Справочник от Автор24
Электроника, электротехника, радиотехника

Конспект лекции
«Электромагнитные устройства»

Справочник / Лекторий Справочник / Лекционные и методические материалы по электронике, электротехнике, радиотехнике / Электромагнитные устройства

Выбери формат для чтения

pdf

Конспект лекции по дисциплине «Электромагнитные устройства», pdf

Файл загружается

Файл загружается

Благодарим за ожидание, осталось немного.

Конспект лекции по дисциплине «Электромагнитные устройства». pdf

txt

Конспект лекции по дисциплине «Электромагнитные устройства», текстовый формат

Лекция 7. Электромагнитные устройства Перечень электромагнитных устройств очень большой. В лекции будут рассмотрены примеры применения теории магнитного поля к построению сварочных трансформаторов, ферромагнитных стабилизаторов, электромагнитных реле. 1.Физические основы построения сварочного трансформатора Известно, что для неразветвленного магнитопровода с зазором закон полного тока имеет вид: lФМ  Н ФМ  l З  Н З  I , (9.1) где: lФМ, lЗ - длина ферромагнитного участка и воздушного зазора соответственно; НФМ, НЗ - действующее значение напряженности магнитного поля на участках ферромагнитного материала и воздушного зазора соответственно; I - действующее значение тока в намагничивающей обмотке. Учитывая, что НЗ  В 0 Ф 1 , 0 S (9.2) а также что: RЗ  перепишем (9. 1): lЗ , 0 S (9.3) lФ  Н ФМ  RЗ  Ф  I . (9.4)  r магнитомягких Так как относительная магнитная проницаемость материалов в десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости воздуха 0, то очевидно, что lФМ  Н ФМ l З  Н З  Ф  RЗ . Поэтому вместо (9.4) можно использовать приближенное равенство: RЗФ    I . Подставляя в (9.5) вместо RЗ его значение из (9.3), а вместо: Ф (9.5) U ,   определим ток цепи: I U l .     0  S З 2 1 (9.6) Теперь очевидно, что ток в цепи магнитопровода с зазором можно регулировать, изменяя длину воздушного зазора. Это свойство и используется в сварочных аппаратах для регулирования тока дуги. 2.Физические основы ферромагнитных стабилизаторов Магнитные свойства ферромагнитных материалов, как правило, оценивают зависимостью: В   (Н ) , получая гистерезисные характеристики. Но нам уже известно, что: Н  lср  I , а: B Ф U .  S    S Приведенные выражения наглядно показывают прямую пропорциональную зависимость напряженности магнитного поля Н от тока I, а магнитной индукции В от напряжения U. Это позволяет применять к исследованию магнитопроводов вольт-амперные характеристики. I   (U ) . Такие характеристики полезны при расчете цепей из нескольких элементов. Общий вид зависимости I   (u) для магнитопровода приведен на рис. 9.1. Как и кривая начальной намагниченности, вольт-амперная характеристика имеет начальный участок (оа), линейный (аб), колено (бв) и насыщенная (в, г). Вольт-амперные характеристики применяются для определения физики работы ферромагнитных стабилизаторов. I I Dp1 I(U ) I(U ) 1 2 2 а б U в Dp 2 U Рис. 9.1 Rн Рис. 9.2 а// а/ б/ а Рис. 9.3 Упрощенная схема ферромагнитного стабилизатора включает в свой состав два разомкнутых магнитопровода (дросселя) Др1 и Др2 . Дроссель Др1 работает в линейном режиме. Он выполняет роль ограничителя максимального тока. Дроссель Др2 работает в режиме насыщения. Их вольт-амперные характеристики приведены на рис. 9.3. Здесь же приведена результирующая характеристика I (U1  U 2 ) . 2 б U Напряжение на нагрузке определяется падением напряжения на дросселе Др2 . Графики рис. 9,3. показывают, что если на входе цепи, действует напряжение Uоа, то нагрузка находится под напряжением U оа' . Часть входного напряжения падает на сопротивлении дросселя Др1 - Uоа". Пусть входное напряжение увеличилось на величину аб. Это вызывает увеличение напряжения на нагрузке на величину а'б'. Наглядно видно, что а'б' в несколько раз меньше участка аб. Реально стабилизаторы ослабляют колебания входного напряжения в 510 раз. Таким образом, дроссель, включенный параллельно нагрузке и работающий в режиме насыщения, способен сглаживать броски напряжения на входе цепи. 3.Принцип работы электромагнитных механизмов. Электромагнитные реле. В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления. По назначению различают следующие электромагнитные устройства: -коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели); -защитные (предохранители, реле защиты); -пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления); -контролирующие и регулирующие (датчики, реле); -электромагниты. Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода; намагничивающую катушку 3, удерживающую пружину 4. 2 1 3 4 Рис. 9.4 3 Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму. Проведем анализ процесса преобразования энергии источника в механическую энергию перемещения якоря. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения U R  I  RL . Разность U -UR уравновешивает э.д.с. еL, т.е.: U  U R  eL . Тогда: U d  I  RL dt (9.7) (9.8) Умножим (9.8) на I  dt и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда t  t 2  U  I  dt   I  d   R  I  dt , или: Wэ  WM  WП , где WП - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время t. Решение выражения для WM имеет вид:  WM   Id    I / 2 (9.9) Учитывая, что:   Ф  BS , а:   I  H l , где S - площадь, а l - длина воздушного зазора, получим: WM  S  l  B  H / 2 . (9.10) При перемещении якоря совершается работа: A  WM 1  WM 2  F  l B , где WM 1 - энергия магнитного поля в начале намагничивания с длиной воздушного зазора l1 ; WM 2 - энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора l 2 ; l B  l1  l2 . С учетом (9.10) можем записать: 4 A  S  ( B  H ) / 2l B . Так как H  B /  0 , то:   A  S  B 2 /( 2 0 )  l B  F  l B , где: F  S  B 2 / 20  4,08  104  S  B 2  l[кГ ]. (9.11) Выражение (9.11) определяет силу [кГ], с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора l B и магнитодвижущей силы   I . Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону: Ф(t )  ФМ  sin t . В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением:   2 F (t )  ФM /(20  S )  sin 2 t , где ФМ  ВМ  S . После преобразования получим: ФМ2 ФМ2 F (t )    cos 2t . 4 0 S 4 0 S (9.12) Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей. Пульсация F(t) вызывает вибрацию якоря (дребезг). В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t) наводит в КЗ витке э.д.с., сдвинутую по фазе на 90 0 относительно ФМ. По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с. Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4t. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается. Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей 5 величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия. На рис. 9.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа. При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие. Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями. Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п. При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают" за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д. В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия. В зависимости от времени срабатывания различают реле быстродействующие (tср 0,05с ), нормальные (tср  0,05  0,25с ) и с выдержкой времени (реле времени). Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными. Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия. 4 3 5 + U 6 7 2 wy + 1 Uy Iy Рис. 9.5 6 -

