Вопрос№67. Катушки с магнитными сердечниками. Искажающее действие гистерезиса и магнитного насыщения на форму кривой тока. Потоки рассеяния. Влияние воздушного зазора на работу катушки.

Для увеличения индуктивности катушек их наматывают на замкнутые сердечники из ферромагнитного материала. В устройствах работающих на низких частотах для сердечников используют электротехническую сталь. При высоких частотах используются сердечники из спрессованного ферромагнитного порошка.

Потоки рассеяния - участки повышенных концентраций микроэлементов в водах и рыхлых отложениях, возникающие в результате разрушения рудных тел и переноса полезных компонентов в жидкой и твердой фазе из области денудации в область осадконакопления. Различают механические и солевые потоки рассеяния.

(4)

Используя соотношение (4), покажем влияние воздушного зазора на индуктивность катушки.

Пусть катушка имеет воздушный зазор . Тогда полное магнитное сопротивление контура

,

откуда

.

При , следовательно

.

Таким образом, воздушный зазор линеаризует катушку с ферромагнитным сердечником. Зазор, для которого выполняется неравенство , называется большим зазором.

Поэтому с увеличением зазора ухудшается магнитная проницаемость сердечника.

Переходные процессы в линейных цепях с сосредоточенными параметрами. Коммутация в электрических цепях. Непрерывность тока в индуктивности и напряжения на конденсаторе и их связь с энергией магнитного поля индуктивности и электрического поля емкости.

Вопрос №68. Устройство и принцип работы трансформатора. Коэффициент трансформации. Преобразование напряжений, токов, сопротивлений.

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока того же или иного напряжения при неизменной частоте. Трансформатор состоит из 2-х основных частей: магнитопровода (сердечника) и обмоток.

Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при перемагничивании, сердечники собирают из тонких пластин толщиной 0,3 – 0,5 мм трансформаторной стали. Пластины изолируют друг от друга, покрывая их изолирующей плёнкой.

Простейший трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток – первичной и вторичной. Если к первичной обмотке трансформатора подвести переменное напряжение U1, то в ней появится некоторый ток i01, который создает в сердечнике магнитный поток Φо. Этот поток наведёт в обеих обмотках ЭДС индукции e1 и e2.

e₁ = - w₁

e₂ = - w₂

где w₁ и w₂ – число витков в первичной и вторичной обмотках.

Для идеального трансформатора в соответствии со вторым законом Кирхгофа:

u ₁ = - e ₁ и u ₂ = e ₂, то

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. Трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери отсутствуют. Имеющиеся потери обусловлены явлениями гистерезиса, вихревыми токами рассеяния магнитного поля и активным сопротивлением обмоток.

В ферромагнетике, подвергаемом циклическому перемагничиванию, магнитный поток связан с током зависимостью, выражаемой петлей гистерезиса. При каждом перемагничивании затрачивается работа, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта работа вследствие внутреннего трения доменов идёт на нагревание сердечника.

Вихревые токи, или токи Фуко, возникающие в проводниках, находящихся в переменных магнитных полях, создаются в сердечнике трансформатора. Замыкаясь в толще сердечника, эти токи нагревают его и приводят к потерям энергии. Для уменьшения этих потерь сердечник набирают из тонких, изолированных друг от друга пластин.

Потоки рассеяния создаются той частью магнитного потока, которая замыкается не через магнитопровод, а через воздух в непосредственной близости от витков. Они составляют около 1% от основного магнитного потока трансформатора.

Активное сопротивление обмоток создаёт потери за счёт токов, нагревающих обмотки.

Это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, тока, сопротивления и т. д.).

U1/U2 ≈ E1/E2 = N1/N2 = К

Величина К - коэффициент трансформации. При К> 1 трансформатор является понижающим, а при К<1 — повышающим трансформатором.