = f(Ф).       Для построения такой характеристики необходимо задаться несколькими значениями Ф и найти соответствующие значения F. С помощью магнитной характеристики по заданной магнитодвижущей силе определяется магнитный поток.

16.Устройство, принцип действия трансформатора.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной — первичной системы переменного тока в другую — вторичную, имеющую, в частности, другое напряжение и другой ток, при неизменной частоте. Таким образом, к трансформатору подается энергия при одних напряжении и токеа получается послетрансформации энергия при других напряжениии токе.

П.Н. Яблочков (1847—1894).

В современных энергетических системах электрическую энергию, вырабатываемую на тепловых электростанциях, расположенных в районе больших запасов угля, нефти или газа, или на гидроэлектростанциях, использующих напор больших рек, передают на большие расстояния, до 1 000 км и более.

Для экономичной передачи энергии напряжение в линиях электропередачи необходимо повышать до десятков и сотен киловольт, а в местах ее использования обратно понижать до необходимого уровня. Если принять во внимание, что электрическая энергия, получаемая на электростанциях, по пути к месту использования подвергается трех- и даже четырехкратной трансформации, то необходимо, чтобы к. п. д. трансформатора был очень высок.

Изобретателем трансформатора был выдающийся конструктор и ученый П. Н. Яблочков.

ПРИНЦИП

Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции (см. § 3-18).

Упрощенная схема устройства однофазного трансформатора показана на рис. 9-1. На магнитопроводе собранном из лакированных с двух сторон листов трансформаторной стали, содержащей 4—5% кремния, помещены обмотки трансформатора 2 и 3. От питающей сети энергия подается к обмотке 2, которая называется первичной. Мощностьявляется первичной мощностью трансформатора или мощностью на входе.

Обмотка 3 присоединена к потребителю энергии и называется вторичной, а мощность— вторичной мощностью или мощностью на выходе.

Рис. 9-1. Однофазный трансформатор.

Обычно напряжения обмоток не равны. Обмотка, рассчитанная на большее напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а вторая — обмоткой низшего напряжения (НН). Каждая обмотка состоит из двух половин, помещенных на разных стержнях магнитопровода и соединенных между собой так, чтобы их магнитодвижущие силы д. с.) складывались, создавая общий магнитный поток. Большая часть этого потока Ф замыкается вдоль магнитопровода 4 и называется полезным потоком. Он сцеплен с обеими обмотками. Часть магнитного потока, замыкающегося по воздуху и сцепленного только с одной обмоткой (5 или 6), называется потоком рассеяния.

На рис. 9-1 первичная и вторичная обмотки показаны раздельно, для упрощения чертежа, обычно же они расположены концентрично: обмотка низшего напряжения ближе к магнитопроводу, а высшего — дальше от него.

Трансформатор называется понижающим, если первичное напряжение больше вторичного в обратном случае он называется повышающим. У трехфазных трансформаторов выводы обмоток обозначаются: начала и концы соответственно А, В, С и X, Y, Z — высшего напряжения и а, Ь, с и , у, z — низшего напряжения.

Рис. 9-2. Сборка сердечника трансформатора.

Рис. 9-3. Расположение листовстали при сборке.

У однофазных трансформаторов начало и конец на стороне высшего напряжения А и X, а на стороне низшего напряжения а их. Сборка магнитопровода показана на рис. 9-2, а расположение отдельных листов в слоях — на рис. 9-3. Толщина листов равна 0,5-0,35 мм. Форма сечения сердечников трансформатора показана на рис. 9-4.

Рис. 9-4. Сечения сердечников трансформаторов.

Рис. 9-5. Броневой трансформатор.

Существуют трансформаторы имеющие сердечник с разветвленной магнитной цепью (рис. 9-5).

Номинальные величины трансформатора — мощность, напряжения, токи, частота указываются на заводском щитке. Ввиду того что к. п. д. трансформатора высок, номинальные мощности обеих обмоток считают условно равными .