Рекомендованные лекции

Смотреть все
Электроника, электротехника, радиотехника

Устройства СВЧ и антенны. Излучение электромагнитных волн

Федеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения высшего образования «Сибирский государственный университе...

Электроника, электротехника, радиотехника

Общие вопросы электромагнитной совместимости. Суть проблемы ЭМС и примеры ее проявления

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНИМАЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВГС ВОЗ ИКТ КЗ КС КЭ ЛЭП МЭК ПКЭ ППЭ ТС ТП ЭДС ЭЗ ЭМВ ЭМИ ЭМО ЭМП ЭМС ЭСР - высшие гармонические составляющие Всемирна...

Электроника, электротехника, радиотехника

Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРС...

Автор лекции

Харлов Н.Н.

Авторы

Авиационная и ракетно-космическая техника

Особенности современной электронной аппаратуры ЛА и КЛА

Лекция №1 Тема: Особенности современной электронной аппаратуры ЛА и КЛА. Важной задачей для отечественных производителей вертолетной техники является ...

Электроника, электротехника, радиотехника

Электромагнитная совместимость в электроэнергетических системах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТУЛЬСКИЙ Г...

Автор лекции

Степанов М.В.

Авторы

Электроника, электротехника, радиотехника

Источники электромагнитных влияний

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНИМАЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВГС ВОЗ ИКТ КЗ КС КЭ ЛЭП МЭК ПКЭ ППЭ ТС ТП ЭДС ЭЗ ЭМВ ЭМИ ЭМО ЭМП ЭМС ЭСР - высшие гармонические составляющие Всемирна...

Информационная безопасность

Техническая защита информации

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Факультет радиоэлектроники летательных аппаратов Кафедра № 402 Материал к...

Информационная безопасность

Побочные электромагнитные излучения и наводки

Лекция 12 ПОБОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И НАВОДКИ 4.6 Виды побочных электромагнитных излучений и наводок Физическую основу случайных опасных сиг...

Железнодорожный транспорт

Релейная защита

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫ...

Автор лекции

Загорский В. А.

Авторы

Электроника, электротехника, радиотехника

Частотные характеристики электрических цепей первого порядка. Комплексные передаточные функции

3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРВОГО ПОРЯДКА. КОМПЛЕКСНЫЕ ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ Частотные зависимости гармонических колебаний в ЭЦ, ...

Смотреть все