Рис. 11. Размещение изоляционной прокладки в месте стыка стержня с ярмом.

Рис. 12. Остов трансформатора.

Рис. 13. Участок магнитопровода с ухудшенными магнитными характеристиками (заштрихованный).

В местах стыка во избежание замыкания листов (рис. 11) и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали, устанавливаются изоляционные прокладки.

Сборка магнитопровода в переплет ведется путем чередования слоя листов, разложенных по положению 1 (рис. 10,а,б). В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений (рис. 12). Остовом трансформатора называется магнитопровод вместе со всеми конструкциями и деталями, служащими для скрепления его отдельных частей. Листы, из которых собирается шихтованный магнитопровод, имеют прямоугольную форму (рис. 10), если они штампуются из горячекатаной электротехнической стали.

В настоящее время магнитопроводы трансформаторов изготовляются из холоднокатаной электротехнической стали, так как она обладает низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью.

При применении этой стали оказалось возможным повысить магнитную индукцию в стержне масляного трансформатора до 1,6 —1,7 Тл (вместо 1,4—1,5 Тл у горячекатаной), что дало уменьшение его поперечного сечения и, следовательно, сокращение массы металла — стали и обмоток трансформатора. Кроме того, при этом уменьшаются потери в стали и намагничивающий ток трансформатора. Однако вследствие резко выраженной анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали улучшение ее характеристик наблюдается только при совпадении силовых линий магнитной индукции с направлением проката. При их несовпадении происходит резкое ухудшение характеристик.

Рис. 14. Форма пластин и порядок штриховки магнитопровода из холоднокатаной стали: а — первый слой; б — второй слой; в — взаимное расположение слоёв при укладке.

Поэтому при сборке магнитопровода из этой стали листы штампуются и укладываются так, чтобы магнитный поток проходил в них по направлению проката. Если листы имеют прямоугольную форму (как на рис. 10), то в местах, где линии магнитного поля поворачиваются на 90° (заштрихованный участок на рис. 13), наблюдается увеличение потерь и падения магнитного напряжения, что приводит к некоторому ухудшению характеристик трансформатора. Во избежание этого при сборке магнитопровода из холоднокатаной стали применяют косые стыки, как показано на рис. 14. Там же показана форма пластин, из которых собирается магнитопровод.

После сборки шихтованного впереплет магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются (расшихтовываются), на стержнях размещаются обмотки, а затем ярмо снова зашихтовывается.

Наиболее широкое распространение в трансформаторостроении получили магнитопроводы, шихтованные впереплет. Стыковая конструкция применяется значительно реже, так как наличие немагнитных зазоров в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление на пути магнитного потока. Это приводит к возрастанию намагничивающего тока трансформатора.

Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры или прямоугольника. Поперечные сечения стержневых и бронестержневых трансформаторов имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D₀ (рис. 15). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора. Увеличение числа ступеней приводит к более полному заполнению площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно сопровождается увеличением числа типов пластин, необходимых для сборки стержня. У мощных трансформаторов в магнитопроводе предусматриваются каналы для его охлаждения.

Рис. 15 Поперечные сечения стержней трансформаторов.

При стержнях, имеющих поперечное сечение, приближающееся к кругу, обмотки имеют вид полых цилиндров. При такой конструктивной форме обмотки (по сравнению с прямоугольной) сокращается расход материалов на ее изготовление и увеличивается электрическая и механическая прочность. Прямоугольное сечение стержней применяется иногда в трансформаторах броневого типа и трансформаторах небольшой мощности.

Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении магнитопровода. Неравномерность распределения магнитного потока между отдельными пакетами магнитопровода приводит к увеличению потерь в стали и возрастанию намагничивающего тока.

Равномерное распределение магнитного потока между пакетами можно получить, если обеспечить одинаковое число ступеней у ярма и у стержня. Для упрощения технологии изготовления ярм иногда число ступеней у них принимается меньшим, чем у стержней.

Конструкция обмоток. По способу расположения на стержне обмотки трансформатора делятся на концентрические (рис. 16) и чередующиеся (рис. 17). Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обеих обмоток, как правило, одинакова. В трансформаторах высокого напряжения ближе к стержню располагается обмотка НН, так как это позволяет уменьшить изоляционное расстояние между стержнем и этой обмоткой. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние.

Рис. 16. Стержень трансформатора с концентрическими обмотками.

Рис. 17. Стержень трансформатора с чередующимися обмотками.

Рис. 18. Цилиндрическая обмотка простая (а) и двухслойная (б).

Рис. 19. Общий вид двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода.

Однако при высоких напряжениях изоляция таких обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками ВН и НН.

В силовых трансформаторах нашли применение главным образом концентрические обмотки, которые по характеру намотки можно разделить на цилиндрические, винтовые и спиральные.

Цилиндрической обмоткой называется обмотка, витки которой состоят из одного или нескольких параллельных проводников, причем витки наматываются вдоль стержня впритык друг к другу (рис. 18,а). При большом числе витков обмотку делят на две концентрические катушки,  между которыми оставляют канал для охлаждения (рис. 18,б). Общий вид двухслойной цилиндрической обмотки, витки которой составлены из двух проводников, показан на рис. 19. Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток НН при номинальных токах до 800 А.

Наряду с этими обмотками находят применение многослойные цилиндрические обмотки, у которых число слоев в радиальном направлении более двух. Такие обмотки изготовляют чаще всего из проводников круглого сечения (рис. 20) и используют главным образом для обмоток ВН при U_ном ≤ 35 кВ.

Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении относительно друг друга. Намотку витков этой обмотки осуществляют, как и у цилиндрической обмотки, по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов, но при этом между соседними по высоте витками оставляют канал для охлаждения (рис. 21).

Рис. 20. Общий вид многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

В отдельных случаях для экономии места по высоте радиальные охлаждающие каналы могут быть сделаны через один виток. Общий вид одноходовой винтовой обмотки дан на рис. 22.

Так как проводники, образующие виток, располагаются концентрически относительно друг друга, то их длина и, следовательно, активное сопротивление различны. Кроме того, они находятся не в одинаковых условиях по отношению к потоку рассеяния, замыкающемуся в пространстве, занимаемом обмотками, вследствие чего в них наводятся равные ЭДС.

Рис. 21. Винтовая параллельная обмотка из шести витков.

Рис. 22. Общий вид одноходовой винтовой параллельной обмотки.

По этим причинам ток по параллельным проводникам, образующим виток, распределяется неравномерно, что вызывает увеличение потерь. Во избежание этого в винтовых обмотках требуется перекладка (транспозиция) проводников витка. При перекладке стремятся, чтобы каждый проводник попеременно занимал все положения, возможные в пределах одного витка. Часто производится только частичная перекладка проводников (рис. 23). Перекладка осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовые обмотки имеют большую механическую прочность, чем цилиндрические, и применяются в качестве обмоток НН в мощных трансформаторах (при токах более 300 А).

Рис. 23. Принципиальная схема транспозиции в винтовой обмотке из шести параллельных проводов в витке.

Спиральной катушечной обмоткой называется обмотка, составленная из ряда расположенных по высоте стержня и соединенных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с радиальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек (рис. 24). Если виток состоит из одного проводника, то обмотка называется простой, а если он составлен из ряда параллельных проводников, — параллельной. В параллельных спиральных обмотках необходимо применять перекладку (транспозицию) проводников. Катушки спиральных обмоток наматываются из прямоугольного провода и могут иметь целое и дробное число витков.

Характерной особенностью спиральных обмоток является то, что ее катушки наматываются без разрыва провода; это достигается особым способом перекладки одной из катушек в каждой их паре. По этой причине они иногда называются непрерывными. Общий вид спиральной обмотки показан на рис. 25. Обмотки этого типа используются в качестве обмоток ВН и НН в широком диапазоне напряжений (до 220 кВ и выше).

Важным элементом конструкции обмоток является их изоляция. Различают главную и продольную изоляцию.

Главной изоляцией называется изоляция данной обмотки от остова, бака и соседних обмоток. Осуществляется она посредством комбинации изоляционных промежутков и барьеров в виде электроизоляционных цилиндров и шайб.

Продольная изоляция является изоляцией между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями и катушками.

Рис. 24. Непрерывная спиральная катушечная обмотка.

Рис. 25. Общий вид непрерывной спиральной катушечной обмотки.

Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции применяется кабельная бумага, укладываемая в несколько слоев. Межкатушечная изоляция обычно осуществляется радиальными каналами.

С увеличением напряжения обмотки ВН конструкция изоляции усложняется и существенно возрастает стоимость трансформатора. Для трансформаторов напряжением 220—500 кВ стоимость изоляции достигает 25 % стоимости всего трансформатора. При небольших мощностях и низких напряжениях обмотки, намотанные на каркас, надеваются непосредственно на стержень магнитопровода.

