- •В. Прянишников: Теоретические основы электротехники: Курс лекций
- •Рабочая поурочная программа по дисциплине «Теоретические основы электротехники» ( Теория – 130 часов)
- •Тема 1 Электрическое поле и его характеристики (12 часов)
- •Тема 2. Физические процессы в электрических цепях (34 часа)
- •Тема 3 Магнитное поле и магнитные цепи. (18 часов)
- •Тема 4. Начальные сведения о переменном токе (10 часов)
- •Тема 5. Элементы и параметры цепей переменного тока (22 часа)
- •Тема 6. Трехфазные цепи переменного тока (16 часов)
- •Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов)
- •Модуль 1. Электрические цепи постоянного тока (24 часа)
- •Тема 1 Электрическое поле и его характеристики
- •Занятие 1. Электрическое поле
- •Занятие 2. Напряженность электрического поля.
- •Занятие 3 Потенциал электростатического поля и разность потенциалов.
- •Занятие 4 Закон Кулона
- •Занятие 5 Электрические конденсаторы
- •Занятие 6. Контрольная работа
- •Тема 2. Физические процессы в электрических цепях Занятие 7 Электрическая цепь
- •Занятие 8. Электрический ток
- •Занятие 9. Эдс и напряжение.
- •Занятие 10. Электрическое сопротивление
- •Удельное сопротивление различных проводников: (·10-6) [Ом·м]
- •Занятие 11. Закон Ома
- •Занятие 12 Контрольная работа
- •Занятие 13. Энергия и мощность электрического тока.
- •Занятие 14 Тепловое действие тока
- •Занятие 15. Аппараты управления
- •Занятие 16. Баланс мощностей
- •Занятие 18. Понятие об электрических схемах
- •Занятие 19. Задачи расчета электрических цепей.
- •Занятие 20. Законы Кирхгофа
- •Занятие 21 Способы соединения сопротивлений и расчет эквивалентного сопротивления электрической цепи
- •Занятие 22. Расчет электрических цепей
- •Б) Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа
- •Расчет разветвленной электрической цепи с несколькими источниками питания
- •В) Соединение элементов электрической цепи по схемам «звезда» и «треугольник»
- •1) Основные определения
- •2) Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
- •Занятие 23 Контрольная работа №4 эт у23
- •Тема 3 Магнитное поле. И магнитные цепи. Занятие 24. Магниты и магнитное поле .
- •Занятие 25.Магнитные свойства веществ
- •Занятие 27. Основные законы магнитной цепи. Расчет простейших магнитных цепей
- •Занятие 28 Сила Ампера
- •Занятие 29 Электромагнитная индукция.
- •Занятие 30 Самоиндукция
- •Занятие 31 Взаимоиндукция
- •Тема 4. Электрические цепи переменного тока Занятие 33. Переменная эдс.
- •Занятие 34 Параметры переменного тока
- •Занятие 37 Контрольная работа эт у37
- •Тема 5. Элементы и параметры цепей переменного тока (22 часа) Занятие 38 . Активное сопротивление в цепи переменного тока.
- •Занятие 40 . Цепь переменного тока с емкостью
- •Занятие 41 Цепь с последовательным соединением rl и rc
- •Занятие 44 Резонанс напряжений
- •Занятие 45 Параллельное соединение l и c. Резонанс токов.
- •Занятие 46 Активная, реактивная и полная мощности.
- •Занятие 47 Коэффициент мощности
- •Занятие 48 Контрольная работа №7 эт у48
- •Тема 6. Трехфазные цепи переменного тока (16 часов) Занятие 49 Устройство трехфазного генератора.
- •Занятие 50 Соединение трехфазной цепи звездой.
- •Занятие 51 Соединение трехфазной цепи треугольником.
- •Занятие 52 Вращающееся магнитное поле.
- •Занятие 53 Принцип работы асинхронного двигателя.
- •Занятие 54 Индуктивно связанные элементы в цепи переменного тока.
- •Занятие 55 Трехфазный трансформатор
- •Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов) Занятие 57 . Назначение и классификация электрических машин.
