Файл: Иванько, В. Ф. Пультовщик сталеплавильной электропечи учеб. пособие.pdf

Если имеется один источник электродвижущей силы, то второй закон Кирхгофа заключается в следующем: имеющаяся электродвижущая сила равна сумме паде­ ний в замкнутом контуре, где находится эта электродви­ жущая сила. Так, для рис. 13, а второй закон можно за­ писать:

Закон Ома и законы Кирхгофа являются основными для расчета и анализа электрических цепей. Эти законы применяют также при расчете параметров электропеч­ ной установки, только расчет параметров и происходя­ щие в реальной цепи электропечи явления усложняются наличием переменного трехфазного тока и большим влиянием магнитных полей, возникающих при весьма больших токах реальной электрической цепи.

Мощность постоянного тока Р определяется как произ­

Единица энергии'—джоуль (дж); джоуль=ватт - се ­ кунда. Так как эта единица энергии очень мала, то ис­ пользуют большую — ватт-час и киловатт-час.

Расчет выделяемой электроэнергии в приемнике удобно производить по закону Джоуля—Ленца, который устанавливает тепловое действие тока при прохождении его через сопротивление:

54

где Q — количество тепла, кал, выделяемое в сопротив­ лении г; 0,24— переводной коэффициент электрической энергии в тепловую.

Если же рассматривать электрическую энергию, при­ нятую приемником г, то ее можно определить на основа­ нии закона Джоуля—Ленца так:

W^-rPt. (10)

Эта формула очень удобна для подсчета расхода электрической энергии в электропечах.

§ 2. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Для понимания и отчетливого представления процес­ сов, протекающих в электрических машинах и трансфор­ маторах, а также в короткой сети электропечей, необхо­ димо изучить физические явления и законы электромаг­ нетизма. В настоящем параграфе рассматривается физическая сущность явлений и законов электромагне­ тизма для лучшего понимания в дальнейшем электромаг­ нитных процессов в электрических машинах, трансфор­ маторах и мощных токоподводах электропечей.

Между электрическими и магнитными явлениями имеется постоянная связь. Когда проводник прони­ зывает картон с железными опилками перпендикуляр­ но и по проводнику проходит ток, известно, что опилки располагаются по замкнутым концентрическим окруж­ ностям, образование которых объясняется силовым дей­ ствием магнитного поля. Магнитные силовые линии в данном случае представляют собой концентрические окружности с центром по оси проводника. В данном случае наблюдается механическое проявление магнит­ ного поля, которое вызвано наличием электрического тока.

Если в существующем магнитном поле (даже вызван­ ном постоянным магнитом) начать перемещать провод­ ник, то в этом проводнике индуктируется электродвижу­ щая сила (опыты Фарадея).

Таким образом, имеется постоянная связь между электрическими и магнитными явлениями. В природе существует единое электромагнитное поле, которое для облегчения рассматриваем раздельно как поле магнит­ ное и поле электрическое.

55

Физические явления, происходящие в магнитном по­

в) магнитная стрелка, помещенная в магнитном по­ ле, ориентируется в направлении магнитных силовых ли­ ний поля.

Направление, в котором устанавливается магнитная стрелка своим северным концом, принято считать поло­ жительным направлением поля.

Силовые линии магнитного поля являются непрерыв­ ными (замкнутыми) : выходя из северного полюса, они входят в южный.

Направление магнитных силовых линий вокруг про­ водника с током определяют по «правилу буравчика»: если буравчик завинчивать поступательно по направле­ нию движения тока, то направление вращения рукоятки буравчика будет совпадать с направлением магнитных силовых линий вокруг проводника. Так определяется на­ правление магнитных силовых линий для отдельного проводника. Для катушки со многими витками направ­ ление магнитных силовых линий также можно опреде­ лить, применяя буравчик.

Если буравчик закручивать, чтобы направление ру­ коятки соответствовало направлению тока в витках ка­ тушки, то поступательное движение острия буравчика будет соответствовать положительному направлению магнитных силовых линий, а следовательно, и направле­ нию вектора магнитной индукции внутри катушки.

