МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ - раздел Философия, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ А) Общие Сведения.Для Создания Постоянного Магнитного Поля ...
а) Общие сведения.Для создания постоянного магнитного поля в целом ряде электрических аппаратов используются постоянные магниты, которые изготавливаются из магнитно-твердых материалов, имеющих широкую петлю гистерезиса (рис.5.6).
Работа постоянного магнита происходит на участке отH= 0 до H = — Нс. Эта часть петли называется кривой размагничивания.
Рассмотрим основные соотношения в постоянном магните, имеющем форму тороида с одним малым зазором б (рис.5.6). Благодаря форме тороида и небольшому зазору потоками рассеяния в таком магните можно пренебречь. Если зазор мал, то магнитное поле в нем можно считать однородным.
Рис.5.6. Кривая размагничивания постоянного магнита
Если пренебречь выпучиванием, то индукции в зазоре В&и внутри магнита В одинаковы.
На основании закона полного тока при интегрировании по замкнутому контуру 1231 рис. получим:
. (5.28)
Рис.5.7. Постоянный магнит, имеющий форму тороида
Таким образом, напряженность поля в зазоре направлена встречно напряженности в теле магнита. Для электромагнита постоянного тока, имеющего аналогичную форму магнитной цепи, без учета насыщения можно написать: .
Сравнивая можно видеть, что в случае с постоянным магнитом н. с, создающей поток в рабочем зазоре, является произведение напряженности в теле магнита на его длину с обратным знаком —Hl.
Воспользовавшись тем, что
, (5.29)
получим:
, (5.30)
или
, (5.31)
где S-площадь полюса; - проводимость воздушного зазора.
Уравнение есть уравнение прямой, проходящей через начало координат во втором квадранте под углом а к оси Н. С учетом масштаба индукции тви напряженности тнугол а определяется равенством
. (5.32)
Так как индукция и напряженность магнитного поля в теле постоянного магнита связаны кривой размагничивания, то пересечение указанной прямой с кривой размагничивания (точка А на рис.5.6) и определяет состояние сердечника при заданном зазоре.
При замкнутой цепи и
(5.33)
С ростом б проводимость рабочего зазора и tga уменьшаются, индукция в рабочем зазоре падает, а напряженность поля внутри магнита увеличивается.
Одной из важных характеристик постоянного магнита является энергия магнитного поля в рабочем зазоре Wt. Учитывая, что поле в зазоре однородно,
. (5.34)
Подставляя значение Ньполучим:
, (5.35)
где VM — объем тела магнита.
Таким образом, энергия в рабочем зазоре равна энергии внутри магнита.
Зависимость произведения В(—Н) в функции индукции показана на рис.5.6 . Очевидно, что для точки С, в которой В(—Н) достигает максимального значения, энергия в воздушном зазоре также достигает наибольшей величины, и с точки зрения использования постоянного магнита эта точка является оптимальной. Можно показать, что точка С, соответствующая максимуму произведения , есть точка пересечения с кривой размагничивания луча О К, проведенного через точку с координатами и .
Рассмотрим более подробно влияние зазора б на величину индукции В (рис.5.6). Если намагничивание магнита производилось при зазоре б, то после снятия внешнего поля в теле магнита установится индукция, соответствующая точке А. Положение этой точки определяется зазором б.
Уменьшим зазор до значения , тогда
. (5.36)
При уменьшении зазора индукция в теле магнита возрастает, однако процесс изменения индукции идет не по кривой размагничивания, а по ветви частной петли гистерезиса AMD. Индукция В1определяется точкой пересечения этой ветви с лучом, проведенным под углом к оси — Н (точка D).
Если мы снова увеличим зазор до значения б, то индукция будет падать до значения В, причем зависимость В (Н) будет определяться ветвью DNA частной петли гистерезиса. Обычно частная петля гистерезиса AMDNA достаточно узка и ее заменяют прямой AD, которую называют прямой возврата. Наклон к горизонтальной оси ( + Н) этой прямой называется коэффициентом возврата:
. (5.37)
Характеристика размагничивания материала обычно не приводится полностью, а задаются только величины индукции насыщения Bs, остаточной индукции Вг, коэрцитивной силы Нс. Для расчета магнита необходимо знать всю кривую размагничивания, которая для большинства магнитно-твердых материалов хорошо аппроксимируется формулой
. (5.38)
Кривая размагничивания, выражаемая (5.30), может быть легко построена графически, если известны Bs, Вr.
