Данные примеры задач, относятся к предмету «Электротехника».
Задача #4311
Условие:
В однородном магнитном поле с индукцией В 0,04 Тл на подвесе помещен проводник длиной l = 70 см перпендикулярно линиям поля. Определить электромагнитную силу при токах I = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 А. При каком значении тока произойдет разрыв нити, если сила натяжения для ее разрыва Fн = 0,08 Н, сила тяжести проводника P = 0,018 Н? Определить минимальный ток для разрыва нити подвеса.
Решение:
На проводник с током действует сила
Определяем F для указанных значений токов:
Разрыв нити произойдет при
следовательно, электромагнитная сила разрыва
Тогда
т. е. минимальный ток разрыва нити подвеса составляет 2,2 А.
Ответ: I = 2,2 А.
Задача #4312
Условие:
В однородном магнитном поле находится прямолинейный проводник с током I = 25 А и длиной l = 80 см под углом 30° к вектору магнитной индукции. Определить магнитную индукцию поля, если сила, действующая на проводник, F = 3,2 Н.
Решение:
Искомая магнитная индукция:
Ответ: B = 0,32 Тл.
Задача #4313
Условие:
Как должна быть расположена рамка в магнитном поле, чтобы поток, пронизывающий ее, отсутствовал?
Решение:
Магнитный поток будет равен нулю при расположении рамки под углами 0 и 180°, то есть параллельно плоскости рамки.
Ответ: нет.
Задача #4314
Условие:
На кольцевой однородный магнитопровод (см. рисунок) намотана намагничивающая обмотка с числом витков w = 150. Наружный диаметр кольца D = 140 мм; внутренний диаметр d = 80 мм, его поперечное сечение квадратное. Определить ток и магнитодвижущую силу обмотки, необходимые для создания в магнитопроводе потока Φ = 1,53 × 10-3 Вб. Чему равно магнитное сопротивление магнитопровода, если он выполнен из электротехнической стали 3411?
Решение:
Ток обмотки рассчитывается по формуле
Для нахождения Rμ необходимо определить индукцию
где сечение
Следовательно, индукция
Воспользовавшись графиком для стали 3411, можно найти напряженность магнитного поля
Искомое магнитное сопротивление определяется из соотношения
Длина средней силовой линии в данном случае
Найдя ток
можно определить намагничивающую силу
и магнитное сопротивление
Ответ: I = 7,82 А; F = 1173 А; Rμ = 7,67 × 105 Гн-1.
Задача #4315
Условие:
Найти индукцию магнитного поля, если на расположенный в нем перпендикулярно силовым линиям проводник действует сила 5 Н. Проводник имеет длину 1 м, сопротивление 1 Ом и подключен к источнику постоянного напряжения с ЭДС 36 В и Rвн = 0.
Решение:
Ток проводника определяется по закону Ома. Учитывая, что внутреннее сопротивление источника Rвн = 0, находим
При перпендикулярном расположении проводника и силовых линий поля определить индукцию магнитного поля
Ответ: B = 0,139 Тл.
Задача #43101
Условие:
Определить напряженность магнитного поля в зазоре δ0 = 5 мм кольцевого постоянного магнита с кривой размагничивания, приведенной на рисунке. Сечение магнита квадратное, внешний диаметр D = 0,13 м, внутренний d = 0,11 м. Чему равен магнитный поток и индукция в зазоре?
Решение:
В соответствии с формулой для закона полного тока
зависимость В(Н) для воздушного зазора является линейной с тангенсом угла наклона
т. е.
Построив график этой функции в координатах B и H, находим точку пересечения прямой с кривой намагничивания.
В данном случае
Подставляя любое значение Нм например 10000 А/м, получаем
Проведя прямую через эту точку, находим
Магнитный поток
Ответ: H = 12000 А/м; B = 1,15 Тл; Φ = 1,15 × 10-42 Вб.
Задача #4321
Условие:
По кольцевому проводнику проходит ток I = 12 А. Определить напряженность магнитного поля в его центре, если диаметр кольца d = 25 мм.
Решение:
Напряженность магнитного поля в центре кольцевого проводника:
Ответ: H = 480 А/м.
