Свойства и применение магнитных материалов

После самостоятельного изучения свойств и применения отдельных видов магнитных материалов студент готовит доклад в объеме до четырех-пяти страниц, иллюстрируя его рисунками, фотографиями, образцами материалов и изделий. 

Темы докладов

Работа с тестом № 4 (ТОЭ – ЭТМ/ММ) завершает изучение темы.

             4 Электрические цепи однофазного синусоидального тока  с последовательным соединением элементов

В электрических цепях синусоидального тока можно выделить участки, содержащие одновременно индуктивности и емкости, включенные последовательно или параллельно. Такие участки принято называть колебательными контурами, т.к. между индуктивностью и емкостью происходит непрерывный периодический обмен энергией, которая в индуктивности превращается в энергию магнитного поля при нарастании абсолютного значения тока через индуктивность; при уменьшении абсолютного значения тока энергия магнитного поля превращается в электрическую и отдается в цепь, где превращается емкостью в энергию электрического поля; эта энергия возвращается в цепь во время накопления энергии индуктивностью.

Резонанс напряжений

   При последовательном соединении активного сопротивления R, индуктивности L и емкости С (рис. 4.1.1)   в цепи синусоидального  тока с переменной угловой частотой может быть получен режим, при котором индуктивное и емкостное сопротивления окажутся равными

                                   ХL = XC.                                     (4.1.1)

Т.к. ток I одинаков во всех элементах, вследствие равенства индуктивного и емкостного сопротивлений напряжения на этих элементах UL = I ХL и UC = I XC тоже будут равны и направлены встречно. На векторной диаграмме рассматриваемого участка (рис. 4.1.2) видно, что ток и напряжение цепи совпадают по фазе.

        Рис. 4.1.1                                       Рис. 4.1.2

Режим работы неразветвленного участка цепи, содержащей резистивный, индуктивный и емкостный элементы, при котором напряжения на реактивных элементах равны и находятся в противофазе, а ее ток и напряжение совпадают по фазе

(  = 0), называется резонансом напряжений.

Из соотношения (4.1.1) следует, что частота р.,  при которой наступает резонанс напряжений, может быть определена из равенства

р. L = 1/( рС),

т.е.

                                 р. = 1/                                 (4.1.2)

и называется резонансной.

Задача 4

В цепь переменного тока c линейной частотой f последовательно включены резистор R, индуктивность L и емкость C (рис. 4.1.1).

Найти неизвестные значения величин, используя данные таблицы 4.1

Таблица 4.1

             5 Электрические цепи однофазного синусоидального тока с параллельным соединением элементов

Резонанс токов

На участке цепи, содержащей параллельно включенные резистивный и идеальные (не имеющие собственного активного сопротивления) индуктивный и емкостный элементы (рис. 5.1.1),  общий ток

I = ,

                    Рис. 5.1.1                               Рис. 5.1.2

или, учитывая, что напряжение U на всех элементах одинаково,

I/ U =

иначе

Y = .

Режим работы участка цепи при ВL = BC называется резонансом токов, т.к. токи реактивных элементов в этом случае также будут одинаковы по величине, но направлены встречно. Из векторной диаграммы участка, находящегося в режиме резонанса токов (рис. 5.1.2), видно, что сдвиг фаз между напряжением U на его выводах и общим током I равен нулю, при этом общий ток Iр. = GU минимален.

Из равенства проводимостей ВL и BC при резонансе токов следует, что резонансная частота

                                р. = 1/                                (5.1.1)  

т.е. выражение для резонансной частоты в данном случае такое же, какое было получено при рассмотрении резонанса напряжений (см. формулу 4.1.2).       

Выражение

                                       YB. =                                        (5.1.2)  

называется волновой проводимостью, а ее отношение к активной проводимости цепи G добротностью

                             Q = YB./G = ( )/ G.                        (5.1.3)

Добротность показывает, во сколько раз ток в реактивных элементах больше тока неразветвленной части цепи.

Реальные реактивные элементы обладают некоторым активным сопротивлением, иногда последовательно с ними в параллельных ветвях включаются резисторы (рис. 5.3).

Рис. 5.1.3

 В таком случае резонансная частота определяется по выражению

       р. =                      (5.1.4)

Отметим, что условие возникновения обоих видов резонансов одно и то же – равенство индуктивного и емкостного сопротивлений, что говорит о двух путях их получения:

 - изменением частоты источника питания при постоянных индуктивности и емкости;

 - изменением величины индуктивности или емкости (или сразу обеих величин) при неизменной частоте источника.

Колебательные контуры широко используются в радиотехнике, например, настройка радио и телеприемников на определенную частоту передающей станции производится изменением величины емкости переменного конденсатора.

Задача 5

В цепь переменного тока c линейной частотой f параллельно включены резистор R,  индуктивность L и емкость C (рис. 5.1.3).

Найти неизвестные значения величин, обозначенные знаком «?», используя данные таблицы 5.1

Таблица 5.1

Заканчивается самостоятельное изучение материала и его закрепление тестом №  5 (ТОЭ – СТ/РНиТ)