Для выполнения обмоток трансформатора широкое применение находят как медные, так и алюминиевые провода.

Конструктивные части трансформатора. Основным видом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в электроустановках производственных помещений, жилых и служебных зданий, т. е. там, где применение масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масляного трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором, погружается в бак с маслом (рис. 26). К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Как изолирующая среда оно имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря чему позволяет уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, а также между различными обмотками.

Рис. 26. Масляный трансформатор: 1 — шихтованный магнитопровод; 2 — обмотка НН; 3 — обмотка ВН; 4 — трубчатый бак; 5 — термометр; 6 — переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 7 — ввод обмотки НН; 8 — ввод обмотки ВН; 9 — расширитель.

Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе, заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Все это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов. Трансформаторное масло является минеральным нефтяным маслом и имеет при температуре 20° С следующие технические данные:

Обмотка стержневого типа — Энциклопедия по машиностроению XXL

Первичные и вторичные обмотки трансформаторов, охлаждаемые водой, изготовляют из меди. Магнитопроводы выполняют броневого (для большинства трансформаторов) или стержневого типов (рис. 62). У первых трансформаторов обмотки располагаются на сердечнике и охватываются ярмом, у вторых — на двух сердечниках, соединенных верхним и нижним замыкающими яр-мами.  [c.109]

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.  [c.16]

Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием. Трансформаторы типа ТС и ТСК представляют собой передвижные понижающие трансформаторы стержневого типа с повыщенной индуктивностью рассеяния. Они предназначены для ручной дуговой сварки и наплавки, могут применяться для сварки под флюсом тонкими проволоками. В Трансформаторах типа ТСК параллельно первичной обмотке подключен конденсатор для повышения коэффициента мощности.  [c.144]

Трансформатор ТС — трехфазный, стержневого типа. Обмотки выполнены из алюминиевых проводов. Первичная обмотка трансформатора соединена треугольником , а вторичная, состоящая из двух трехфазных обмоток. — звездой .  [c.186]

Сварочные трансформаторы ТС-390 (рис. 41) и ТС-500 в однокорпусном исполнении имеют повышенную индуктивность рассеяния, регулируемую изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Магнитная система трансформаторов — стержневого типа. На каждом стержне располагаются в одной плоскости по одной катушке первичной и вторичной обмоток. Катушки первичной обмотки — неподвижные и закреплены у нижнего ярма. Катушки вторичной обмотки — подвижные. Вторичная обмотка перемещается вращением рукоятки.  [c.249]

Трансформатор (рис. 40, а) типа ТС-500 имеет сердечник 3 стержневого типа, установленный на раме-тележке 7 На вертикальных стержнях магнитопровода (сердечника) расположены катушки первичной I и вторичной 2 обмоток. Трансформатор вместе с обмотками защищен кожухом (на рисунке не показан) и крышкой 5. На крышке укреплена шкала — указатель силы тока.  [c.96]

При закалке концов рельс способом одновременного нагрева удобно применить индуктор, выполненный аналогично трансформатору стержневого типа с много-витковой обмоткой (рис. 31). Такие индукторы выполняются на 300 в и более и не нуждаются в понижающих трансформаторах.  [c.47]

Трансформатор (рис. 44) состоит из сердечника стержневого типа Л набранного из листов электротехнической стали, стянутых шпильками, изолированными от сердечника и от стяжных гаек. На сердечнике установлены две первичные 2 и две вторичные 3 катушки, выполненные из алюминия, а к их выводам холодной сваркой приварены медные накладки. Первичные катушки неподвижны и крепятся у нижнего ярма. Вторичные катушки подвижные. В верхнюю и нижнюю планки 5 крепления вторичной обмотки запрессованы гайки, которые могут перемещаться по ходовому червячному винту 4. Прижим 6 крепления первичных катушек служит подпятником для ходового винта, который проходит через отверстие в ярме и располагается в окне трансформатора. Сверху винта крепятся шестеренки передачи (планетарная передача). При вращении рукоятки 7 вращение передается червячному винту и гайкам, которые начинают  [c.107]

Конструкция трансформатора СТШ-500 показана на рис. 35. Магнитопровод / стержневого типа собран из листовой стали Э42 толщиной 0,5 мм. Катушки вторичной обмотки 4 выполнены из голой алюминиевой шины, намотанной на ребро. Катушки первичной обмотки 2 изготовлены из алюминиевого провода. Катушки первичной и вторичной обмоток, расположенные на разных стержнях, соединены между со й параллельно. Выводы обмоток и соединительные шины армированы медными накладками. Между витками катушек проложены асбестовые прокладки.  [c.53]

Трансформатор СТШ-500. Трансформатор стержневого типа. Первичная и вторичная обмотки выполнены из двух катушек каждая, соединенных между собой параллельно. Катушки первичной обмотки выполнены из изолированного алюминиевого провода лря-моугольного сечения, катушки вторичной обмотки — из голой, алюминиевой шины, намотанной на ребро.  [c.34]

Понижающий трехфазный трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния служит для создания падающей внешней характеристики и регулирования сварочного тока. Сердечник 8 трансформатора стержневого типа собран из лакированных листов электротехнической стали. Сердечник разбит на две части, между которыми проходит ходовой винт 6 с закрепленным внизу подпятником 7. Катушки вторичной обмотки 1 трансформатора неподвижные и закреплены у верхнего ярма. Катушки первичной обмотки 9 подвижные. В верхней планке крепления подвижных катушек запрессована гайка. Катушки перемещают вручную рукояткой 4. Если при вращении рукоятки катушки удаляются друг от друга, то индуктивность рассеяния увеличивается, магнитная связь между ними уменьшается и сварочный ток уменьшается. Обмотки катушек выполнены из алюминиевого провода, выводные концы которого армированы медными накладками.  [c.238]

По устройству магнитопровода различают трансформаторы броневого и стержневого типов, по устройству обмоток — трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками. В источниках сварочного тока основное распространение получили трансформаторы со стержневыми магнитопроводами как с цилиндрическими, так и с дисковыми обмотками трансформаторы работают с воздушным естественным или принудительным охлаждением.  [c.226]

Трехфазный трансформатор ТСШ-4000 стержневого типа с дисковыми обмотками имеет жесткую вольтамперную характеристику  [c.151]

Конструкция. Конструктивно трансформатор состоит из магнитопровода стержневого типа, набранного из листов толщиной 0,5 мм электротехнической стали марки ЭЗЮ ГОСТ 802—58. Катушка имеет две обмотки, изолированные одна от другой электроизоляционным картоном толщиной 0,3 мм марки ЭВ ГОСТ 3824—75, обмотанного лакотканью марки ЛШС толщиной 0,1 мм ГОСТ 2214-70.  [c.215]

Конструкция. Трансформатор состоит из магнитопровода стержневого типа и катущки. Магнитопровод набран из электротехнической стали марки ЭЗЮ ГОСТ 802—58. Катушка бескаркасная состоит из трех обмоток. Первичная обмотка имеет 720 витков из провода марки ПЭВ-1 диаметром 1,0 мм ГОСТ 7262—70, Одна из вторичных обмоток имеет 120 витков из провода марки ПБД диаметром 2,1 мм ГОСТ 16513—70, а другая ПО витков из провода  [c.239]

Перейдем к практической стороне дела. Начнем с выбора типа магнитопровода для выходных трансформаторов. С точки зрения качества работы трансформатора ( рма его железного магнитопровода не имеет существенного значения, но с позиции удобства намотки лучше использовать 0-образные ленточные разрезные магнитопроводы стержневого типа. В этом случае на каждом из двух стержней размещают два совершенно одинаковых каркаса с двумя абсолютно идентичными обмотками, что в принципе исключает разницу в электрических данных этих обмоток.  [c.106]

Штепсельные штыревые переключатели обычно используют в машинах малой мощности с трансформаторами стержневого типа и цилиндрическими обмотками.  [c.25]

Аппарат имеет силовой трансформатор стержневого типа с естественным воздушным охлаждением его обмоток. Обе обмотки поровну расположены на двух стержнях трансформатора. Первичная обмотка рассчитана на напряжение 220 в. Вторичная обмотка состоит из двух ветвей на 45 в каждая, включаемых по двух-полупериодной схеме выпрямления с нулевой точкой. Обе ветви имеют равноотстоящие отводы от витков для регулирования мощности аппарата. Эти отводы и концы ветвей последовательно замыкаются вилкой, которая является нулевой точкой. Панель с гнездами и вилка для переключения расположены с левой стороны аппарата. Оба начала ветвей вторичной обмотки подведены к выпрямителям.  [c.103]