б) Определение потока в рабочем зазоре для заданной магнитной цепи. В реальной системе с постоянным магнитом поток в рабочем зазоре отличается от потока в нейтральном сечении (середине магнита) из-за наличия потоков рассеяния и выпучивания (рис.).
Поток в нейтральном сечении равен:
, (5.39)
где поток в нейтральном сечении;
поток выпучивания у полюсов;
поток рассеяния;
рабочий поток.
Коэффициент рассеяния о определяется равенством
. (5.40)
Если принять, что потоки создаются одной и той же разностью магнитных потенциалов, то
. (5.41)
Индукцию в нейтральном сечении найдем, определив :
,
и воспользовавшись кривой размагничивания рис.5.6. Индукция в рабочем зазоре равна:
, (5.42)
поскольку поток в рабочем зазоре в раз меньше, чем поток в нейтральном сечении.
Очень часто намагничивание системы происходит в несобранном состоянии, когда проводимость рабочего зазора уменьшена из-за отсутствия деталей из ферромагнитного материала. В этом случае расчет ведется с использованием прямой возврата. Если потоки рассеяния значительны, то расчет рекомендуется вести по участкам, так же как и в случае электромагнита.
Потоки рассеяния в постоянных магнитах играют значительно большую роль, чем в электромагнитах. Дело в том, что магнитная проницаемость магнитно-твердых материалов значительно ниже, чем у магнитно-мягких, из которых изготавливаются системы для электромагнитов. Потоки рассеяния вызывают значительное падение магнитного потенциала вдоль постоянного магнита и уменьшают н. с, а следовательно, и поток в рабочем зазоре.
Коэффициент рассеяния выполненных систем колеблется в довольно широких пределах. Расчет коэффициента рассеяния и потоков рассеяния связан с большими трудностями. Поэтому при разработке новой конструкции величину коэффициента рассеяния рекомендуется определить на специальной модели, в которой постоянный магнит заменен электромагнитом. Намагничивающая обмотка выбирается такой, чтобы получить в рабочем зазоре необходимый поток.
Рис.5.8. Магнитной цепи с постоянным магнитом и потоками рассеяния и выпучивания
в) Определение размеров магнита по требуемой индукции в рабочем зазоре. Эта задача является еще более трудной, чем определение потока при известных размерах. При выборе размеров магнитной цепи обычно стремятся к тому, чтобы индукция В0и напряженность Н0 в нейтральном сечении соответствовали максимальному значению произведения Н0В0. При этом объем магнита будет минимальным. Даются следующие рекомендации по выбору материалов. Если требуется при больших зазорах получить большое значение индукции, то наиболее подходящим материалом является магнико. Если при большом зазоре необходимо создать небольшие индукции, то можно рекомендовать альниси. При малых рабочих зазорах и большом значении индукции целесообразно применение альни.
Сечение магнита выбирается из следующих соображений. Индукция в нейтральном сечении выбирается равной В0. Тогда поток в нейтральном сечении
,
откуда сечение магнита
. Величины индукции в рабочем зазоре Ври площадь полюса являются заданными величинами. Наиболее трудным является определение значения коэффициента рассеяния. Величина его зависит от конструкции и индукции в сердечнике. Если сечение магнита получилось большим, то применяют несколько магнитов, включенных параллельно. Длина магнита определяется из условия создания необходимой н.с. в рабочем зазоре при напряженности в теле магнита Н0:
,
где бр — величина рабочего зазора.
При больших рабочих зазорах рекомендуется соединять несколько магнитов последовательно.
После выбора основных размеров и конструирования магнита проводится поверочный расчет по методике, описанной ранее.
г) Стабилизация характеристик магнита. В процессе работы магнита наблюдается уменьшение потока в рабочем зазоре системы — старение магнита. Различают структурное, механическое и магнитное старение.
Структурное старение наступает вследствие того, что после закалки материала в нем возникают внутренние напряжения, материал приобретает неоднородную структуру. В процессе работы материал становится более однородным, внутренние напряжения исчезают. При этом остаточная индукция Вти коэрцитивная сила Нсуменьшаются. Для борьбы со структурным старением материал подвергается термообработке в виде отпуска. При этом внутренние напряжения в материале исчезают. Его характеристики становятся более стабильными. Алюминиево-никелевые сплавы (альни и др.) не требуют структурной стабилизации.
Механическое старение наступает при ударах и вибрациях магнита. Для того чтобы сделать магнит нечувствительным к механическим воздействиям, его подвергают искусственному старению. Образцы магнита перед установкой в аппарат подвергаются таким ударам и вибрации, которые имеют место в эксплуатации.