магнитного поля в каждой его точке и направление по­ ля, следовательно, является векторной величиной, обоз-

56

2. Магнитный поток вектора магнитной индукции или просто магнитный поток — величина скалярная и опреде­ ляется (при равномерной индукции) как произведение магнитной индукции В на величину площади s, которая должна быть перпендикулярна направлению вектора магнитной индукции. Магнитный поток обозначается

сколько раз магнитная проницаемость среды больше, чем вакуума.

Произведение цо(я = |яа (мю абсолютное) иногда запи­ сывают как Ца-

Все вещества, за исключением ферромагнитных, име­ ют (л чуть меньше единицы (диамагнитные) или чуть больше единицы (парамагнитные), но в электротехнике в практических расчетах принимают для всех неферромаг­ нитных веществ ц.= 1. Для ферромагнитных веществ от­ носительная магнитная проницаемость во много раз больше магнитной проницаемости вакуума (в тысячи раз и больше) и не является постоянной величиной. Она за­ висит от значения напряженности магнитного поля, при­ чем эта зависимость В or H нелинейная и ее выражают кривой, которая называется кривой намагничивания. Каждая сталь имеет свою кривую намагничивания, ко­ торую снимают опытным путем. На рис. 14 даны кривые

1 Действие магнитной индукции можно определять по индукти рованию э. д. с.

57

поля вызывает ток, протекающий по проводнику или си­ стеме проводников. Единицей намагничивающей силы является ампер (о). Если имеется катушка с числом вит­ ков w и по каждому витку протекает ток /, то в этом случае намагничивающая сила определяется как произ­ ведение числа витков на ток, но размерность намагничи­ вающей силы сохраняется в амперах. Большой намагни-

чивающей силой обладают отдельные фазы короткой се­

для создания магнитного поля насажена катушка. Вклю­ чим катушку через регулируемое сопротивление и.нач­

сок был полиостью размагничен, то магнитная индукция с ростом напряженности на рис. 15 изменяется по кривой оа'а (первоначальная кривая намагничивания). Затем уменьшим ток от установившегося значения до нуля, но

кривой, и, когда ток в катушке будет равен нулю, индук­ ция в сердечнике выразится отрезком ob'; эта индукция называется остаточной. Затем, изменив направление то-

58

ка в обмотке, увеличим его от нуля до максимального значения в другом направлении.

Магнитная индукция изменится по кривой Ь'Ьс и при некотором отрицательном значении напряженности (—Нс) индукция в сердечнике будет равна нулю.

Следовательно, при напряженности магнитного поля, равной —Нс, материал сердечника полностью размагни­ чивается. Такое значение напряженности магнитного по­ ля называется коэрцитивной (задерживающей) силой.

При увеличении тока в обратном направлении до мак­ симума магнитная индукция изменяется по кривой ce'd. При уменьшении тока до нуля в катушке, а затем увели­ чении с нуля до максимума в обратном направлении магнитная индукция изменяется по кривой dd'a.

В результате цикла перемагничивания стального бру­ ска получается петля, называемая петлей гистерезиса. В данном случае изменения магнитной индукции запаз­ дывают при изменении напряженности магнитного поля. Причем это запаздывание при перемагничивании сопря­

ше потери в стали. Такие петли у более твердых сталей; для каждого сорта стали существует своя петля гистере­ зиса.

З а к о н п о л н о г о т о к а . Закон полного тока уста­ навливает зависимость между напряженностью магнит­ ного поля и током, вызвавшим появление этого магнитно­ го поля. Ток, вызвавший магнитное поле, является намаг­ ничивающей силой. Закон полного тока установлен на ос­ новании опытов. Если в магнитном поле, созданном пря­ молинейным проводником с током весьма большой дли­ ны, выделить и рассмотреть одну магнитную силовую ли­ нию (рис. 16), она будет представлять собой окружность, проведенную из центра, находящегося на оси провод­ ника.

Векторы магнитной напряженности и магнитной ин­ дукции есть касательные к магнитной силовой линии (перпендикулярны к радиусу), и направление их опре­ деляется по правилу правоходового буравчика, который завинчивается по направлению тока. В данном случае1 магнитная силовая линия будет представлять собой кон­ центрическую окружность с одинаковым по величине зна­ чением магнитной напряженности во всех точках выде-

59