Цепи и сигналы. Эквивалентное преобразование источников конечной мощности
 Скачать 1.82 Mb.
|
Расчет разветвленной магнитной цепи
Разветвленная магнитная цепь состоит из двух контуров. Средний стержень вместе с катушкой, являющейся источником намагничивающей силы, входит в оба контура (рис. 16.13). Место соединения сердечника с ярмом называется узлом магнитной цепи. Для разветвленных магнитных цепей справедлив первый закон Кирхгофа: . Если цепь симметрична, то . Для каждого контура магнитной цепи можно составить уравнение по второму закону Кирхгофа: . Если для каждого участка определить магнитное сопротивление, то магнитную цепь можно представить эквивалентной схемой замещения (рис. 16.14). Различные части магнитных цепей, как правило, изготавливаются из ферромагнитных материалов, то есть зависимость В(Н), а, следовательно, Ф(Hl) нелинейна, поэтому для расчета таких цепей пользуются графическими методами, аналогичными методам расчета нелинейных электрических цепей. Сначала по основным кривым намагничивания строят графики зависимости Ф(Uм), для этого значения Н из кривой намагничивания умножают на l (Uм=Hl), а значения магнитной индукции В умножают на площадь поперечного сечения S (Ф=BS) (рис.16.15).
Затем по методу расчета нелинейных цепей для зависимостей Ф1(Uм1) и Ф2(Uм2). Так как магнитные сопротивления Rм1 и Rм2 соединены параллельно, находим зависимость Ф3(Uм12), задаваясь несколькими значениями Uм и суммируя магнитные потоки . Так как эквивалентное сопротивление участков Rм1 и Rм2 соединено последовательно с Rм3, то, задаваясь значениями магнитного потока, можно построить зависимость Ф3(Iw), так как Iw=U12 + U3. Контрольные вопросы и задания 1. Поясните природу намагничивания материалов. 2. Как изображается магнитное поле? 3. Дайте определение основным характеристикам магнитного поля. 4. Что собой представляет петля гистерезиса? 5. Что называют остаточной намагниченностью; коэрцитивной силой? 6. Что называют основной кривой намагничивания? 7. Какие материалы называются магнитомягкими, магнитотвердыми? 8. Как магнитное поле воздействует на проводник с током? 9. Дайте определение магнитного потока, потокосцепления, ЭДС самоиндукции. 10. Что называют магнитопроводом? 11. Что собой представляет магнитная цепь? 12. Опишите порядок расчета однородной неразветвленной магнитной цепи. 13. Как решается прямая задача расчета неразветвленной неоднородной магнитной цепи? 14. Как решается обратная задача расчета неразветвленной неоднородной магнитной цепи? 15. Поясните последовательность расчета разветвленных магнитных цепей. Характеристика нелинейных элементовРезистивные нелинейные элементы. Про резистивные нелинейные элементы можно сказать все то же, что уже говорилось при изучении нелинейных цепей постоянного тока. Резистивные нелинейные элементы могут быть управляемыми и неуправляемыми. К неуправляемым относятся лампы накаливания, германиевые и кремниевые диоды, термисторы, бареттеры и т. д. К управляемым нелинейным сопротивлениям относятся трехэлектродные лампы, транзисторы, тиристоры. На нелинейные сопротивления в цепях переменного тока влияет температура нагрева. Если вольт-амперная характеристика нелинейного сопротивления изменяется при нагревании проходящим через него током, то сопротивление называется инерционным. Если нелинейность вольт-амперной характеристики обусловлена не тепловыми процессами, то нелинейное сопротивление – безынерционное. Нелинейная индуктивность. Под нелинейной индуктивностью понимают катушку, намотанную на замкнутый ферромагнитный сердечник. Такой сердечник характеризуется тем, что магнитный поток в нем непостоянен и зависит от проходящего по катушке тока. Следовательно, индуктивность катушки будет меняться в зависимости от тока, значит, величина индуктивного сопротивления также будет изменяться в зависимости от величины тока.
Схематическое изображение нелинейной индуктивности (дросселя) показано на рис. 17.1. При прохождении тока через катушку индуктивности в сердечнике возникает магнитный поток, который в свою очередь наводит в сердечнике токи, называемые вихревыми токами. Эти токи замыкаются по контурам вдоль периметра сердечника и направлены противоположно правилу Ленца, то есть создают свой поток, который стремится ослабить вызвавший их поток (рис. 17.2). Наличие вихревых токов приводит к нагреву сердечника, то есть в сердечнике возникают потери энергии, пропорциональные ЭДС вихревых токов Ев и обратно пропорциональные сопротивлению материала сердечника Хв. В свою очередь ЭДС пропорциональна амплитудному значению магнитной индукции Bm, частоте f и толщине сердечника d: . Сопротивление пропорционально периметру контура и удельному сопротивлению вещества. Таким образом, потери на вихревые токи определятся выражением Здесь V – объем сердечника. Для того чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник изготовляют из тонких, изолированных друг от друга листов, либо соединяя один с другим, либо закручивая в спираль. Так же добавляют в ферромагнетик примеси, увеличивающие его удельное сопротивление, например, кремний. Кроме потерь на вихревые токи, необходимо учитывать еще потери на гистерезис или перемагничивание. Потери на гистерезис пропорциональны объему сердечника, площади гистерезисной петли и частоте: . Нелинейная емкость. Если расстояние между обкладками конденсатора заполнено веществом, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от напряженности электрического поля, то кулон-вольтовая характеристика такого конденсатора будет представлять собой прямую линию и конденсатор будет линейным. Если расстояние между обкладками конденсатора заполнено веществом, диэлектрическая проницаемость которого зависит от напряженности электрического поля, так называемым сегнетоэлектриком, то кулон-вольтовая характеристика такого конденсатора будет нелинейной. Схематическое обозначение нелинейного конденсатора показано на рис. 17.3. Сегнетоэлектрики, подобно ферромагнетикам, обладают гистерезисом, только не магнитным, а электрическим. Следовательно, нелинейные емкости характеризуются потерями энергии на гистерезис. Кроме этого, потери энергии в варикондах обусловлены наличием проводимости сегнетоэлектрика и вязкости процессов поляризации. |