- •Занятие 58 Конструкции электрических машин.
- •58.1. Устройство асинхронного двигателя.
- •Занятие 59 Электрические аппараты.
- •59.1.Классификация пуско-регулирующей аппаратуры
- •58.2. Устройство предохранителя
- •58.3.Устройство кнопок и выключателей
- •58.4.Конструкция теплового реле
- •58.5. Устройство магнитного пускателя
- •Занятие 59 Электрические системы.
- •Занятие 60 Электроснабжение предприятий и населенных пунктов.
- •А) типы осветительных установок
Занятие 25.Магнитные свойства веществ
а) Ферромагнетики, диамагнетики и парамагнетики
Вещества, помещенные в магнитное поле, ведут себя по-разному. Такие вещества, как золото, серебро, медь, цинк и ряд других, незначительно ослабляют магнитное поле внутри вещества. Их называют диамагнетиками.
Платина, магний, алюминий, хром, палладий, щелочные металлы, кислород и др. наоборот незначительно увеличивают магнитное поле. Они называются парамагнетиками.
Вещества, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превосходить вызвавшее его внешнее поле, называются ферромагнетиками. К ним относятся железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), некоторые редкоземельные элементы, а также сплавы на базе этих элементов.
В электротехнике принято подразделять все вещества на магнитные (ферромагнетики) и немагнитные (диамагнетики и парамагнетики).
Ферромагнетизм обусловлен наличием в веществе маленьких намагниченных областей — доменов, в которых магнитные моменты атомов имеют одно и то же направление. Каждый домен является маленьким магнитом.
Ферромагнетик состоит из большого числа доменов, которые при отсутствии внешнего магнитного поля ориентированы произвольным образом, так что ферромагнетик остается немагнитным.
При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле домены, направление которых близко к направлению силовых линий внешнего поля, начинают расти, а домены, намагниченные против внешнего поля, уменьшаются и, наконец, исчезают.
При дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля все домены устанавливаются вдоль силовых линий поля, наступает магнитное насыщение и намагниченность почти не растет.
Если теперь уменьшить напряженность внешнего поля до нуля, то ориентация доменов нарушится лишь частично, поэтому намагниченность ферромагнетика уменьшается, но не до нуля.
Чтобы уничтожить остаточную намагниченность образца, нужно приложить внешнее поле противоположного направления. Напряженность такого магнитного поля называют коэрцитивной силой Нс .
б) Магнитная индукция и напряженность магнитного поля ферромагнетиков
Для расчета индукции магнитного поля В в ферромагнетике используют выражение, которое учитывает способность к намагничиванию материала,
где: Н — напряженность внешнего магнитного поля;
r - относительная магнитная проницаемость материала;
a - абсолютная магнитная проницаемость материала.
B – магнитная индукция
- магнитная постоянная
Для ферромагнетиков r » 1, в то время как в немагнитных материалах r = 1.
в) Характеристики магнитных материалов
Основными характеристиками ферромагнетиков являются кривая намагничивания В(Н) и петля гистерезиса (рис. 24.2)
Рассмотрим процесс переменного намагничивания магнитного материала.
Для этой цели намотаем на стальной сердечник обмотку и будем по ней пропускать постоянный ток. Предположим, что сердечник электромагнита ранее не был намагничен.
Рис.25.1. Схема опыта
Увеличивая проходящий по виткам обмотки ток I от нуля, мы тем самым будем увеличивать намагничивающую силу и напряженность поля Н.
Величина магнитной индукции В сердечнике будет также увеличиваться. Кривая намагничивания Оа имеет прямолинейную часть, а затем вследствие насыщения кривая поднимается медленно, приближаясь к горизонтали. Если теперь, достигнув точки а , уменьшать Н, то будет уменьшаться и В. Однако уменьшение В при уменьшении Н, т. е. при размагничивании, будет происходить с запаздыванием по отношению к уменьшению Н. Величина остаточной индукции при Н=0 характеризуется отрезком Об.