Трансформаторы типов ТДФ-1001 УЗ и ТДФ-1601 УЗ с под-магничиваемым шунтом предназначены для механизированной сварки под флюсом. Трансформатор ТДФ-1001 УЗ (рис. 5.8) имеет стержневой магнитопровод J и неподвижный магнитный шунт 4 также стержневого типа. Магнитная проводимость шунта регулируется с помощью обмотки управления 5, питаемой постоянным током. Первичная обмотка 7, состоящая из двух параллельно соединенных катушек, закреплена у верхнего ярма. Вторичная обмотка состоит из трех частей, по две параллельно соединенные катушки в каждой катушки 2а расположены рядом с первичной обмоткой, а катушки 26 и 2в отделены от нее магнитным шунтом. Падающая ВВАХ у трансформатора с подмагничиваемым шунтом обусловлена увеличенным магнитным рассеянием вследствие размещения первичной и вторичной обмоток (или части последней) на значительном расстоянии друг от друга и наличия магнитного шунта. Основной способ регулирования режима работы трансформатора заключается в изменении индуктивного сопротивления магнитного шунта.  [c.121]

Трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД являются однопостовыми. Обмотки их выполнены из алюминия. Сердечник стержневого типа. Катушки вторичной обмотки подвижные и перемещаются вверх и вниз вручную с помощью винта, проходящего через верхнее ярмо. Сварочный ток увеличивается при сближении обмоток и уменьшается при их удалении друг от друга. Траноформаторы ТСК отличаются от ТС наличием конденсаторов, включенных параллельно первичным обмоткам и обеспечивающих повышение коэффициента мощности ( os ф)-.  [c.53]

На рис. 12 представлена схема сварочного трансформатора ТДМ.-401У2. Трансформатор однофазный, стержневого типа. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижные и закреплены у нижнего ярма. Катушки вторичной обмотки — подвижные. Через верхнее ярмо сердечника трансформатора пропущен ходовой винт, который ввинчивается в ходовую гайку, вмонтированную в обойму подвижных вторичных катушек. При вращении ходового винта, осуществляемого с помощью рукоятки, находящейся сверху трансформатора, перемещаются вторичные катушки и тем самым изменяется расстояние между обмотками.  [c.37]

Схема конструкции трансформатора типа СТШ показана на рис. 61. Магнитопровод 1 стержневого типа собран из тонкой листовой стали толщиной 0,5 мм. Катушки первичной обмотки 3 выполнены из алюминиевого провода и жестко закреплены у нижнего ярма. Катушк-И вторичной обмотки 2 изготовлены из голой алюминиевой шины с прокладками между витками. Выводные концы об-  [c.157]

Трансформатор имеет сердечник-МагйитопровоД, набранный из пластин толщиной 0,5 мм, изготовленных из трансформаторной стали. Пластины изолированы между собой лаком, собраны в замкнутый контур стержневого типа и стянуты шпильками. На сердечнике размещаются две обмотки — первичная и вторичная.  [c.96]

Сердечник трансформатора — стержневого типа. Катушки первичной обмотки неподвижны и закреплены у нижнего ярма. Катушки вторичной обмотки подвижные, они перемещаются вверх и вниз вручнук>  [c.55]

Монтажный трансформатор ТМ-ЗОО-П предназначен для питания сварочной дуги при однопостовой дуговой сварке на монтажных, строительных и ремонтных работах. Трансформатор обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику (с отношением тока короткого замыкания к току номинального рабочего режима 1,2 —1,3) и ступенчатое регулирование сварочного тока, что позволяет вьшолнять сварку электродами диаметром 3,4 и 5 мм. Он однокорпусный, имеет малую массу и удобен для транспортирования. Трансформатор ТМ-ЗОО-П имеет разделенные обмотки, что позволяет получать значительное индуктивное сопротивление для создания падающих внешних характеристик. Магнитопровод стержневого типа набирается из холоднокатаной текстурирован-ной стали ЭЗЮ, Э320, ЭЗЗО толщиной 0,35 — 0,5 мм. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 67.  [c.131]

Трансформаторы с повышенной индуктивностью рассеяиия, регулируемой путем изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками. Магнитопровод стержневого типа. На стержнях расположены по одной катушке первичной и вторичной обмоток. Катушки первичной обмотки неподвижны и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижны. Обмотки трансформатора выполнены из алюминия, выводные концы армированы медными накладками.  [c.7]

Трансформаторы выполнены с развитым магнитным рассеянием, регулируемым подвижными магнитными шунтами. Магнитопровод стержневого типа. На обоих стержнях расположены по одной катушке первичной и втopичнQЙ обмоток. Обмотки выполнены из алюминиевого провода и соединены параллельно. Выводы обмоток и соединительные шины армированы медными накладками. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между подвижными шунтами с помош,ью ходового винта. Вольт-амперная характеристика— падающая. Трансформаторы снабжены шкалой и механическим токоуказателем. Имеется фильтр для снижения радиопомех. Трансформаторы рассчитаны на естественную воздушную вентиляцию.  [c.8]

Ф о р м а м а г н и т н о й ц о н и. Чтобы регулятор не слишком реагировал на тряску, натяжение пружины д. б. достаточно большим (1U0—150 г), а условия малого габарита п потребления энергии приводят к требованию замкнутой магнитной цепи. По форме последней регуляторы бывают стержневого типа (Делько, фиг. 10 и Бош— плоский тип SSM, фиг. 25) и броневого типа (Бош—цилиндрич. типы К и L, фиг. 24 и Сцинтилла, фиг. 22). В регуляторах броневого типа магнитный поток разветвлен броня служит магнитопроводом и механич. загцитой. Для смягчения влияния нагрева на напряжение, поддерживаемое регулятором, обычно основную II некоторые другие обмотки его выполняют из двух частей — медной и константановой. Сопротивление последней делается возможно большим, что уменьшает влияние изменения сопротивления медной при нагреве на o6niee сопротивление / о- Изменение напряжения, поддерживаемого регулятором, производится регулировкой натяжения пружины. Зазор между контактами и воздушный зазор между якорьком и сердечником могут в известных границах устанавливаться произвольно.  [c.366]

Магнитопровод стержневого типа, расположение магнитопровод горизонтальное, стержни размещены параллельно рельсовому пути Магнитопровод собран из пластин электротехнической стали Э-330 тол щиной 0,35 мм, покрытых тонким слоем изоляционного лака. Располс жение обмоток на стержнях магнитопровода концентрическое. Перво на стержне размещена сетевая обмотка АХ (см. рис. 62).  [c.118]

Наличие относительно недорогих магнитных материалов, с магнитной восприимчивостью порядка 1000 и более, позволяет производство высоких плотностей магнитного потока с относительно небольшими токи. Устройства, предназначенные для использования этих материалов, включают: компактные индукторы, трансформаторы и вращающиеся машины. Многие из этих моделируются как магнитные цепи, которые являются темой этого раздел.

Показана магнитная цепь, типичная для сердечников трансформатора. на рис. 9.7.1. Ядро из материала с высокой проницаемостью имеет пару в центре прорезаны прямоугольные окна. Провода, проходящие через эти окна охватывают центральную колонну. Поток генерируемый этой катушкой, как правило, направляется намагничиваемым материал. Он проходит вверх через центральную ножку материала и разделяется на части, которые проходят по ножкам влево и вправо.

Пример 9.6.2 с его высокопроницаемой сферой, возбуждаемой небольшим катушка, дала возможность изучить улавливание магнитных поток.Здесь, как и в случае с _b / _a 1 , плотность потока внутри сердечника имеет тенденцию быть тангенциальной на поверхность. Таким образом, плотность магнитного потока определяется материала и распределение поля в ядре, как правило, независимо от внешней конфигурации.

В ситуациях этого типа, когда канал магнитного потока позволяет аппроксимировать распределение магнитных области интегральные законы MQS служат во многом той же цели, что и Законы Кирхгофа для электрических цепей.

Форма MQS интегрального закона Ампера применяется к контуру, такому как как C ₁ на рис. 9.7.2, следуя по пути циркулирующего магнитного поток.

Поверхность, ограниченная этим контуром на рис.9.7.2 пробита N раз током, переносимым по проводам, поэтому поверхностный интеграл Плотность тока справа в (1) в данном случае составляет Ni . Одинаковый уравнение может быть записано для контура, проходящего через левую нога, или для одного, циркулирующего через внешние ноги. Обратите внимание, что последний будет охватывать поверхность S , через которую чистый ток будет ноль.

Если интегральный закон Ампера играет роль, аналогичную закону Кирхгофа закон напряжения, затем интегральный закон, выражающий непрерывность магнитного поток аналогичен текущему закону Кирхгофа.Это требует, чтобы через закрытую поверхность, такую ​​как S ₂ на рис. 9.7.2, сетка магнитный поток равен нулю.

В результате поток, входящий в закрытая поверхность S ₂ на рис. 9.7.2 через центральную ножку должна равняться уходу влево и вправо через верхние ноги магнитная цепь. Вернемся к именно этому магнитному схема, когда мы обсуждаем трансформаторы.