Магнитное старение — изменение свойств материала под действием внешних магнитных полей. Положительное внешнее поле увеличивает индукцию по прямой воз врата, а отрицательное снижает ее по кривой размагничивания. Для того чтобы сделать магнит более стабильным, его подвергают действию размагничивающего поля, после чего магнит работает на прямой возврата. Из-за меньшей крутизны прямой возврата влияние внешних полей уменьшается. При расчете магнитных систем с постоянными магнитами необходимо учитывать, что в процессе стабилизации магнитный поток уменьшается на 10-15%.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ... САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электромагнитными называются устройства, предназначенные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.
В нейтральны
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для магнитных цепей электрических аппаратов применяются самые разнообразные магнитномягкие материалы, от правильного выбора которых во многом зависит качество конструкции электриче
ПРОМЕЖУТКОВ
Для магнитных систем электрических аппаратов, когда учитываются потоки рассеяния и полные потоки воздушного зазора, существенным является определение магнитных проводимостей воздушных путей — пр
Для случая полюс — плоскость
Линии индукции, выходящие из боковых граней, занимают весь объем вокруг полюса и имеют сложную форму (рис.2.1). Поле в результате этого, как уже указывалось, получается не плоскопараллельным. В это
Б. Полюса цилиндрической формы
Для электрических аппаратов широко применяются магнитные системы с цилиндрическими полюсами. Опыт показывает, что боковая удельная проводимость между цилиндрическими полюсами зависит от величины д
Полюс — плоскость по координате z
Для плоскопараллельного поля суммарный поток с правой половины торца полюса и грани в (рис.) можно определить как
ПРОСТЫХ ОБЪЕМНЫХ ФИГУР ПОЛЯ
Расчет проводимостей воздушного зазора методом суммирования простых объемных фигур поля, предложенный Ротерсом, на практике получил достаточно широкое распространение. Однако сущест
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ АППАРАТОВ
а) Магнитная цепь аппарата, основные законы. Электромагниты нашли в аппаратостроении широкое применение и как элемент привода аппаратов (контакторы, пускатели, реле, автоматы, вык
ПОСТОЯННОГО ТОКА
а.) Расчет потоков рассеивания и индуктивности катушки без учета сопротивления стали. Для электромагнитов, у которых катушка располагается на стержне, поток рассеяния связ
МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Магнитные цепи на переменном токе обладают следующими особенностями.
1. Ток в катушке электромагнита зависит главным образом от ее индуктивного сопротивления.
2. Магнитное сопрот
КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
В результате расчета магнитной цепи определяется поток в катушке и ее н. с. Катушка должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемую н. с, а с др
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При заданном потоке падение магнитного потенциала уменьшается с уменьшением магнитного сопротивления. Так как сопротивление обратно пропорционально магнитной проницаемости материал
СИЛА ТЯГИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Энергетический баланс электромагнита постоянного тока. Рассмотрим процесс возникновения магнитного поля в простейшем клапанном электромагните (рис. 4.1,а). После включения цепи напряжение источ
ДИНАМИКА И ВРЕМЯ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
а) Время срабатывания. До сих пор мы рассматривали только статические характеристики электромагнитов, когда в их обмотке проходит неизменный ток, причем якорь либо неподвижен, л
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АППАРАТОВ
Электродинамические силы, возникающие в токоведущих частях аппаратов, стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, с помощью которых эти проводники укреплены к заземленным частям
ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
Как показывают наблюдения, чем выше температура, воздействию которой подвергаются изоляционные материалы, входящие в конструкции аппаратов, тем быстрее ухудшаются их механические и электрические к
ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
Короткое замыкание в электроустановках сопровождается протеканием по проводникам токов, значительно превышающих токи нормального рабочего режима. Так как длительность протекания токов короткого за
ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ТЕПЛООБМЕНА
При наличии разницы температур в теле в нем происходит процесс выравнивания температур из-за потока тепла от мест с более высокой температурой к местам с более низкой температурой.
По ана
ОТДАЧИ ТЕПЛА С НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (ЖИДКОСТИ, ГАЗУ)
В электротехнической практике весьма часто приходится рассчитывать превышение температуры наружной поверхности относительно температуры ж
ПЛОСКОСТЯМИ
Рассмотрим простейшие случаи, когда тепловой поток Ф и его плотность Ф0 не изменяются во времени (стационарное состояние) и в пространстве.