Рис.25.2. Петля гистерезиса.
Для того чтобы магнитная индукция в сердечнике стала равной нулю, необходимо намагничивать материал в обратном направлении, т. е. перемагничивать его.
Для этой цели направление тока в обмотке меняется на обратное. Направление магнитных линий и напряженности поля также изменяется. При напряженности поля Н=ов, индукция в сердечнике равна нулю и материал сердечника полностью размагничен.
Значение напряженности поля Н = ов при В = 0 является определенной характеристикой материала и называется задерживающей (коэрцитивной) силой.
Повторяя процесс перемагничивания, мы получаем замкнутую кривую а б в г д е а, называемую петлей гистерезиса.
На этом опыте легко убедиться, что намагничивание и размагничивание сердечника (появление и исчезновение полюсов, магнитной индукции или магнитного потока) отстают от момента появления и исчезновения намагничивающей и размагничивающей силы (тока в обмотке электромагнита).
Если величина напряженности магнитного поля превышает значение, при котором наступает магнитное насыщение, т. е. Нmax > HS, то размеры петли больше не увеличиваются, растут только безгистерезисные участки (а и г см. на рис. 24.2.) Такая петля называется предельной петлей гистерезиса.
Намагничивание ферромагнитного материала, впервые помещенного в магнитное поле, происходит по линии оа. Точки в и е предельной петли гистерезиса соответствуют коэрцитивной силе Нс(-Нс), а точки б и д дают значения остаточной индукции Вг(-Вг).
Рис.25.3. Петли гистерезиса магнитомягких и магнитотвердых материалов
В зависимости от значения коэрцитивной силы все магнитные материалы принято делить на магнитомягкие (кривая 1 рис.24.3;) и магнитотвердые (кривая-2).
Магнитомягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу и узкую петлю гистерезиса. К этой группе относят электротехническую сталь, пермаллои, ферриты. Применяют эти материалы в таких электротехнических устройствах, как электрические машины, трансформаторы, электрические аппараты и др.
Магнитотвердые материалы имеют большую коэрцитивную силу и широкую петлю гистерезиса. Будучи намагниченными, они сохраняют намагниченность и после снятия намагничивающего поля. Из таких материалов изготовляют постоянные магниты, которые широко применяются в различных устройствах.
У26. Классификация, элементы и характеристики магнитных цепей
Для электрических машин и многих электротехнических устройств основным функциональным элементом является магнитная система. Обычно магнитную систему представляют в виде магнитной цепи.
Магнитная цепь содержит источники магнитного поля, систему магнитопроводов из ферромагнитного материала, другие вещества или воздушный зазор, по которым замыкается магнитный поток (рис. 25.1).
Рис.26.1. Неразветвленная магнитная цепь
В качестве источника магнитного поля обычно применяется катушка с числом витков w1 , по которой протекает ток I.
Обмотка с током возбуждает магнитное поле и характеризуется магнитодвижущей силой (МДС)
Где: F – магнитодвижущая сила, А
I - сила тока, А
w – количество витков катушки.
Единицей МДС является ампер (А), еще эту единицу называют ампер-виток.
В магнитной цепи МДС играет такую же роль, как ЭДС в электрической.
Проводя аналогию с электрической цепью, отметим, что в магнитной цепи магнитопровод играет роль проводов, а роль нагрузки играет, как правило, воздушный зазор, в котором для функционирования устройства необходимо создать определенное магнитное поле.
Магнитная цепь может быть неразветвленной (см. рис. 25.1) и разветвленной (см. рис. 25.2).
Рис.26.2. Разветвленная магнитная цепь
Реальная магнитная цепь характеризуется не только магнитным потоком Ф, протекающим по магнитопроводу, но и потоками рассеяния Ф„ а также выпучиванием магнитных силовых линий в области воздушного зазора.
Обычно при анализе магнитных цепей пользуются следующими допущениями: индукция В принимается постоянной по сечению; пренебрегают потоками рассеяния и выпучиванием; вводят среднюю длину различных участков магнитопровода.