Електричне коло з реальним індуктивним елементом
Котушки індуктивності виготовляють з провідників, що мають активний опір та часто оснащують феромагнітними осердями (магнітопроводами), за допомогою яких реалізується силова і індукційна дія магнітного поля (рис. 1.4).
а, б,
Рис. 1.4. Схема електромагнітного пристрою з феромагнітним осердям, що має повітряний проміжок, (а) та спрощене її представлення (б)
Магніторушійною силою F=iw утворюється магнітний потік, який прийнято представляти як суму двох потоків: потоку Ф, що замикається переважно через магнітопровід, і потоку ФР, який замикається переважно через повітряний простір (рис.1.4, а). Кожен з цих потоків індукує у котушці відповідну електрорушійну силу самоіндукції:
ер= - wdФР /dt; е =- wdФ/dt.
На рис. 1.4, б наведена спрощена схема котушки індуктивності з магніто- проводом, у якій окремо виділені активний опір RП та ЕРС ер, яка індукується потоком ФР і знаходиться з ним у лінійній залежності. На підставі другого закону Кірхгофа запишемо рівняння для миттєвих значень величин:
иМ +ер +е -іRП=0,
звідки визначимо струм і:
і= (иМ +ер +е)/ RП = (иМ - wdФР /dt- wdФ/dt)/ RП.
З останнього рівняння випливає, що струм у котушці, до якої прикладена синусоїдальна напруга иМ, обмежується не тільки активним опором котушки, а й ЕРС самоіндукції, що індукуються у котушці. Звертаємо увагу, що якщо до такої котушки прикласти постійну напругу, то струм буде обмежуватися лише активним опором RП .
|
|
|
Змінний магнітний потік Ф, що замикається через осердя, у поперечному перерізі магнітопровода індукує вихрову ЕРС еВ, напрям дії якої визначають за правилом правого свердлика (рис. 1.5, а). Під дією еВ у магнітопроводі проходить струм іВ, який зумовлює втрати активної потужності ΔРВ.
Таким чином, після приєднання котушки з магнітопроводом до джерела змінної синусоїдальної напруги від джерела споживається активна потужність Р, значення якої дорівнює сумі потужності втрат у активному опорі провода ΔРП котушки, потужності втрат від явища гістерезису ΔРГ та потужності втрат від проходження вихрових струмів ΔРП. Суму втрат потужності від гістерезису та від вихрових струмів називають втратами у сталі магнітопровода ΔРСТ., а втрати потужності у проводі обмотки ΔРОБМ = ΔРП традиційно називають втратами у міді.
а, б,
Рис. 1.5. Магнітний потік та вихрові струми в магнітопроводі з суцільного матеріалу (а) та виготовленого з окремих тонких листів (б)
|
|
|
Втрати енергії у магнітопроводі залежать від магнітних властивостей феромагнітних матеріалів, максимального значення магнітної індукції, частоти перемагнічення (частоти струму) та опору матеріалу магнітопровода. Зі збільшенням максимального значення індукції та частоти струму втрати енергії у магнітопроводі збільшуються. Для зменшення втрат від вихрових струмів магнітопроводи електротехнічних апаратів виготовляють з тонких листів спеціальної електротехнічної сталі (рис. 1.5, б), а для зменшення втрат на перемагнічування магнітопроводи виготовляють з магнітно-м’яких матеріалів.
Явище втрат у магнітопроводі використовують у технологічних процесах електротермії для нагрівання металевих виробів та для виплавлення металів з металобрухту в індукційних печах. Таким чином втрати потужності у магнітопроводах, відзначені вище як негативне явище в електротехнічних апаратах, в електротермічних установках приносить користь. Для підвищення ефективності нагрівання (особливо для поверхневого нагрівання) використовують джерела живлення високої частоти. Установки високочастотного індукційного нагрівання застосовують на машинобудівних підприємствах для термічного оброблення деталей, розплавлення матеріалів, нагрівання їх перед пластичним деформуванням (куванням, штампуванням, пресуванням тощо). Індукційна піч для плавлення металів складається з вогнетривкого або стального тигля, у який закладають метал для плавлення або заливають розплавлений метал для підтримування необхідної температури розплаву (рис. 1.6). Навколо тигля монтується індуктор у формі котушки, який вмикають до джерела енергії (промислової чи підвищеної частоти). Нагрівання та розплавлення металу відбувається енергією, виділеною під час проходження вихрових струмів (а у феромагнетиках - також від втрат на гістерезис). Індуктор виготовляють з мідної водоохолоджуваної трубки, що сприяє зменшенню втрат потужності в активному опорі індуктора. Індукційні печі підвищеної частоти отримають живлення від тиристорного перетворювача частоти.
|
|
|
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 162; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!