Пучков Л.В. Прикладная электротехника - файл n21.htm

Пучков Л.В. Прикладная электротехника
скачать (118.7 kb.)
Доступные файлы (22):

n1.htm	8kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n2.htm	21kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n3.htm	8kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n4.htm	24kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n5.htm	22kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n6.htm	50kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n7.htm	7kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n8.htm	11kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n9.htm	6kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n10.htm	18kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n11.htm	29kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n12.htm	41kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n13.htm	5kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n14.htm	9kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n15.htm	24kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n16.htm	10kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n17.htm	4kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n18.htm	10kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n19.htm	10kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n20.htm	29kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n21.htm	8kb.	02.07.2007 11:02	скачать
n22.htm	19kb.	02.07.2007 11:02	скачать

n21.htm

Раздел 8.Кривая намагничивания. Петля гистерезиса.

Практическую электротехнику интересует использование электрических и магнитных явлений для выполнения полезной работы. Мы знаем, что магнитное поле можно многократно усилить, если в это поле поместить ферромагнитный материал (например, поле внутри рассмотренного ранее соленоида можно резко увеличить, намотав катушку на железный сердечник). В электрических цепях ферромагнитные (стальные, железные) сердечники и магнитопроводы используются для концентрации магнитных потоков и направления их по нужному пути. Поскольку в подавляющем большинстве случаев в энергетике магнитопроводы и сердечники используются на переменном токе (широкое распространение имеет именно переменный ток), либо с их помощью осуществляется регулирование, очень важно четко понимать процессы, происходящие в ферромагнетиках в переменных режимах. К разбору этих процессов мы и приступим.

Кривая намагничивания. Петля гистерезиса.

Если бы магнитная проницаемость ферромагнетика была постоянной, то кривая намагниченности, построенная по знакомой нам формуле В = µ*Н была бы прямой (синяя линия на рисунке). Практически это позволяло бы создавать в магнитопроводах магнитные потоки громадной плотности. Экспериментально снятые кривые намагничивания имеют насыщающийся вид (красные кривые на этом же рисунке). Понижение второй кривой относительно верхней обусловлено витковым замыканием (надеемся, понятно почему). На таком понижении основано обнаружение витковых замыканий в обмотках электромагнитных аппаратов при их наладке и эксплуатационных проверках.

Физически насыщение означает, что для данного магнитопровода достигнут предел его "усиливающей способности". Все элементарные магнитики - домены -выстроились упорядоченно вдоль силовых линий магнитного поля и увеличить степень их упорядоченности еще больше просто невозможно. Для практической электротехники интерес представляет в основном область до насыщения.

Кривая намагничивания представляет собой часть так называемой петли магнитного гистерезиса. Греческое слово "гистерезис" переводится как "отставание" или "запаздывание". Оно применяется для обозначения процессов, протекающих различно в "прямом" и "обратном" направлениях. Петли магнитного гистерезиса (см. рисунок слева) можно было бы назвать замкнутыми кривыми перемагничивания. Действительно, если мы возьмем никогда не бывший намагниченным ферромагнитный сердечник и начнем его намагничивать, поместив в катушку с током, то процесс пойдет из начала координат по штриховой кривой до насыщения. Если теперь изменить направление напряженности магнитного поля (изменить направление тока в катушке), то пойдет процесс перемагничивания сердечника по кривой (показано стрелками) до насыщения в другой точке (левый нижний угол). Очередное изменение направления тока в катушке приведет к обратному перемагничиванию сердечника по нижней кривой до насыщения. Все последующие циклы перемагничивания будут идти по контуру петли гистерезиса, никогда не возвращаясь на первоначальную кривую начального намагничивания.

Ход процесса перемагничивания по петле гистерезиса имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Положительным является то, что при нулевой напряженности магнитного поля имеется остаточная магнитная индукция +δВ или -δВ, т.е. сердечник остается магнитом при отключенной катушке. Это используется для самовозбуждения вращающихся машин постоянного тока при их пуске. И это же является и недостатком (например, вращающийся генератор находится под напряжением при снятом возбуждении за счет того же остаточного намагничивания...). Для ликвидации остаточной магнитной индукции необходимо создать напряженность магнитного поля +δH или -δH. Эта напряженность называется коэрцитивной или возвратной силой - она "возвращает" материал в ненамагниченное состояние. Отметим для любознательных, что по величине этой силы ферромагнитные материалы делятся на магнитотвердые (коэрцитивная сила велика) и магнитомягкие (коэрцитивная сила мала).

Отрицательной стороной петли гистерезиса является то, что на перемагничивание затрачивается работа, которая целиком переходит в бесполезное тепло. В цепях переменного тока промышленной частоты магнитопроводы и сердечники всех электромагнитных аппаратов перемагничиваются 100 раз в секунду - 50 раз "выписывается" левая ветвь петли гистерезиса и 50 правая. Происходит это в том числе и на холостом ходу, независимо от наличия полезной нагрузки электромагнитного аппарата.

Поэтому потери энергии на перемагничивание называются потерями холостого хода или потерями в стали. Надо сказать, что это не совсем точно, так как в потери в стали входят еще и потери от вихревых токов или токов Фуко (об этих токах речь будет чуть позже); но их можно сделать столь малыми, что ими можно пренебречь. Наглядно потери холостого хода выражаются площадью петли гистерезиса. Устранить эти потери невозможно в принципе, так как они представляют собой работу по переориентации миниатюрных диполей - стержневых магнитиков, а без этой переориентации не было бы самого явления электромагнетизма. Снизить потери в стали можно, ограничивая продолжительность работы электромагнитных аппаратов на холостом ходе и приближая их нагрузку к номинальной в рабочих режимах. Однако с ростом нагрузки очень быстро (квадратично) растут так называемые "потери в меди" и суммарные потери (в стали и в меди) могут возрасти даже при снижении потерь в стали (нужно пояснить). Поэтому снижение потерь холостого хода не должно быть самоцелью, а только одной из составляющей общей цели снижения суммарных потерь.