Пример 9.7.1. Поле воздушного зазора электромагнита

Магнитопровод на рис.9.7.3 может использоваться для создания высокая напряженность магнитного поля в узком воздушном зазоре. Катушка витка N оборачивается вокруг левой ножки высокопроницаемого ядра. Предоставлена что длина г воздушного зазора не слишком велика, флюс в результате тока и в этой обмотке в значительной степени направляется по намагничивающийся материал.

Рисунок 9.7.3 Поперечное сечение магнитопровода используется для создания напряженности магнитного поля H _г в воздушном зазоре.

Путем аппроксимации полей в секциях схемы как по существу однородны, можно использовать интегральные законы для определить напряженность поля в зазоре. В левой ноге поле аппроксимируется константой H ₁ по длине l ₁ и площадь поперечного сечения A ₁ . Аналогично на длине l ₂ , имеющих площади поперечного сечения A ₂ , напряженность поля равна приблизительно H ₂ .Наконец, в предположении, что зазор ширина г мала по сравнению с размерами поперечного сечения зазор, поле в зазоре представлено константой H _g . В Затем применяется линейный интеграл H в интегральном законе Ампера (1) к контуру C , который следует напряженности магнитного поля вокруг схему, чтобы получить левую часть выражения

Правая часть этого уравнения представляет собой поверхностный интеграл из J d a для поверхности S , имеющей этот контур в качестве кромки.Полный ток через поверхность — это просто ток через один провод, умноженный на количество раз, когда он протыкает поверхность С .

Мы предполагаем, что намагничивающийся материал работает в условиях условия магнитной линейности. Тогда конституционный закон связывает плотность потока и напряженность поля в каждой из областей.

Непрерывность магнитного потока (2) требует, чтобы полный поток через каждый участок схемы быть одинаковым. С потоком плотности, выраженные с помощью (4), для этого требуется, чтобы

Наша цель — определить H _г .Для этого используется (5) написать

и эти отношения использовались для исключения H ₁ и H ₂ в пользу H _г дюйм (3). Из полученного выражения следует, что

Отметим, что в пределе бесконечной проницаемости керна зазор Напряженность поля просто Ni / г .

Если магнитопровод можно разбить на участки, в которых напряженность поля практически однородна, то поля могут быть определяется из интегральных законов.Предыдущий пример это показательный случай. Требуется более общий подход, если ядро имеет сложную геометрию или требуется более точная модель.

В этой главе мы предполагаем, что намагничивающийся материал достаточно изолирующий, так что даже если поля изменяются во времени, в сердечнике нет плотности тока. В результате магнитный напряженность поля в ядре можно представить в терминах скалярной магнитный потенциал, введенный в гл. 8.3.

Согласно интегральному закону Ампера (1) интегрирование H d s вокруг замкнутого контура должно быть равно «Ампер повороты» Ni , проходящий через поверхность, охватывающую контур.С H выражается через , интеграция из (a) — (b) вокруг контура, такого как C на рис. 9.7.4, который окружает чистый ток, равный произведению витков N и тока на виток i , дает _a — _b = Ni . С (а) и (б) смежными друг другу ясно, что является многозначным. Чтобы указать главное значение этой многозначной функции, мы должны ввести разрыв в где-то по контуру.В цепи На рис. 9.7.4 определено, что эта неоднородность возникает по всей поверхности. S _d .

Сделать линейный интеграл H d s из любой точки чуть выше поверхности S _d по кругу до точки чуть ниже поверхность, равная Ni , требуется потенциал, чтобы разрыв = Ni через S _d .Везде внутри магнитный материал, удовлетворяет уравнению Лапласа. Если в добавление, нормальная магнитная индукция на стенках намагничиваемого материала равна требуется, чтобы исчезнуть, распределение в ядре однозначно определен. Обратите внимание, что только разрыв в указано на поверхности S _d . Величина с одной стороны. или другой не указан. Кроме того, нормальная производная , который пропорционален нормальному компоненту H , должен быть непрерывно по S _d .

Следующий простой пример показывает, как скалярная магнитная потенциал можно использовать для определения поля внутри магнитного схема.

Пример 9.7.2. Магнитный потенциал внутри намагничивающегося сердечника

Сердечник магнитопровода, показанного на рис. 9.7.5, имеет внешний и внутренние радиусы a и b соответственно, а длина d в z направление, которое больше по сравнению с и . Текущий и несут в направление z через центральное отверстие и обратно на внешнем периферия на Н оборотов.Таким образом, интеграл от H d s по контуру циркулирующий вокруг магнитной цепи должен быть Ni , а поверхность разрыв S _d вводится произвольно, как показано на рис. 9.7.5. При граничном условии отсутствия утечки потока / r = 0 при r = a и при r = b решение уравнения Лапласа в ядре определяется однозначно.

Рисунок 9.7.5 Магнитная цепь, состоящая из сердечника имеющий форму кругового цилиндрического кольца с витком N обмотка наматывается на половину ее окружной длины.В длина системы в бумаге очень велика по сравнению с внешний радиус a .

В принципе краевая задача может быть решена, даже если геометрия сложная. Для конфигурации, показанной на рис. 9.7.5, требование отсутствия радиальной производной предполагает, что является Независимо от r . Таким образом, при A произвольный коэффициент, разумный догадываюсь

Коэффициент A был выбран так, чтобы действительно было разрыв Ni в между = 2 и = 0 .

Напряженность магнитного поля, полученная при подстановке (9) в (8), равна

Обратите внимание, что H является непрерывным, как и должно быть.

Теперь, когда внутреннее поле определено, возможно, в свою очередь, чтобы найти поля в окружающих областях свободного пространства. В решение для внутреннего поля вместе с заданной поверхностью распределение тока на границе между областями, обеспечивает касательное поле на границах внешних областей.В пределах произвольная константа, поэтому граничное условие на указано. Во внешних регионах нет замкнутого контура, который оба остаются в пределах региона и окружают текущие. В этих регионах — непрерывный. Таким образом, проблема поиска полей «утечки» сводится к нахождению краевого решения уравнения Лапласа.

Такой подход изнутри-снаружи дает приблизительное поле распределение, которое оправдано только в том случае, если относительная проницаемость ядро очень большое.Как только внешнее поле приблизительно в таким образом, его можно использовать, чтобы предсказать, сколько потока покинуло магнитная цепь и, следовательно, насколько велика погрешность в расчетах. Как правило, будет обнаружено, что ошибка зависит не только от относительной проницаемость, но и по геометрии. Если магнитная цепь состоит из длинных и тонких ног, то мы ожидаем утечка потока должна быть большой и приближение подход изнутри-снаружи, чтобы стать недействительным.

Взаимосвязи и характеристики электрических клемм

Практические индукторы (дроссели) часто имеют форму магнитных цепей.При наличии более одной обмотки на одной магнитной цепи магнитный Схема служит сердечником трансформатора. На рисунке 9.7.6 показан схематическое изображение трансформатора. Каждая обмотка моделируется как идеально проводящий, поэтому его напряжение на клеммах определяется формулой (9.2.12).

Однако поток, связанный одной обмоткой, возникает из-за двух токов. Если сердечник магнитно-линейный, у нас есть поток, связанный первым катушка, которая представляет собой сумму потокосцепления L ₁₁ i ₁ за счет собственного ток и потокосцепление L ₁₂ за счет тока во втором обмотка.Аналогичная ситуация и для второй катушки. Таким образом потокосцепления связаны с токами на клеммах по схеме матрица индуктивности .

Коэффициенты L _ij зависят от геометрии сердечника и катушки. и свойства материала, с L ₁₁ и L ₂₂ знакомые самоиндуктивности и L ₁₂ и L ₂₁ взаимное индуктивности .

Слово «трансформатор» обычно используется двумя способами, каждый из которых часто схематично, как на рис. 9.7.6. В первом подразумевается только то, что терминальные отношения резюмируются (12). Во втором случае, когда устройство считается идеальным трансформатор , клеммы указаны как напряжение и текущие коэффициенты.Для идеального трансформатора

Предположительно такое устройство может служить для повышения напряжения при понижая ток. Отношения между терминалом напряжения и между клеммами токи линейны, так что такой Устройство «идеально» для обработки сигналов.

Магнитная цепь, разработанная в следующем примере, представляет собой магнитную цепь. типовой трансформатор. У нас две цели. Сначала мы определяем индуктивности, необходимые для завершения (12). Во-вторых, мы определяем условия, при которых такой трансформатор работает как идеальный трансформатор.

Пример 9.7.3. Трансформатор

Ядро, показанное на рис. 9.7.7, знакомо из введения в этот раздел, рис. 9.7.1. «Окна» заполнены пара обмоток, имеющая витки N ₁ и N ₂ соответственно. Они разделяют центральную ветвь магнитной цепи как общий сердечник и генерируют поток, который циркулирует по ветвям в обе стороны.