Задача #4331
Условие:
На половину длины каркаса с наружным диаметром D = 240 мм и внутренним d = 190 мм, имеющим прямоугольное сечение площадью S = 400 мм2, равномерно нанесена обмотка медным проводом. Определить число витков, индуктивность, сопротивление обмотки и необходимую длину провода (для намотки в один ряд), если магнитная индукция катушки на ее оси составляет B = 1,6 × 10-3 Тл при токе катушки I = 3,6 А. Плотность тока J = 2 А/мм2.
Решение:
В связи с тем что намотка произведена на половину длины каркаса, расчет надо вести по формулам для прямолинейной катушки.
Напряженность поля катушки
где
тут
Напряженность поля можно определить из соотношения
откуда
Тогда
Определим индуктивность катушки:
или
Найдем необходимую длину провода для намотки этой катушки. Длина одного витка
Длина провода
Определим сечение медного провода, примененного для намотки катушки:
Тогда его сопротивление
Ответ: w = 120; L = 21,4 × 10-6 Гн; l = 9,84 м; R = 0,096 Ом.
Задача #4332
Условие:
В однородном магнитном поле с индукцией B = 1,2 Тл под углом 45° к линиям поля со скоростью v = 25 м/с перемещается прямолинейный проводник с активной длиной l = 0,3 м. Определить наведенную в нем ЭДС.
Решение:
Наведенная ЭДС:
Ответ: E = 6,36 В.
Задача #4333
Условие:
Катушка, имеющая 2500 витков, помещена в однородное магнитное поле, которое за время Δt = 0,3 с уменьшилось равномерно до нуля. При этом на концах катушки была наведена ЭДС E = 18 В. Определить первоначальное значение магнитного потока.
Решение:
Первоначальное значение магнитного потока:
Ответ: Φ = 2,16 × 10-3 Вб.
Задача #4334
Условие:
Контур, по которому проходит ток I = 10,5 А, имеет потокосцепление самоиндукции ΨL = 0,008 Вб. Определить индуктивность контура.
Решение:
Индуктивность контура:
Ответ: L = 7,62 × 10-4 Гн.
Задача #4335
Условие:
Катушка, имеющая w = 500 витков, внесена в однородное магнитное поле, индукция которого возросла при этом от 0 до 0,8 Тл за время t = 0,1 с. К катушке подключен резистор сопротивлением R = 20 Ом. Определить ток и мощность, выделившуюся в резисторе, если сечение катушки S = 12 см2 и ее сопротивление Rк = 4 Ом.
Решение:
Определим ЭДС, наведенную в катушке:
Ток в катушке:
Мощность, выделившаяся на резисторе:
Ответ: I = 0,2 А; P = 0,8 Вт.
Задача #4336
Условие:
Через цент кольца с площадью поперечного сечения S = 1 см2, средним диаметром d = 3 см и числом витков w = 100 пропущен провод. Определить ЭДС, наведенную в нем, если магнитная проницаемость сердечника μ = 3000, а ток I в обмотке кольца за t = 0,03 с изменился на 12 А.
Решение:
ЭДС, наведенная в проводнике
Для ее определения необходимо найти значение взаимной индуктивности:
Тогда
Ответ: e = 0,16 В.
Задача #4337
Условие:
Средний радиус магнитопровода кольцевой катушки составляет 0,15 м, его сечение 5 × 10-4 м2. Найти индуктивность катушки при плотности намотки 5 витков на 1 см. Определить магнитный поток и энергию магнитного полякатушки при токе 5 А. Обмотка занимает 90 % длины средней окружности катушки, относительная магнитная проницаемость материала магнитопровода μ = 200.
Решение:
Магнитное сопротивление в данном случае
где D — диаметр средней окружности катушки. Число витков равно
где m — плотность намотки, равная 500 витков/м.
Тогда индуктивность катушки
Магнитный поток определяется по формуле:
а энергия магнитного ноля — по выражению:
Ответ: не указан.
Задача #4351
Условие:
На стальное кольцо с магнитной проницаемостью μ = 4000 равномерно намотаны две обмотки с числом витков w = 800 и 300. Сечение кольца круглое, площадью S = 0,8 см2, его наружный диаметр D = 50 мм. Определить Энергию магнитного поля внутри кольца, если токи I = 2 А и I = 4,5 А проходят: а) в одном направлении; б) в противоположном.
