Анализ неразветвленных и разветвленных магнитных цепей. Трансформаторы, асинхронные и синхронные электрические машины. Разработка задач по нелинейным электрическим цепям. Выпрямители, магнитные цепи постоянного потока, электромагнитные устройства.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

"Гомельский государственный университет

имени Франциска Скорины"

Физический факультет

Кафедра радиофизики и электроники

Курсовая работа

Методы анализа и расчета нелинейных цепей

Исполнитель: Варивода П.С. студент группы Ф-31

Научный руководитель: Богданович В.И.

старший преподаватель

кафедры радиофизики и электроники

Гомель 2012

Реферат

Курсовая работа __ страниц, __ рисунка

Ключевые слова: Электрические цепи, ЭДС, напряжение, ток, время, величина, переменный ток, синусоидальный режим, процесс, источник, значение, скорость, фаза, период, система, анализ, задача.

Целью курсовой работы являлось разработка задач по разделу "Нелинейные электрические цепи" курса "Электротехника".

В курсовой работе были разработаны задачи по разделам "Нелинейные цепи переменного тока", "Нелинейные цепи переменного тока", "Выпрямители", "Магнитные цепи постоянного тока", "Магнитные цепи с зазором в магнитопроводе", "Электромагнитные устройства курса", "Электромагнитные устройства переменного магнитного потока", "Трансформаторы" курса "Электротехника". Часть задач имеет решение и для них были построены векторные диаграммы.

Содержание

• 1 Нелинейные электрические цепи
• 1.1 Магнитные цепи
• 1.1.2 Анализ неразветвленных магнитных цепей
• 1.1.2 Анализ разветвленных магнитных цепей
• 1.2 Трансформаторы
• 1.3 Асинхронные электрические машины
• 1.4 Синхронные электрические машины
• 1.5 Электрические машины постоянного тока
• 2. Разработка задач по нелинейным электрическим цепям
• 2.1 Нелинейные цепи постоянного тока
• 2.2 Нелинейные цепи переменного тока
• 2.3 Выпрямители
• 2.4 Магнитные цепи постоянного потока
• 2.4.1 Применение закона полного тока для анализа магнитных цепей. Влияние ферромагнитных материалов
• 2.4.2 Магнитные цепи с зазором в магнитопроводе
• 2.4.3 Электромагнитные устройства
• 2.4.4 Электромагнитные устройства переменного магнитного потока
• 2.4.5 Трансформаторы
• Литература

1 Нелинейные электрические цепи

1.1 Магнитные цепи

1.1.2 Анализ неразветвленных магнитных цепей

Неразветвленные магнитные цепи присущи большому числу различных устройств, при этом встречаются устройства, как с замкнутым магнитопроводом, так и с магнитопроводами, имеющими воздушный зазор. Но в обоих случаях считают, что магнитный поток в таких неразветвленных цепях в любом сечении магнитопровода один и тот же (Ф = const).

Закон полного тока для простейшей однородной магнитной цепи имеет вид

.

Под полным током понимают произведение wI=F. Величина F называется магнитодвижущей силой обмотки (МДС). Если принять напряженность поля соответствующей ее значению по средней линии магнитопровода l_ср=2r_ср, то получим простое выражение закона полного тока , т.е. произведение напряженности магнитного поля и длины средней магнитной линии равно МДС обмотки.

При анализе магнитных цепей вводят также понятие разности магнитных потенциалов между двумя точками магнитной цепи, например между точками а и b цепи _{ма - мb}, которая приравнивается магнитному напряжению U_{м ab} равному произведению напряженности магнитного, поля и соответствующей ей длины участка цепи:

.

Окончательно для магнитной цепи с однородным ферромагнитным магнитопроводом получаем расчетную формулу закона полного тока: Если известна МДС обмотки F=wl, то можно определить напряженность магнитного поля H_фм в магнитопроводе и, зная материал, из которого он изготовлен, по кривой намагничивания найти магнитную индукцию B_фм и магнитный поток Ф_фм= S_фм B_фм. Иногда в практике может встретиться обратный случай: нужно определить МДС обмотки, которая обеспечила бы заданное значение магнитного потока в магнитопроводе. Тогда задачу решают в обратном порядке: по Ф_фм определяют B_фм = Ф_фм/S_фм. Далее по кривой намагничивания материала магнитопровода находят H_фм и по ней

F=wI= H_фмl_ср.

Несколько сложнее оказывается анализ неоднородной магнитной цепи, содержащей неоднородные магнитные участки, в частности немагнитный (воздушный) зазор. В этом случае закон полного тока записывается в виде

,

где i - номер однородного участка, входящего в магнитную цепь.

Для магнитной цепи содержащей два неоднородных участка l_фм и l_B. закон полного тока можно записать в виде

или ,

где H_фм и H_B - соответственно напряженности поля в ферромагнетике и воздухе; l_фм - длина магнитной линии в ферромагнетике; l_B - длина воздушного зазора; U_мфм - магнитное напряжение на участке ферромагнетика; U_мB - магнитное напряжение на зазоре (между полюсами ферромагнетика).

Полученное выражение аналогично второму правилу Кирхгофа для электрической цепи.

Для анализа магнитных цепей используют также вебер-амперную характеристику Ф (U_м), выражающую графически зависимость между магнитным потоком и магнитным напряжением участка или магнитной цепи в целом. Магнитный поток при этом определяется магнитной индукцией В и площадью поперечного сечения магнитопровода S (Ф=ВS), а магнитное напряжение U_м - напряженностью магнитного поля H и длиной участков цепи l. Отметим, что если кривая намагничивания В (Н) является характеристикой материала, то вебер-амперная характеристика Ф (U_м) - это характеристика определенной магнитной цепи.

На рисунке 1.2 показаны вебер-амперные характеристики для отдельных участков магнитной цепи с незамкнутым магнитопроводом и цепи в целом (рисунок 1.1). Наличие воздушного зазора делает характеристику Ф (U_м) цепи более пологой по сравнению с характеристикой ферромагнитного участка, и для создания того же магнитного потока требуется значительно большая МДС или большее напряжение U_м.

Рисунок 1.1 Рисунок 1.2

Таблица 1 - Таблица сопоставления соответствующих магнитных и электрических величин

Магнитная цепь	Электрическая цепь
F=wI - МДС	E - ЭДС
Ф - магнитный поток	I - электрический ток
Rм - магнитное сопротивление	R - электрическое сопротивление
Uм=Hl=RмФ - магнитное напряжение	U=RI - электрическое напряжение
Фi=0 - первое правило Кирхгофа	Ii=0 - первое правило Кирхгофа
Uмi=Fk - второе правило Кирхгофа	U=Ek - второе правило Кирхгофа

Продолжая аналогию между магнитной и электрической цепями, можно получить также выражение закона Ома для магнитной цепи. Так, для ферромагнитного участка цепи рисунка 1.1

,

где , - соответственно магнитодвижущая сила и магнитное сопротивление ферромагнитного участка цепи. Аналогично для воздушного зазора

,

где F_B - магнитодвижущая сила немагнитного участка цепи (зазора); - магнитное сопротивление воздушного зазора.

На рисунке 1.3, а приведены схема замещения магнитной цепи рисун...