Рисунок 9.7.7 В типичном трансформаторе связь оптимизирован за счет размещения первичной и вторичной обмоток на одном ядре.На вставке показано, насколько в полной мере используется намагничивающийся материал в основное производство.

Соотношение между напряжениями на клеммах для идеального трансформатора зависит только от единства связи между двумя обмотками. То есть, если мы называем магнитный поток через центральную ножку, поток, связывающий соответствующие катушки,

Эти утверждения предполагают, что нет потока утечки, который мог бы соединить одну катушку, но обойти другую.

Что касается магнитного потока, проходящего через центральную опору, напряжения на зажимах следуют из (14) как

Из этих выражений, без дальнейших ограничений на режим работы следует соотношению между терминалом напряжения (13).

Теперь воспользуемся интегральными законами для определения потоковых связей в условия токов. Потому что желательно минимизировать пик плотность магнитного потока в каждой точке сердечника, и потому что поток через центральную ножку равномерно делится между двумя контуров, сечения возвратных ветвей выполнены наполовину такой же большой, как у центральной ноги.

При средней длине циркулирующей силовой линии магнитного поля взятый равным -1, интегральный закон Ампера (1) дает

Принимая во внимание предполагаемую магнитную линейность сердечника, магнитный поток через площадь поперечного сечения А центральной стойки

и из этих двух последних выражений следует, что

Умножение на витки N ₁ и затем N ₂ соответственно дает потокосцепления ₁ и ₂ .

Сравнение этого выражения с (12) идентифицирует само- и взаимное индуктивности как

Обратите внимание, что взаимные индуктивности равны. В гл. 11.7, мы увидим что это следствие сохранения энергии. Так же самоиндуктивности связаны с взаимной индуктивностью соотношением

При каких условиях оконечные токи подчиняются соотношениям для «идеальный трансформатор»?

Предположим, что (1) клеммы выбраны как «первичные» клеммы трансформатора и приводятся в действие источником тока I (t) , и что выводы обмотки (2), «вторичной», соединены на резистивную нагрузку R .Признать, что обмотка на самом деле внутреннее сопротивление, эта нагрузка включает сопротивление обмотки как хорошо. Электрическая схема показана на рис. 9.7.8.

Уравнение вторичной цепи:

и используя (12) с i ₁ = I , следует, что вторичный ток i ₂ регулируется

В целях иллюстрации рассмотрим реакцию на привод, который в синусоидальном установившемся состоянии.С приводом угловой частоты равный , отклик имеет такую ​​же временную зависимость в устойчивое состояние.

Подстановка в (23) показывает, что комплексная амплитуда ответ

Идеальное соотношение трансформатор-ток получается, если

В этом случае (25) сводится к

Когда выполняется условие идеального трансформатора (26), первый член в левое в (23) преобладает над вторым. Что останется, если термин сопротивления не учитывается — это утверждение

Делаем вывод, что для идеальной работы трансформатора поток связи незначительны. Это очень важно для трансформатора. вести себя как линейное устройство. Независимо от того, представлена ​​ли индуктивность матрица (12) или идеальные соотношения (13), линейная операция зависит от наличия линейной зависимости между B и H в ядре, (17). Работая в режиме (26), так что B достаточно мала чтобы избежать насыщения, (17) имеет тенденцию оставаться в силе.

10.3: Магнитные цепи — Разработка LibreTexts

Магнитные цепи включают такие приложения, как трансформаторы и реле.Очень простая магнитная цепь показана на рисунке 10.3.1. .

Рисунок 10.3.1 : Простая магнитная цепь.

Во-первых, он состоит из магнитопровода. Сердечник может состоять из одного материала, такого как листовая сталь, но также может использовать несколько секций и воздушный зазор (и). Вокруг сердечника находится по крайней мере один набор витков провода, то есть катушка, сформированная вокруг сердечника. Для трансформаторов используется несколько наборов витков (в простейшем случае один для первичной обмотки, а другой для вторичной).Как мы уже видели, прохождение тока через обмотки создает магнитный поток \ (\ Phi \) в сердечнике. Поскольку этот поток ограничен площадью поперечного сечения сердечника \ (A \), мы можем получить плотность потока \ (B \).

\ [B = \ frac {\ Phi} {A} \ label {10.4} \]

Где

\ (B \) — плотность магнитного потока в теслах,

\ (\ Phi \) — магнитный поток в веберах,

\ (A \) — площадь в квадратных метрах.

Вспомните из главы 9, что одна тесла определяется как один вебер на квадратный метр.Альтернативной единицей измерения, которая иногда используется, является гаусс (система единиц cgs), названная в честь Карла Фридриха Гаусса, немецкого математика и ученого.

\ [1 \ text {тесла} = 10 000 \ text {gauss} \ label {10.5} \]

Пример 10.3.1

Магнитный поток паутины 6E-5 существует в сердечнике, поперечное сечение которого имеет размеры 1 на 2 сантиметра. Определите плотность потока в теслах.

Сначала преобразуйте размеры в метры, чтобы найти площадь.2} \ nonumber \]

\ [B = 0,3T \ nonumber \]

Закон Ома для магнитных цепей (закон Гопкинсона или Роуленда)

Между магнитными и электрическими цепями проводится общая параллель, а именно закон Гопкинсона (закон Роуленда). Для электрических цепей закон Ома гласит:

\ [V = I R \ nonumber \]

Аналогично для магнитных цепей:

\ [\ boldsymbol {F} = \ Phi \ boldsymbol {R} \ label {10.6} \]

Где

\ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила (или MMF) в ампер-витках,

\ (\ Phi \) — магнитный поток в веберах,

\ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление материала в ампер-витках / Вебере.

Магнитодвижущая сила сравнивается с напряжением источника или электродвижущей силой (ЭДС), магнитный поток сравнивается с потоком тока, а реактивное сопротивление заменяет сопротивление (то есть, с одной стороны, у нас есть материал, который сопротивляется потоку ток, а с другой стороны, материал, у которого есть «сопротивление» для установления магнитного потока). Кроме того, магнитодвижущая сила — это произведение тока, протекающего через катушку, и количества витков или витков в катушке:

\ [\ boldsymbol {F} = N I \ label {10.7} \]

Где

\ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила в ампер-оборотах,

\ (N \) — количество витков или витков в катушке,

\ (I \) — ток в катушке в амперах.

Уравнение сопротивления имеет хорошую параллель с уравнением сопротивления (уравнение 2.11 из главы 2):

\ [R = \ frac {\ phi l} {A} \ nonumber \]

\ [\ boldsymbol {R} = \ frac {l} {\ mu A} \ label {10.8} \]

Где

\ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление в ампер-витках / по Веберу,

\ (l \) — длина материала в метрах,

\ (A \) — площадь поперечного сечения материала в квадратных метрах,

\ (\ mu \) — проницаемость материала в генри / метр.

Учитывая характеристики катушки и длину пути магнитной цепи, магнитный поток приводит к возникновению намагничивающей силы \ (H \).

\ [H = \ frac {N I} {l} \ label {10.9} \]

Где

\ (H \) — сила намагничивания в ампер-витках / метр,

\ (N \) — количество витков или витков в катушке,

\ (I \) — ток катушки в амперах,

\ (l \) — длина магнитного пути в метрах.

Уравнение \ ref {10.8} показывает, что ферромагнитные материалы (то есть материалы с высокой проницаемостью, такие как сталь) имеют низкое сопротивление. Практическая проблема здесь в том, что \ (\ mu \), в отличие от удельного сопротивления \ (\ rho \) резисторов, не является постоянной величиной для таких материалов. Он может значительно различаться, как видно на общей диаграмме, представленной на рисунке 10.3.2. . В результате непрактично находить сопротивление таким же образом, как мы находим сопротивление. Однако еще не все потеряно.

Рисунок 10.3.2 : Типичная кривая проницаемости для материала с высокой проницаемостью.

Плотность магнитного потока и соответствующая сила намагничивания для любого данного материала связаны следующим уравнением:

\ [B = \ mu H \ label {10.10} \]

Где

\ (B \) — плотность потока в теслах,

\ (\ mu \) — проницаемость материала в генри / метр,

\ (H \) — сила намагничивания в ампер-витках / метр.

Еще раз, сложность здесь — проницаемость материала керна.{-6} H / m \ label {10.11} \]

Для других материалов, таких как листовая или литая сталь, мы пойдем другим путем; а именно кривую, полученную эмпирическим путем, которая отображает зависимость плотности потока \ (B \) от силы намагничивания \ (H \). Такие графы обычно называют «кривыми \ (BH \)». Пример показан на рисунке 10.3.3. . Ясно, что эта кривая не является хорошей прямой линией или даже очевидной предсказуемой функцией. Сразу бросаются в глаза начальные крутые подъемы, за которыми следует сглаживание кривой.Это сплющивание соответствует насыщению магнитного материала. Напротив, график для воздуха покажет прямую линию с очень пологим уклоном. Как мы увидим, возможность достичь высокой плотности магнитного потока для данной силы намагничивания приведет к созданию эффективной и действенной магнитной цепи. Таким образом, хотя воздух обладает положительным свойством ненасыщения, результирующая плотность потока мала, что обычно приводит к снижению производительности.

