Материалы, которые под действием внешнего магнитного поля намагничиваются, называют магнитными. Основными магнитными материалами являются железо, никель, кобальт и различные сплавы на их основе. Свойства магнитных материалов оцениваются магнитными характеристиками.
Магнитная проницаемость μ определяет способность материала к намагничиванию: чем она больше, тем легче намагничивается материал Магнитная проницаемость зависит от действующей напряженности магнитного поля Н. Поэтому для оценки способности материала к намагничиванию приходится учитывать начальную магнитную проницаемость μн и максимальную магнитную проницаемость μmax. Определить величину μ в зависимости от Н можно по формуле:
,
где μ0 = 4π×10-7, Гн/м - магнитная постоянная;
B - магнитная индукция, Тл;
H- напряженность магнитного поля, А/м.
В контрольной работе требуется рассчитать величины μ и построить график зависимости μ = f(H). Пример графика представлен на рис. 2.
график зависимости μ = f(H).
|
Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. Основное требование к постоянным магнитам состоит в том, что они должны создавать в воздушном зазоре между своими полюсами магнитное поле с постоянными значениями напряженности Н и магнитной индукции В.
К характеристикам магнитотвердых материалов относятся остаточная магнитная индукция В, коэрцитивная сила Нс, а так же максимальная объемная плотность энергии магнитного поля в воздушном зазоре WM. Она измеряется в Дж/м3, если индукция В выражена в Тл, а напряженность поля Н в А/м. Объемная плотность энергии магнитного поля определяется по формуле:
.
В контрольной работе для магнитотвердого материала следует построить графики: кривую размагничивания В =f(-H) и кривую объемной плотности магнитной энергии в воздушном зазоре W = f(B). Пример графиков представлен на рис. 3.
| Я, Тл |
График размагничивания В =f(-H) и график объемной плотности магнитной энергии в воздушном зазоре W = f(B).
Дополнительные сведения о магнитных материалах приведены в [1,5,8].
Задача № 5
1. Выберите диэлектрический материал для плоского конденсатора, параметры которого указаны в табл 6. Номер варианта задаётся преподавателем.
2. Вычислите активную и реактивную составляющие переменного тока, его полную, активную и реактивную мощности, ток утески. Изобразите эквивалентную схему конденсатора и векторную диаграмму токов в масштабе.
3. Приведите примеры диэлектрических материалов, используемых в производстве конденсаторов, а так же электроизоляционных материалов, используемых при изготовлении кабелей связи, электрических машин и других электротехнических изделий (по семь материалов для обеих групп). Укажите числовые значения основных характеристик приведенных материалов.
Табл. 6
| Номер варианта | f, Гц | R, Ом | p, кВт/м3 | U, В | h, мкм | S, м2 | C, нФ |
| 1,00 | 0,010 | 10,0 | |||||
| 1,50 | 0,015 | 8,2 | |||||
| 2,00 | 0,020 | 6,8 | |||||
| 2,50 | 0,025 | 4,7 | |||||
| 0,50 | 0,030 | 5,6 | |||||
| 1,00 | 0,035 | 2,7 | |||||
| 0,05 | 0,045 | 3,3 | |||||
| 2,00 | 0,010 | 3,9 | |||||
| 2,50 | 0,015 | 4,7 | |||||
| 3,00 | 0,020 | 5,6 | |||||
| 0,05 | 0,025 | 2,7 | |||||
| 1,50 | 0,030 | 3,3 | |||||
| 0,10 | 0,035 | 3,9 | |||||
| 2,50 | 0,045 | 4,7 | |||||
| 3,00 | 0,010 | 5,6 | |||||
| 1,00 | 0,015 | 3,3 | |||||
| 1,50 | 0,020 | 3,9 | |||||
| 2,00 | 0,025 | 4,7 | |||||
| 0,10 | 0,030 | 5,6 | |||||
| 0,10 | 0,035 | 2,7 |
Методические указания к задаче № 5
Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал, изложенный в рекомендованной литературе [1, 2, 7].
Предварительно следует определить допустимые значения основных электрических характеристик диэлектрика, используя известные соотношения для электрической ёмкости плоского конденсатора, напряжённости его электростатического поля, удельной мощности потерь, объёмного сопротивления образца диэлектрика в виде прямоугольной пластины (плёнки). Электрическое поле конденсатора можно считать однородным. При определении максимальной напряжённости поля конденсатора следует учитывать соотношение между средним квадратическим и амплитудным значениями синусоидального напряжения. Допускается выбор материала, не ухудшающего характеристики конденсатора. В случае неоднозначного выбора предпочтение следует отдать диэлектрику, превосходящему остальные по свои," характеристикам. При этом могут использоваться и другие доступные характеристики (технологичность, нагревостойкость, стоимость и т. д).Остальные материалы указываются как возможные варианты для замены. Значения основных электрических характеристик диэлектрическических материалов даны в табл. П1. Дополнительные сведения о свойствах диэлектриков приведены в рекоменванной литературе [3, 8].
Все последующие расчёты следует выполнять, считая заданными электрические характеристики выбранного диэлектрика (ε, ρ, tgδ), разpмеры конденсатора (S, h) и напряжение на обкладках конденсатора U (среднее квадратическое значение).
Значение электрических величин (токи, мощность и т. д.) определяются по известным соотношениям:
При определении тока утечки поверхностными токами следует пренебречь. Схема замещения конденсатора должна содержать элементы, символизирующие потери энергии, как на постоянном, так и на переменном токе.
Задача № 6
1. Определите значения электрического сопротивление проводника из сплава системы Cu-Ni для крайних значений заданного температурного диапазона. Определите относительную величину этого изменения и сравните полученные результаты с аналогичными для электротехнической меди, манганина и константана. Исходные данные приведены в табл. 7. Номер варианта задаётся преподавателем.
2. Приведите примеры проводниковых материалов, используемых для изготовления кабелей связи, линий электропередач, обмоток электрических машин, а так же для изготовления резисторов, нагревательных элементов, ламп накаливания (по семь материалов на каждую из двух групп).
Таблица 7
| Номер варианта | Состав сплава, % | Т1, °С | Т2, °С | Длина, м | Диаметр, мм | |
| 2,0 | 0,10 | |||||
| 3,0 | 0,12 | |||||
| 4,5 | 0,15 | |||||
| 5,0 | 0,10 | |||||
| 6,5 | 0,12 | |||||
| 7,0 | 0,15 | |||||
| 8,5 | 0,10 | |||||
| 9,5 | 0,12 | |||||
| 10,5 | 0,15 | |||||
| 12,0 | 0,10 | |||||
| 2,0 | 0,12 | |||||
| 3,0 | 0,15 | |||||
| 4,5 | 0,10 | |||||
| 5,0 | 0,12 | |||||
| 6,5 | 0,15 | |||||
| 7,0 | 0,10 | |||||
| 8,5 | 0,12 | |||||
| 9,5 | 0,15 | |||||
| 10,5 | 0,15 | |||||
| 12,0 | 0,12 |