Магнитные цепи
Большинство наших практических машин переменного тока (двигатели, генераторные трансформаторы) сильно зависят от магнитного поля для работы. Сердечник утюга машины обеспечивает путь для магнитного поля.
Три феномена в утюге машин переменного тока (фото кредит: electronics.stackexchange.com)
В железе есть ряд явлений, которые представляют интерес, поскольку термины продолжают развиваться в следующей статье.
1. Вихревые токи
Вихревые токи представляют собой электрические токи, которые текут в сердечнике железа переменного тока. Для генерации напряжений в магнитном поле, проводниках и некоторых изменениях между ними.
В машине переменного тока магнитное поле всегда находится в фазе с током, оно непрерывно меняется.
Железо представляет собой проводник, и напряжения будут индуцироваться в железо, и ток будет течь. Напряженные напряжения низки, но токи могут быть высокими. Ток будет нагревать железо.
Если шаги не будут выполняться в машинных конструкциях, то ядра будут чрезвычайно горячими, и потери мощности будут огромными. Ядро практичной машины переменного тока изготовлено из листового металла. Листы разбивают циркуляционный путь, а вихревые токи минимизируются.
2. Гистерезис
Гистерезис - явление, которое происходит в основном железе. Для намагничивания железа требуется определенное количество энергии.
Магнитные диполи железа должны быть выровнены. Внешнее магнитное поле действует на диполи и силы затем выравниваются. В диполях переменного тока постоянно перестраиваются, поэтому в ядре происходит непрерывная потеря энергии.
Рисунок 3.2. Кривые намагничивания и гистерезиса
Эта потеря проявляется в виде тепла в ядре. Потери гистерезиса сводятся к минимуму за счет использования стали, которую легко намагнитить.
Гистерезис и вихревые токи всегда встречаются вместе. Как Берт и Эрни, пляж и пиво они неотделимы. Оба они являются результатом изменения магнитного поля в ядре, и оба они вызывают нагрев в сердечнике. В терминологии компьютеров переменного тока вместе они составляют основные потери. Часть мощности, подаваемой на любую машину переменного тока, проявляется в виде тепла в сердечнике и является неэффективностью машины.
3. Магнитное насыщение
Большинство электрических машин зависят от магнитной цепи. Эта цепь неизменна из железа со свойствами, которые позволяют легко изменять величину и направление поля в ядре.
Одной из предельных характеристик магнитной цепи является насыщение железа магнитным полем.
Магнитное поле генерируется пропусканием тока через катушку, которая каким-то образом обертывается вокруг железного сердечника. По мере увеличения тока в катушке магнитное поле в ядре увеличивается. Первоначально это довольно пропорциональные отношения. Двойной ток, и вы удваиваете поле.
Тем не менее, ядро в конечном итоге становится насыщенным магнитным полем, и становится все труднее и труднее увеличивать напряженность поля, поэтому он потребляет все больше и больше тока !
Соотношение между напряженностью поля и током изменяется от того, где относительные небольшие изменения магнитного поля вызывают большие изменения магнитного поля, где происходят большие изменения тока, чтобы получить небольшие изменения магнитного поля.
Рисунок 1 - Типичная кривая насыщения
Большинство электрооборудования предназначено для работы ниже области насыщения, и переход в область насыщения имеет негативные последствия. Большинство наших машин (трансформаторы, генераторы и двигатели) являются станками переменного тока и зависят от наведенных напряжений в обмотках для их работы.
Напряженные напряжения зависят от скорости изменения магнитного поля в ядре. Связь между магнитным полем и индуцированным напряжением фиксируется в Законе Фарадея:
Где:
e - индуцированное напряжение
N - количество витков в катушке
Φ - магнитное поле
t - время
В машине переменного тока напряжение и частота потока связаны между собой. Если напряжение системы увеличивается на заданной частоте, сила магнитного поля в машинах должна увеличиваться. Если частота (связанная со скоростью изменения потока) падает, магнитное поле должно увеличиваться для поддержания фиксированного напряжения.
Большинство машин предназначены для работы с напряженностью магнитного поля чуть ниже насыщения. Увеличение поля в соседнем капоте на 10% приведет к тому, что ядро начнет насыщаться. Для насыщенного ядра требуется большое количество намагничивающего тока. Большие токи будут приводить к большому нагреву I 2 R в обмотках.
В машине переменного тока сердечник нагревается непрерывно меняющимся магнитным полем. Постоянное изменение поля создает вихревые токи и гистерезисные потери в ядре.
Вихревые токи представляют собой электрические токи, производимые в основном железе. Они нагревают железо электрическим отоплением. Потери гистерезиса представляют собой потери, внутренние для железа, и связаны с силами, необходимыми для изменения направления и величины поля в ядре.
Это магнитные нагревательные эффекты. В ситуации, когда величина магнитного поля возрастает, так и эффекты нагрева вихревых токов и гистерезиса.
Ссылка: Основы науки и реактора и электрическая группа технического обучения CNSC