| ||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||
О потерях энергии в сердечниках катушек и трансформаторов
2006 г.
Оглавление
Введение
Во многих электро- и радиоприборах применяют катушки, дроссели, трансформаторы. Они могут иметь сердечники различной формы, изготовленные из различного материала. Целью нашей работы стало выяснение того, как на основе теории объяснить оптимальность выбора формы и материала сердечников в промышленности. Задачи исследования: · Знакомство с теорией магнетизма; · Изучение промышленных образцов катушек, дросселей и трансформаторов; · Выявление их специфических характеристик; · Постановка эксперимента на выяснение энергетических потерь в различных сердечниках; · Проведение эксперимента и получение результатов; · Объяснение результата с точки зрения теории электро-магнетизма;
Идеи Ампера, Фуко и Максвелла
По теории Ампера вокруг любого тока существует магнитное поле. Все вещества состоят из атомов, в которых электрон, обращаясь вокруг ядра, также создает магнитное поле.
Значит, общее значение магнитного поля всех атомов некоторого массива вещества будет равно геометрической сумме отдельных атомных полей. Поэтому значение общего поля B всего массива равно 0.
Во внешнем магнитном поле атомы различных веществ ведут себя по-разному. Внутри данного вещества магнитное поле может измениться.
Пусть B0 – вектор магнитной индукции внешнего поля, B - вектор магнитной индукции поля, возникшего внутри данного вещества. Тогда отношение , где m - магнитная проницаемость. Она показывает, во сколько раз внутреннее поле больше внешнего.
Для различных веществ возможны несколько случаев:
1. m1 (1,0003), т.е. магнитное поле усиливается в веществе, но незначительно. Такие вещества называют парамагнитными (алюминий). 2. m1 (0,999), т.е. магнитное поле немного уменьшается. Это диамагнетики (медь). 3. m>>1 (50-100), т.е. магнитное поле в веществе значительно увеличивается. Это ферромагнетики (железо).
Выясним, как ведут себя такие вещества в различных переменнх магнитных полях.
Постановка эксперимента
Используем установку, состоящую из двух катушек, генератора НЧ, вольтметра, набора сердечников и осциллографа.
На первую катушку подаем переменный ток. Он создает в ней магнитное поле, которое, распространяясь внутри катушки, пронизывает витки второй катушки и по закону ЭМИ создает в ней ЭДС индукции. Ее измеряем вольтметром. Изменяя частоту тока в первой катушке при неизменном напряжении на ней будем снимать показания вольтметра. Данные занесем в таблицу. Аналогичные измерения повторим, поместив в катушки сердечники: · стальной сплошной; · стальной наборный; · медный; · алюминиевый; · ферритовый
Обработка результатов
По данным из таблицы чертим графики.
Интерпретация результатов
По теории потери в сердечниках могут быть по следующим причинам:
1. Так как у всех веществ различное m, то и различная степень рассеивания энергии магнитного поля. 2. По закону ЭМИ в самом сердечнике возникают вихревые токи Фуко, и если сердечник сплошной, его сопротивление этим токам мало. Сила тока Фуко значительна, поэтому сердечники будут нагреваться, забирая на это часть энергии, значение которой будет возрастать с увеличением частоты. 3. Так как ток переменный, то сердечник с такой же частотой будет перемагничиваться. Если у него широкая петля гистерезиса, то на это также будет тратится часть энергии, значение которой будет возрастать с увеличением частоты.
Перечисленные выводы получены из анализа графиков, в которых хорошо виден характерный "завал" кривой зависимости ЭДС от частоты тока в катушке.
Заключение
Таким образом, форма, материал и способ изготовления сердечников промышленных образцов катушек, дросселей и трансформаторов продиктованы требованиями уменьшения потерь энергии. Проведенный эксперимент полностью подтверждает правильность такого подхода.
Список литературы
· Иванов Б. С. Электронные самоделки: Кн. для учащихся 5–8 кл. – М.: Просвещение, 1985.– 143 с. · Мамзелев И. А., Капелин Г. Г. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся 7–8 кл. М.: Просвещение, 1978.– 160 с. · Путятин Н. Н. Радиоконструирование. Методическое пособие для руководителей радиокружков. М.: ДОСААФ, 1975.– 222 с. · Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г. С. Ландсберга, т. II, М., 1967.–472 с.
| ||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||
Сайт создан по технологии «Конструктор e-Publish» |