Рисунок 10.3.3 : Общая кривая \ (BH \).

Кривая BH

Процесс создания кривой \ (BH \) выглядит следующим образом. Сначала мы создаем ядро ​​исследуемого материала. Затем вокруг этого сердечника наматывается катушка с проволокой. Пример показан на рисунке 10.3.4. . Здесь у нас есть базовый тороид с катушкой на \ (N \) витков.

Рисунок 10.3.4 : Тороидальный сердечник с катушкой.

Начнем с того, что система находится в состоянии покоя и не находится под напряжением. На катушку подается небольшой ток \ (I \). Это создает намагничивающую силу согласно уравнению \ ref {10.9}. Будет соответствующая плотность потока в соответствии с Уравнением \ ref {10.10}.

Затем ток увеличивается. Это приводит к увеличению силы намагничивания и соответствующему изменению плотности магнитного потока. Сила тока увеличивается до тех пор, пока кривая не станет плоской, указывая на то, что насыщение достигнуто. Эта траектория показана пунктирной линией на рисунке 10.3.5. , начиная с точки \ (\ boldsymbol {a} \) с точкой \ (\ boldsymbol {b} \), обозначающей насыщенность. Затем ток снижается. Это вызывает уменьшение намагничивающей силы, но, хотя плотность магнитного потока уменьшается, она не возвращается идеально по исходной траектории.Вместо этого кривая смещается над исходной.

Рисунок 10.3.5 : Построение кривой BH.

Со временем ток упадет до нуля. Это соответствует точке \ (\ boldsymbol {c} \) на графике на рисунке 10.3.5. . В этот момент, даже если в катушке нет тока, в сердечнике все еще есть магнитный поток. Результирующая магнитная индукция называется удерживающей способностью и является мерой остаточного магнетизма. Это явление позволяет намагничивать материалы.

Если мы теперь изменим направление тока катушки и начнем увеличивать его величину, плотность потока будет продолжать падать. В точке \ (\ boldsymbol {d} \) он достигнет нуля. Поскольку мы фактически принудили поток обратно к нулю, мы называем намагничивающую силу, необходимую для этого, коэрцитивной силой или коэрцитивной силой.

По мере увеличения величины тока плотность потока также увеличивается, но с противоположным знаком. В конце концов, в точке \ (\ boldsymbol {e} \) снова достигается насыщение.Еще раз, если величина тока уменьшается, величина плотности потока также будет уменьшаться, но не будет точно прослеживаться вдоль исходной траектории. На этот раз он пойдет по более низкому пути. Когда ток снижается до нуля в точке \ (\ boldsymbol {f} \), сохраняется сохраняемость зеркала. Дальнейшее положительное увеличение тока показывает зеркальную коэрцитивность в точке \ (\ boldsymbol {g} \). Наконец, когда ток увеличивается до максимума, мы снова достигаем насыщения в точке \ (\ boldsymbol {b} \).

Если ток снова переключается таким образом, процесс повторяется, и снова выбирается внешний путь, указанный стрелками.Таким образом, конкретное значение силы намагничивания может привести к различным значениям плотности потока: это зависит от недавней истории материала. Этот эффект известен как гистерезис и встречается также в других областях.

Фактически, опубликованные кривые \ (BH \) следуют за серединой петли гистерезиса. Пример кривых \ (BH \) для трех различных материалов сердечника показан на рисунке 10.3.6. ¹ . Кривая A — для листовой стали (которая обычно используется в трансформаторах), кривая B — для литой стали, а кривая C — для чугуна.Мы будем использовать их в следующих примерах. Также доступны кривые для других материалов.

Рисунок 10.3.6 : Кривые BH для: A. Листовой стали B. Литой стали C. Чугуна

Пример 10.3.2

Предположим, что тороид на рисунке 10.3.4. изготовлен из литой стали, имеет катушку на 500 витков, сечение 2 см на 2 см и среднюю длину пути 50 см. Определите магнитный поток в паутине, если на катушку подается ток 0,3 ампер.

Мы будем использовать уравнение \ ref {10.9}, чтобы найти силу намагничивания, и по кривой \ (BH \) найдите плотность потока.

\ [H = \ frac {N I} {l} \ nonumber \]

\ [H = \ frac {500 \ text {повороты} \ times 0,3 A} {0,5 м} \ nonumber \]

\ [H = 300At / m \ text {(ампер-оборотов на метр)} \ nonumber \]

Стальное литье соответствует кривой B (зеленая) на рисунке 10.3.5. . Приличная оценка плотности потока — 0,52 тесла. Это соответствующая плотность потока. Чтобы найти поток, нам нужно найти площадь сердечника.2 \ nonumber \]

\ [\ Phi = 2.08E-4Wb \ nonumber \]

KVL для магнитных цепей

Беглый просмотр уравнений \ ref {10.7} и \ ref {10.9} показывает, что:

\ [\ boldsymbol {F} = H l = N I \ label {10.12} \]

Продолжая аналогию с законом Ома, произведение ампер-витков катушки, \ (NI \), аналогично увеличению напряжения. Далее, произведение \ (Hl \) аналогично падению напряжения. Если мы затем расширим аналогию, включив в нее концепцию закона напряжения Кирхгофа, неудивительно, что сумма «подъемов» \ (NI \) должна равняться сумме «падений» \ (Hl \).В схеме рисунка 10.3.4 , есть единичный «подъем» и единичный «спад». Таким образом, магнитная цепь аналогична минимальной электрической цепи, показанной на рисунке 10.3.7. . \ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила, \ (NI \), а \ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление тороидального сердечника. Это сопротивление испытает «падение» \ (Hl \).

Рисунок 10.3.7 : Аналог электрической схемы для магнитной системы на рисунке 10.3.4. .

Ядро может состоять из двух или более разных материалов, что эквивалентно последовательной цепи.В этом случае таблица, подобная той, что представлена ​​на рис. 10.3.8. может использоваться для помощи в вычислениях. В этой таблице каждому разделу ядра соответствует отдельная строка. Стол разделен на две стороны (обратите внимание на толстую разделительную линию в центре). В общем, мы будем работать над проблемами, когда мы знаем данные с левой стороны и нам нужно найти что-то с правой стороны, или наоборот. Мост между двумя сторонами (т.2\))»> Рисунок 10.3.8 : Формат таблицы, используемый для анализа магнитной цепи.

Пора привести несколько наглядных примеров. Мы рассмотрим простую систему, подобную показанной на рис. 10.3.4. , двухсекционный сердечник, сердечник с воздушным зазором и сердечник с двумя катушками.

Пример 10.3.3

Предположим, что основная часть рисунка 10.3.9 изготовлен из листовой стали, имеет катушку на 200 витков, сечение 1 см на 1 см и среднюю длину пути 12 см. Определите ток катушки, необходимый для достижения магнитного потока 1E-4.

Рисунок 10.3.9 : Магнитная система для примера 10.3.3 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и сопротивления, как на рисунке 10.2\))»> 1E − 4 1 190 0.12 22,8

Это «падение» составляет 22,8 ампер-витков, а катушка имеет 200 витков. Следовательно, требуемый ток:

\ [I = \ frac {H l} {N} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {22.8At} {200 т} \ nonumber \]

\ [I = 114 мА \ nonumber \]

Далее рассмотрим ядро ​​с двумя секциями.

Пример 10.3.4

Учитывая магнитную систему, показанную на рисунке 10.3.10 Предположим, что секция A изготовлена ​​из листовой стали, а секция B — из литой стали.Каждая часть имеет поперечное сечение 2 см на 2 см. Длина пути A составляет 12 см, а длина пути B — 4 см. Если в катушке 50 витков, определите ток в катушке, необходимый для достижения магнитного потока 2E-4.

Рисунок 10.3.10 : Магнитная система для примера 10.3.4 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и двух сопротивлений. Это показано на рисунке 10.3.11. .

Следовательно:

\ [N I = H_ {лист} l_ {лист} + H_ {cast} l_ {cast} \ nonumber \]

В нашей таблице будет две строки, одна для листовой стали, а вторая для литой стали.Для первой строки потребуется использовать кривую A (листовая сталь) из рисунка 10.3.6. а для второго ряда потребуется кривая B (стальное литье).

Рисунок 10.3.11 : Аналогичная электрическая схема для системы на Рисунке 10.3.10. .