Решение:
Энергия магнитного поля двух связанных катушек
Прежде чем определить эту энергию, найдем L1, L2 и M.
Найдем диаметр поперечного сечения кольца:
Тогда средний диаметр:
Найдем индуктивность катушек:
Определим взаимную индуктивность двух катушек:
Зная L1, L2 и M, найдем значение энергии двух катушек:
а) при токах, проходящих в одном направлении
б) при токах, проходящих в противоположных направлениях
Ответ: W1 = 14,07 Дж; W2 = 0,11 Дж.
Задача #4361
Условие:
Для регулирования тока и напряжения потребителя сопротивлением Rн = 100 Ом последовательно с ним включают переменный резистор Rр сопротивлением от 0 до 200 Ом. В каких пределах можно регулировать ток и напряжение потребителя, подключенного к сети напряжением 42 В?
Решение:
Общее сопротивление цепи равно сумме
ток в цепи равен
Максимальный ток в цепи будет при R = 0 т. е.
а наибольшее напряжение
Минимальный ток в цепи будет при полном сопротивлении переменного резистора
а наименьшее напряжение
Ответ: не указан.
Задача #4362
Условие:
В магнитной цепи, приведенной на рисунке, по обмотке с числом витков 350 протекает ток 1,6 А. Определить напряженности участков цепи, если l1 = 0,24 м; l2 = 0,36 м; l3 = 0,12 м. Чему равен магнитный поток в ветви l1 магнитной цепи, если ее сечение S = 3,5 × 10-4 м2, а μ = 400?
Решение:
Для нахождения магнитного потока, индуцируемого в магнитопроводе катушкой, воспользуемся аналогией между магнитными и электрическими цепями. Считая аналогом напряжения питания магнитодвижущую силу Iw, а тока — поток Φ, можно записать
Полное магнитное сопротивление магнитопровода эквивалентно параллельному соединению сопротивлений и Rμ2 и Rμ3, последовательно подключенных к участку Rμ1, т. е.
При одинаковом сечении участков магнитопровода их спротивления пропорциональны длинам. Учитывая заданные в условии значения l1, l2 и l3, можно записать
Для данного материала магнитопровода
Полное сопротивление магнитопровода
и магнитный поток
Магнитная индукция и напряженность магнитного поля на участке l1 равны соответственно
Напряженности на участках цепи l2 и l3 обратно пропорциональны их сопротивлениям, т. е.
Ответ: не указан.
Задача #4371
Условие:
Цепь, состоящая из резистора сопротивлением R = 1 кОм и конденсатора емкостью C = 10 мкФ, подключается к источнику постоянного напряжения E = 24 В (см. рисунок). Определить напряжение конденсатора и его ток в моменты времени t = 1, 2, 3, 5 τ. Подобрать емкость конденсатора так, чтобы время переходного процесса не превышало 5 мс.
Решение:
Изменения напряжения и тока конденсатора при зарядке определяются экспоненциальными зависимостями. Постоянная времени в данном случае равна
Значения напряжения и тока:
Как следует из расчета, при t = 5τ напряжение и ток конденсатора достигают установившихся значений с точностью не ниже 0,6 %. Поэтому, чтобы выполнить условие t = 5 мс, необходимо выбрать постоянную времени 1 мс и емкость конденсатора C = 1 мкФ при том же значении сопротивления резистора.
Ответ: не указан.
Задача #4372
Условие:
До какого напряжения зарядится конденсатор в схеме рисунка, если параметры ее элементов равны: U = 100 В; R1 = 40 Ом; R2 = 60 Ом; RC = 26 Ом и C = 200 мкФ? Какое напряжение на конденсаторе будет через 10 мс?
Решение:
По отношению к ветви с конденсатором остальную часть схемы необходимо представить в виде источника с
и
согласно методу эквивалентного источника.
Внутреннее сопротивление эквивалентного источника
напряжение холостого хода
Следовательно, постоянная времени
Конденсатор зарядится до напряжения 60 В, через 10 мс его напряжение будет равно
Ответ: 37,8 В.
Задача #4373
Условие:
Цепь, состоящая из резистора сопротивлением R = 10 Ом и катушки индуктивности L = 10 мГн, подключается к источнику постоянного напряжения E = 15 В (см. рисунок). Определить ток цепи и напряжение катушки в моменты времени t = 0,5; 1; 2; 4τ. Подобрать индуктивность катушки так, чтобы время переходного процесса не превышало 1 мс.
