Вопрос 2.

Магнитные цепи

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника – магнитопровода и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток.

Совокупность нескольких участков: ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух), по которым замыкаются линии магнитного потока, составляют магнитную цепь.

Магнитноесопротивление Rm равно отношению магнитодвижущей силы F, действующей вмагн. цепи, к созданному в цепи магнитному потоку Ф. Магнитное сопротивление однородного участка магн. цепи может быть вычислено по формуле   , где l и S длина и поперечное сечение участка магн. цепи,   -относит. магнитная проницаемость материала цепи,   - магнитная постоянная. В случае неоднородноймагн. цепи (состоящей из однородных последовательных участков с различными l, S,m) её Магнитное сопротивление  равно сумме Rm однородных участков. 

Расчёт магнитного сопротивления по приведённой формуле является приближённым, т. к. формула не учитывает "магнитные утечки" (рассеяние магн. потока в окружающем цепь пространстве), неоднородности магн. поля в цепи, нелинейнуюзависимость магнитного сопротивления от поля. В перем. магн. поле магнитного сопротивления - комплексная величина, Т. к. в этом случае m зависит отчастоты эл.-магн. колебаний. Единицей М. с. в Международной системе единиц служит ампер.

Закон Ома для магнитной цепи

где

Падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной    равно произведению магнитного потока и магнитного сопротивления    участка

Первый закон   Кирхгофа для магнитной цепи Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитопровода равна нулю.

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи

Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС, действующих в контуре.

Б-26

Вопрос 1.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, режим нагрузки. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство: U₂/U₁ =N₂/N₁ , где U₂, U₁ – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N₁, N₂ – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U₂ > U₁, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Потери мощности в трансформаторе

В трансформаторе возникает два вида потерь мощности: 1. Электрические потери Рэл - возникают в обмотках трансформатора и обусловлены их нагреванием при протекании по ним электрического тока. Электрические потери зависят от величины сопротивления обмоток и силы тока:  ; 2. Магнитные потери Рм - возникают в магнитопроводе из-за переменного магнитного поля. Магнитные потери состоят из двух видов потерь: потери от вихревых токов РВ; потери из-за гистерезиса РГ, которые вызваны периодическим перемагничиванием сердечника переменным магнитным полем.

Магнитные потери зависят от конструкции магнитопровода, его массы, материла, частоты тока (~f1,3), величины магнитной индукции(~B2), напряжения(~U2).

Потери мощности в трансформаторе определяются из опыта холостого хода (Рм) и короткого замыкания (Рз).

Из опыта холостого хода определяется:

1) коэффициент трансформации  2) мощность магнитных потерь Рм (электрическими потерями можно пренебречь)

Кпд трансформатора

КПД трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе трансформатора к активной мощности на выходе первичной обмотки.

КПД трансформатора зависит: 1) от конструкции трансформатора; 2) от степени загрузки трансформатора (Максимальный КПД будет у трансформатора с коэффициентом загрузки β = 0,45..0,65); 3) от характера нагрузки (наибольший КПД трансформатор имеет при активной нагрузке).