Поток, как и ток в последовательном контуре, будет одинаковым в обеих секциях. Отсюда мы можем заполнить ряд других значений в таблице, чтобы получить:

Используя нашу аналогию с KVL, общее «падение» составляет 8,4 при + 11,6 ат, или 20 ампер. Катушка была указана как имеющая 50 витков. Следовательно:

\ [I = \ frac {H l} {N} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {20 At} {50 т} \ nonumber \]

\ [I = 400 мА \ nonumber \]

Обратите внимание, что даже несмотря на то, что секция из литой стали короче, чем секция из листовой стали, она дает большую «каплю»; точно так же, как резистор большего размера в электрической цепи.Это требует большего тока в катушке, чем если бы весь сердечник был сделан из листовой стали.

Наконец, должно быть очевидно, что потребление тока можно уменьшить, если у катушки будет больше витков. Здесь есть практический предел, потому что все витки должны входить в отверстие сердечника. Когда это пространство заполнится, единственный способ увеличить количество витков — использовать провод более тонкого сечения, но это увеличивает сопротивление провода и потери мощности, а также снижает максимальную допустимую нагрузку по току.

Обработка воздушных зазоров

В некоторых системах в сердечнике имеется воздушный зазор. Если для остатка останется только один материал, это создаст систему, подобную изображенной на рисунке 10.3.12. . Основное наблюдение здесь заключается в том, что проницаемость воздуха намного ниже, чем у ферромагнитных материалов, и, таким образом, зазор будет иметь относительно большое сопротивление по сравнению с длиной его пути. Тогда возникает очевидный вопрос: зачем нам использовать пробел? Одна из возможностей — электромагнитное реле, внутреннее устройство которого показано на рисунке 10.3,13 .

Рисунок 10.3.12 : Аналогичная электрическая схема для системы с воздушным зазором.

Рисунок 10.3.13 : Внутреннее устройство электрического реле.

Чтобы создать реле, мы помещаем одну часть сердечника на шарнир, который можно удерживать в открытом положении с помощью небольшой пружины. Это создает воздушный зазор (непосредственно слева от сердечника на рисунке). Если мы приложим достаточно большой ток, результирующего магнитного потока будет достаточно, чтобы преодолеть натяжение пружины и закрыть вторую деталь на первой (т.е., магнитное притяжение). Как только это происходит, зазор исчезает, уменьшая сопротивление вокруг петли. Система будет оставаться закрытой до тех пор, пока ток в катушке не отключится и восстанавливающая пружина снова не разорвет две части. Мы добавляем изолированные металлические контакты к движущейся секции, и в итоге мы получаем сверхмощный выключатель, который «приводится в действие» управляющим током, а не механическим рычагом, перемещаемым человеком.

Стоит повторить, что для воздушных зазоров вместо кривой \ (BH \) мы можем использовать Определение \ ref {10.2 \). Длина пути основного сердечника составляет 8 см, а длина пути зазора составляет 1 мм. Сколько витков потребуется катушке, чтобы при токе катушки 400 мА достигнуть магнитного потока 1,2E-4?

Рисунок 10.3.14 : Магнитная система для примера 10.3.5 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и двух сопротивлений, одно для сердечника из листовой стали, а второе для воздушного зазора. Это показано на рисунке 10.3.12. . Далее аналогичное соотношение KVL:

\ [N I = H_ {лист} l_ {лист} + H_ {пробел} l_ {пробел} \ nonumber \]

В этой таблице будет две строки: одна для сердечника из листовой стали и одна для воздушного зазора.2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (At)

Используя нашу аналогию с KVL, общее «падение» составляет 5,0 при + 318,3 ат или 523,3 ампера. Ток катушки был задан равным 400 мА.2 \) и длина жилы 20 см. Катушка одна состоит из 2000 витков, а вторая — из 500 витков. Если ток 120 мА в катушке 1 достигает магнитного потока 2,4E-4, определите ток катушки 2.

Рисунок 10.3.15 : Магнитная система для примера 10.3.6 .

Рисунок 10.3.16 : Аналогичная электрическая схема для системы на Рисунке 10.3.15. .

Аналогичная схема состоит из двух источников напряжения и одного реактивного сопротивления для сердечника из листовой стали.Это показано на рисунке 10.3.16. .

Аналогичное отношение KVL:

\ [N_1 I_1 −N_2 I_2 = H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

Поскольку мы ищем \ (I_2 \), мы можем преобразовать это уравнение в более полезную форму:

\ [N_2 I_2 = N_1 I_1 −H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

Для этой таблицы потребуется только одна строка. 2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (At)

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (At)

Используя нашу аналогию с KVL, находим:

\ [N_2 I_2 = N_1 I_1 −H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 2000 \ text {повороты} \ раз 120 мА −20 При \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 240At −20 At \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 220At \ nonumber \]

Катушка 2 была определена как имеющая 500 витков, следовательно, ее ток равен:

\ [I_2 = \ frac {220 At} {500 витков} \ nonumber \]

\ [I_2 = 440 мА \ nonumber \]

Ключевым моментом является то, что предыдущий пример должен использовать переменный ток, чтобы функционировать, как описано.Постоянный ток не даст ожидаемых результатов. Причина этого восходит к определению 10.2.1 и уравнению 10.2.2: если поток не изменяется относительно проводящей катушки, в катушке не будет индуцироваться напряжение. Таким образом, хотя входной постоянный ток будет создавать поток в сердечнике, этот поток будет статическим и неизменным. Следовательно, вторая катушка не будет производить выходной сигнал. Напротив, переменный ток плавно изменяется по амплитуде и полярности. Это создает плавно изменяющийся магнитный поток, который, в свою очередь, позволяет индуцировать напряжение во второй катушке.

Предположим на мгновение, что в предыдущем примере использовался переменный ток, обратите внимание, что ток почти в четыре раза выше в катушке 2, чем в катушке 1. Если бы мы смогли уменьшить «падение» сердечника до нуля, возможно, за счет уменьшения сопротивления сердечника до пренебрежимо малого значения, то ток увеличился бы ровно в четыре раза (до 480 мА против 440 мА). Это то же самое, что отношение количества витков катушки один к количеству витков катушки два, и известно как отношение витков.Это ключевой параметр, описывающий трансформаторы, который как раз и является предметом следующего раздела.

Магнитная цепь | электроника | Britannica

Магнитная цепь , замкнутый путь, на котором ограничено магнитное поле, представленное в виде линий магнитного потока. В отличие от электрической цепи, по которой протекает электрический заряд, в магнитной цепи на самом деле ничего не течет.

В кольцевом электромагните с небольшим воздушным зазором магнитное поле или поток почти полностью ограничивается металлическим сердечником и воздушным зазором, которые вместе образуют магнитную цепь.В электродвигателе магнитное поле в основном ограничено магнитными полюсными наконечниками, ротором, воздушными зазорами между ротором и полюсными наконечниками и металлической рамой. Каждая линия магнитного поля образует полную непрерывную петлю. Все линии вместе составляют общий поток. Если магнитный поток разделен так, что его часть ограничена одной частью устройства, а часть — другой, магнитная цепь называется параллельной. Если весь поток ограничен одним замкнутым контуром, как в кольцевом электромагните, цепь называется последовательной магнитной цепью.

По аналогии с электрической цепью, в которой ток, электродвижущая сила (напряжение) и сопротивление связаны по закону Ома (ток равен электродвижущей силе, деленной на сопротивление), аналогичное соотношение было разработано для описания магнитной цепи.

Магнитный поток аналогичен электрическому току. Магнитодвижущая сила mmf аналогична электродвижущей силе и может считаться фактором, определяющим магнитный поток. МДС эквивалентен количеству витков провода, по которому проходит электрический ток, и имеет единицы ампер-витков.Если либо ток через катушку (как в электромагните), либо количество витков провода в катушке увеличивается, mmf больше; и если остальная часть магнитной цепи остается прежней, магнитный поток увеличивается пропорционально.

Сопротивление магнитной цепи аналогично сопротивлению электрической цепи. Сопротивление зависит от геометрических характеристик и свойств материала цепи, которые противодействуют наличию магнитного потока.Сопротивление данной части магнитной цепи пропорционально ее длине и обратно пропорционально ее площади поперечного сечения и магнитному свойству данного материала, называемому его проницаемостью. Железо, например, имеет чрезвычайно высокую проницаемость по сравнению с воздухом, так что оно имеет сравнительно небольшое сопротивление или относительно мало противодействует присутствию магнитного потока. В последовательной магнитной цепи полное сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений, встречающихся на замкнутом пути потока.Таким образом, в магнитной цепи магнитный поток количественно равен магнитодвижущей силе, деленной на сопротивление.