Решение:
Переходные процессы в линейной RL-цепи при подключении к источнику постоянного напряжения определяются экспоненциальными зависимостями. Постоянная времени в данном случае
При заданных в условии значениях времени значения тока и напряжения катушки равны:
Для выполнения условия t = 1 мс необходимо выбрать постоянную времени τ = 0,2 мс и индуктивность катушки L = 2 мГн.
Ответ: не указан.
Задача #4381
Условие:
В неразветвленной магнитной цепи с длиной средней линии 0,4 м и воздушным зазором δ0 = 2 мм необходимо создать магнитную индукцию B = 1,6 Тл. Магнитопровод выполнен из электротехнической стали 1512. Определить напряженность поля в магнитопроводе и воздушном зазоре, ток намагничивающей обмотки с числом витков w = 300. Во сколько раз магнитное сопротивление зазора выше сопротивления магнитопровода?
Решение:
Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре
По графику B = H(f) найдем напряженность
Закону полного тока для неразветвленной магнитной цепи
Следовательно, ток обмотки
По формуле для магнитного сопротивления
или
где μr — относительная магнитная проницаемость стали.
По намагничивающей обмотке с числом витков w = 150 протекает ток I = 5 А. Обмотка расположена на неразветвленном магнитопроводе цепи с длиной средней линии 0,3 м и сечением 10-4 м2. Определить магнитный поток и индукцию в цепи при воздушном зазоре δ0 = 0,5 мм, если магнитопровод выполнен из литой стали.
Решение:
Задача по своему условию соответствует обратной задаче, которая в связи с нелинейностью магнитного сопротивления литой стали решается графоаналитически.
Используя кривую намагничивания B = f(H), вначале строится магнитная характеристика Φ(Iw). Для этого выбранные значения H умножаются на lср, а соответствующие значения B — на S. Магнитодвижущая сила откладывается по оси Iw, т. е. в данном случае
Магнитное сопротивление зазора
и по оси Φ откладывается значение
Проводя прямую через отрезки Iw и Φ = Iw/Rμ, находим точку пересечения ее с магнитной характеристикой. И результате магнитный поток магнитопровода равен
и индукция
Ответ: Φ = 1,875 × 10-4 Вб; B = 1,2 Тл.
Задача #4383
Условие:
Обмотка электромагнита с общим числом витков w = 100 расположена на магнитопроводе (см. рисунок) из литой стали с длиной средней силовой линии lср = 0,3 м, причем сечение сердечника Sс = 5 × 10-3 м2, а якоря Sя = 2 × 10-3 м. Определить необходимый ток обмотки, чтобы при зазоре 2δ = 0,5 мм сила притяжения была не менее 6 кН.
Решение:
Для магнитной цепи в данном случае удобно использовать закон полного тока
Индукцию можно определить по силе притяжения электромагнита
По графику B = f(H) для литой стали для создания индукции 1,732 Тл необходима напряженность магнитного поля
Абсолютная магнитная проницаемости
Относительная магнитная проницаемость
Подставляя в исходную формулу численные значения параметров, находим намагничивающую силу
Зная число витков, определим искомое значение тока
Ответ: I = 26,65 А.
Задача #4391
Условие:
На магнитопровод, конфигурация которого приведена на рисунке, намотаны намагничивающие обмотки с числом витков w1 = w2 = 250, по каждой из которых протекает ток I1 = I2 = 8 А. Определить магнитные потоки на всех участках магнитной цепи с параметрами: S1 = S3 = S5 = 3 × 10-4 м2; S2 = S4 = 2 × 10-4 м2; l1 = l2 = 0,3 м и l1 = l4 = l5 = 0,1 м. Магнитопровод выполнен из электротехнической стали 1512, воздушные зазоры δ01 = δ02 = 1 мм.
Решение:
На основании закона Кирхгофа для магнитных цепей
Для решения этой системы необходимо найти магнитные характеристики для потоков Φ1 и Φ2 просуммировать их и найти точку пересечения суммарной характеристики с магнитной характеристикой потока Φ3. Первые две зависимости находятся из выражений
а искомые значения Iw определяются графически решением уравнения
как это показано на рисунке. В соответствии с этим рисунком