Такой случай может иметь место при на
ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:
1.С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса конт
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Большая группа электрических аппаратов представлена коммутационными устройствами, с помощью которых замыкается и размыкается электрическая цепь. Электрический разряд, возникающий при размыкании к
ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При размыкании контактов аппарата, находящегося в цепи постоянного тока, возникает дуговой разряд. Для гашения возникающей дуги постоянного тока обычно стремятся повысить напряжени
УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ ДУГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Дуга переменного тока обычно гасится легче, чем дуга постоянного тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственно свести к нулю ток цепи путем непрерывного увеличения
А. Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника
Открытая дуга переменного тока в моменты перехода тока через нуль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вследствие перехода
Б. Дуга переменного тока в условиях активной деионизации
Если столб дуги переменного тока подвергается интенсивной деионизации, то в этом случае механизм гашения дуги существенно меняется по сравнению с предыдущим (открытая дуга в цепи вы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Бесконтактными электроаппаратами называют устройства, предназначенные для включения, выключения или переключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва цепи.
Осно
ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЕ СХЕМЫ МУС
Однополупериодная схема (рис. 10.6) практически не применяется из-за следующих недостатков:
1.Для ограничения наведенных в обмотке управления токов необходим балластный дроссель, наличие к
Статические параметры
а) Крутизна характеристики управления.Для МУС характерна зависимость выходного напряжения Up только от
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для зашиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ. Основными элементами предохранителя являются плавкая в
НАГРЕВ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чт
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме. Предохранители на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4
ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случ
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА
Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А. Число главных контактов колеблется от одного до пяти. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Наиболее широко
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Реле – это электрический аппарат, в котором при плавном изменении входной (управляющей) величины происходит скачкообразное изменение выходной (управляемой) величины. Причём, хотя бы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В схемах защиты и автоматики часто требуется выдержка времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость в
Работу.
Принцип электромагнитного замедления рассмотрен выше. Конструкция реле с таким замедлением типа РЭВ-800 (рис.14.11)содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с немагнитн
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЛЕ
а) Общие сведения. Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, чувствительности, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые
РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
УСТРОЙСТВА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (БКРПУ)
а) Общие сведения.На основе тиристоров возможно осуществление следующих операций:
1) включение и отключение э
ТИРИСТОРНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
На рис. 16.4 показан один из вариантов схемы бесконтактного — тиристорного пускателя. Силовой блок Б1 содержит силовые тиристоры VS1—VS3 и диоды VD1—VD3, рассчита
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для регулирования частоты вращения, вращающего момента на валу, для соединения и разъединения ведущего и ведомого валов применяются электрические аппараты в виде муфт с электрическим управлением.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
а) Принципдействия. Простейшая конструкция электромагнитной фрикционной муфты представлена на рис. 14.3. Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по контактным кольца
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФЕРРОПОРОШКОВЫЕ МУФТЫ
В ферропорошковой муфте барабанного типа (рис. 17.5) ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается э
ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МУФТЫ
Возможны два варианта исполнения гистерезисных муфт: в первом — магнитное поле индуктора создается обмоткой, во втором — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контак
Ограничители напряжения.
Назначение и классификация электрических аппаратов высокого напряжения
Электрические аппараты высокого напряжения (АВН) используются в электроэнергетических системах (объединенных и
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие науки и техники, научно-технические исследования предполагают развитие и совершенствование методов проектирования и расчета существующих, а также разработку новых электриче
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
. (5.28)
.
, (5.29)
, (5.30)
, (5.31)
- проводимость воздушного зазора.
. (5.32)
и
(5.33)
. (5.34)
, (5.35)
, есть точка пересечения с кривой размагничивания луча О К, проведенного через точку с координатами 
и 
.
, тогда
. (5.36)
. (5.37)
. (5.38)
, (5.39)
поток в нейтральном сечении;
поток выпучивания у полюсов;
поток рассеяния;
рабочий поток.
. (5.40)
создаются одной и той же разностью магнитных потенциалов, то
. (5.41)
:
,
, (5.42)
раз меньше, чем поток в нейтральном сечении.
,
. 
Величины индукции в рабочем зазоре Вр и площадь полюса являются заданными величинами. Наиболее трудным является определение значения коэффициента рассеяния. Величина его зависит от конструкции и индукции в сердечнике. Если сечение магнита получилось большим, то применяют несколько магнитов, включенных параллельно. Длина магнита определяется из условия создания необходимой н.с. в рабочем зазоре при напряженности в теле магнита Н0:
,
Новости и инфо для студентов