Магнитная цепь трансформатора

В трансформаторе с оболочкой (оболочкой) стальная магнитная цепь (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки.В форме сердечника обмотки находятся снаружи; в форме оболочки обмотки находятся внутри. В силовых трансформаторах электрические обмотки расположены так, что практически все магнитные силовые линии проходят как через первичную, так и через вторичную обмотки. Небольшой процент магнитных силовых линий выходит за пределы сердечника, и это называется потоком рассеяния. Более крупные трансформаторы, такие как трансформаторы Reclamation GSU, почти всегда имеют корпус.
Обратите внимание, что в трансформаторах в форме оболочки (см. , рис. 2 ) магнитный поток, внешний по отношению к катушкам как на левой, так и на правой крайних точках, имеет полные магнитные пути для паразитного потока и потока нулевой последовательности, чтобы вернуться к катушкам.В основной форме из рисунка легко видно, что как на левом, так и на правом крайнем положении нет обратных путей. Это означает, что флюс должен использовать внешние стенки резервуара и изолирующую среду для обратных путей. Это увеличивает потери в сердечнике и снижает общий КПД и показывает, почему большинство больших трансформаторов построены в виде корпусов.

Основные потери

C: \ files \ курсы \ 3414 \ ece3414notes1pdf.wpd

% PDF-1.6 % 325 0 объект > эндобдж 387 0 объект > эндобдж 323 0 объект > поток Acrobat Distiller 5.0.5 (Windows) 2004-07-08T14: 57: 55Z2013-09-04T16: 34: 54-05: 002013-09-04T16: 34: 54-05: 00PScript5.dll Version 5.2application / pdf

Зачем нужен воздушный зазор в магнитной цепи и как его рассчитать?

В этом блоге мы рассмотрим теорию воздушных зазоров в магнитных цепях. Магнитная цепь — это то место, где магнитный поток циркулирует или проходит через замкнутую область или путь. Воздушный зазор — это немагнитная часть магнитной цепи, и она обычно магнитно соединена последовательно с остальной частью цепи. Это позволяет значительной части магнитного потока проходить через зазор. В зависимости от области применения воздушный зазор может быть заполнен немагнитным материалом, например газом, водой, вакуумом, пластиком, деревом и т. Д.и не обязательно только воздухом. Ну а какова функция воздушной прослойки?

Зачем нужен воздушный зазор в магнитной цепи?

Рассмотрим магнитную цепь с воздушным зазором, как показано ниже. Давайте обсудим различные причины, по которым воздушные зазоры имеют решающее значение в практических приложениях. В этой цепи есть только один путь для магнитной цепи, поэтому ее можно назвать последовательной магнитной цепью.

Рис. 1. Последовательная магнитная цепь с воздушным зазором

Одна из основных причин появления воздушного зазора — увеличение сопротивления магнитной цепи.Количество воздуха или другого немагнитного материала, такого как волокнистая пластина или волокнистая плита, увеличивает сопротивление цепи, тем самым увеличивая количество тока, который мы могли бы подать в катушку, прежде чем мы достигнем насыщения. Кроме того, воздушные зазоры помогают магнитному потоку расширяться за пределы магнитной цепи. Этот поток выходит в соседний воздушный канал, и такие пути для потока называются полосами потока, что приводит к неоднородной плотности потока в воздушном зазоре. По мере увеличения воздушного зазора увеличивается флюсовая окантовка и наоборот.При небольших воздушных зазорах окантовкой можно пренебречь, если не указано иное. Однако с большим воздушным зазором нам, возможно, придется принять во внимание это изменение площади, когда мы начнем производить расчеты плотности потока.

Как рассчитать плотность потока в воздушном зазоре?

Давайте посмотрим на основную формулу для расчета плотности потока.

Плотность потока, B _г = Φ _г / A _г

где, B — плотность магнитного потока в теслах (Тл)

Φ — магнитный поток в Веберсе (Вб)

A — площадь в квадратных метрах (m2)

Как мы знаем, проницаемость любого материала может быть выражена как отношение плотности магнитного потока к напряженности магнитного поля материала.Его можно выразить как

μ = B / H

где μ — проницаемость материала, Генри / метр

H — напряженность магнитного поля, ампер-виток / метр

B — плотность потока, тесла

Решая приведенное выше уравнение относительно B, получаем

B = μ x H… .. (Уравнение 1)

Теперь сила намагничивания воздушного зазора определяется следующим образом:

H = Fm / l….. (Уравнение 2)

где, Fm — магнитодвижущая сила (ммс), в ампер-витках, l — длина материала (зазора), в метрах

Подставляя значение H из уравнения 2 в уравнение 1, мы получаем

B = μ x (Фм / л)

Решая приведенное выше уравнение для магнитодвижущей силы, получаем

Fm = Bl / μ …….. (Уравнение 3)

Предположим, что у нас есть воздушный зазор, а проницаемость воздуха (свободного пространства) постоянна.

мкм _воздух = 4π x 10 ^-7 Гн / м

Заменяя значение μ в уравнении 3, мы получаем очень простую формулу для определения магнитодвижущей силы, необходимой для создания определенного потока в воздушном зазоре.

F _м = BL / (4π x 10 ^-7 )

Воздушный зазор может иметь различную форму, форму и размер в зависимости от типа магнитной цепи и ее формы. В некоторых схемах это может быть фактически неотъемлемая часть, обеспечивающая правильную работу устройства, но в других случаях она должна быть как можно меньше. Такие требования будут определяться принципом работы, производительностью, размером, эффективностью и многими другими технологическими факторами.

Мы надеемся, что это было полезно для вас как для технического специалиста или студента, выходящего на поле.Если у вас есть какие-либо вопросы о программах по электронике или электромеханику, вы можете связаться с одним из наших консультантов по программе по бесплатному телефону 1-888-553-5333 или по электронной почте [email protected].

Теория работы магнитной системы высокого напряжения — Магнитная цепь

Магнитная цепь состоит из постоянного многополюсного вращающегося магнита, сердечника из мягкого железа и полюсных наконечников. [Рис. 4-3] Магнит соединен с двигателем самолета и вращается в зазоре между двумя полюсными наконечниками, создавая магнитные силовые линии (поток), необходимые для создания электрического напряжения.Полюса магнита расположены с чередующейся полярностью, так что поток может проходить от северного полюса через сердечник катушки и обратно к южному полюсу магнита. Когда магнит находится в положении, показанном на рисунке 4-3A, количество магнитных силовых линий, проходящих через сердечник катушки, является максимальным, поскольку два магнитно противоположных полюса идеально совмещены с полюсными наконечниками.

Это положение вращающегося магнита называется положением полного регистра и создает максимальное количество магнитных силовых линий, поток потока по часовой стрелке через магнитную цепь и слева направо через сердечник катушки.Когда магнит перемещается из положения полного регистра, величина магнитного потока, проходящего через сердечник катушки, начинает уменьшаться. Это происходит из-за того, что полюса магнита удаляются от полюсных наконечников, позволяя некоторым линиям потока проходить по более короткому пути через концы полюсных наконечников.

По мере того, как магнит перемещается дальше от положения полного регистра, через концы полюсных наконечников закорачивается больше линий магнитного потока. Наконец, в нейтральном положении 45 ° от положения полного регистра все магнитные линии закорочены, и поток через сердечник катушки не протекает.[Рисунок 4-3B] По мере того, как магнит перемещается из полного регистра в нейтральное положение, количество магнитных линий через сердечник катушки уменьшается таким же образом, как и постепенное уменьшение потока в магнитном поле обычного электромагнита.

Нейтральное положение магнита — это когда один из полюсов магнита центрируется между полюсными наконечниками магнитной цепи. Когда магнит перемещается по часовой стрелке из этого положения, магнитные линии, которые были закорочены через концы полюсных башмаков, снова начинают протекать через сердечник катушки.Но на этот раз магнитные линии проходят через сердечник катушки в противоположном направлении. [Рис. 4-3C] Поток магнитного потока меняется на противоположный, когда магнит перемещается из нейтрального положения, потому что северный полюс вращающегося постоянного магнита находится напротив правого полюсного наконечника, а не левого. [Рисунок 4-3A]

Когда магнит снова перемещается на 90 °, достигается другое положение полного регистра с максимальным потоком потока в противоположном направлении. Ход магнита на 90 ° показан на рисунке 4-4, где кривая показывает, как плотность потока в сердечнике катушки без первичной катушки вокруг сердечника изменяется при вращении магнита.

Рисунок 4-4 показывает, что когда магнит перемещается из положения полного регистра 0 °, поток уменьшается и достигает нулевого значения при перемещении в нейтральное положение 45 °. Пока магнит движется через нейтральное положение, поток потока меняется на противоположный и начинает увеличиваться, как показано кривой под горизонтальной линией. В положении 90 ° достигается другое положение максимального магнитного потока. Таким образом, для одного оборота на 360 ° четырехполюсного магнита есть четыре положения максимального магнитного потока, четыре положения нулевого потока и четыре реверсирования потока.