34. Основные магнитные величины и законы электромагнитного поля.

Магнитная цепь – совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью магнитодвижущей силы, магнитного потока и разности магнитных потенциалов.

Магнитная индукция векторная величина, определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Единицей магнитной индукции является тесла (Тл).

Напряженность магнитного поля векторная величина, которая равна геометрической разности вектора магнитной индукции , деленного на магнитную постоянную , и вектора намагниченности , А/м:

где намагниченность, характеризующая магнитное поле состояния вещества, А/м.

Абсолютная магнитная проницаемость величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Для изотропных веществ магнитная проницаемость является скалярной величиной, равной отношению модуля магнитной индукции к модулю напряженность магнитного поля:

Относительная магнитная проницаемость величина, равная отношению абсолютной магнитной проницаемости к магнитной проницаемости

Для воздуха , так как Относительная магнитная проницаемость – величина безразмерная.

Магнитный поток Ф – поток вектора магнитной индукции сквозь некоторую поверхность S:

где dS – элемент поверхности S; α – угол между направлением вектора магнитной индукции и перпендикуляром к поверхности dS.

В случае когда вектор магнитной индукции перпендикулярен пронизываемой им поверхности S, т.е. угол α = 0,

Магнитный поток выражается в веберах (Вб) и является интегральной оценкой магнитного поля.

Магнитодвижущая сила (МДС) F – скалярная величина, равная линейному интегралу напряженности магнитного поля вдоль рассматриваемого замкнутого контура l, охватыващего полный ток, который создает это поле:

где dl – элемент контура интегрирования.

Магнитодвижущая сила измеряется в амперах.

Закон полного тока:

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль контура l равна полному электрическому току, протекающему через поверхность S, натянутую на контур l, если направление тока образуют с направлением обхода контура правовинтовую систему.

Законы Ома и Кирхгофа справедливы для магнитной цепи.

Закон электромагнитной индукции:

ЭДС электромагнитной индукции e_и в контуре l равна скорости изменения магнитного потока через поверхность S, натянутую на контур l, причем направление скорости изменения магнитного потока образует с направлением e_илевовинтовую систему.

где – напряженность стороннего электрического поля.

35. Свойства и характеристики ферромагнитных материалов.

Все материалы по магнитным свойствам подразделяют на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель, гадолиний и некоторые другие материалы и сплавы) и неферромагнитные (все материалы, за исключением ферромагнитных, например дерево). Различные магнитные свойства материалов наглядно характеризуется зависимостью B=f(H), графическое изображение которой называют кривой намагничивания. Для неферромагнитных материалов зависимость B=f(H) является линейной, а для ферромагнитных – существенно нелинейной.

Производная дает зависимость абсолютной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля: . Нелинейный характер кривых B=f(H) и для ферромагнитных материалов оказывает большое влияние на расчет магнитных цепей.

Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы – технически чистое железо, электротехнические конструкционные стали, пермаллои, некоторые типы ферритов имеют небольшую коэрцитивную силу, до 100 А/м, т.е. узкую петлю гистерезиса.

Магнитотвердые материалы – мартенситные стали, сплавы железа, никеля, алюминия, кобальта и некоторые типы ферритов – имеют значительно большую коэрцитивную силу, до А/м и выше, а следовательно, широкую петлю гистерезиса. Поэтому потери энергии на перемагничивание для магнитомягких материалов ниже, чем магнитотвердых. Это происходить потому, что потери прямо пропорциональны площади петли гистерезиса.

Магнитомягкие материалы используют в устройствах с изменяющимися магнитными полями; магнитотвердые применяют, в частности, для изготовления постоянных магнитов.

Основной магнитный материал, используемый в электротехнических устройствах, - электротехническая сталь различных марок, представляющая собой сплав железа с кремнием (кремния 0,5…5%). Такие стали отличаются хорошими электромагнитными свойствами, высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями на вихревые токи и перемагничивание.

Различные ферромагнитные материалы обладают неодинаковой способностью намагничиваться. Так, при одинаковой напряженности H магнитного поля величина магнитной индукцииВ для электротехнической стали во много раз больше, чем для чугуна.

По электромагнитным свойствам магнитные цепи можно разделить на следующие четыре группы.

1. Магнитные цепи с постоянной МДС (магнитные цепи постоянного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются обмотками (катушками), расположенными на ферромагнитных магнитопроводах; питание обмоток осуществляется постоянным током.

2. Магнитные цепи с переменной МДС ( магнитные цепи переменного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются обмотками, расположенными на магнитопроводах, ток в которых является переменной величиной, зависящей от времени.

3. Магнитные цепи с постоянной и переменной МДС (магнитные цепи постоянного и переменного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются двумя МДС, одна из которых обусловлена постоянным током, другая – переменным.

4. Магнитные цепи с постоянными магнитами. К таким цепям относятся устройства, в которых для получения магнитного потока используют постоянные магниты.

По своей конфигурации магнитные цепи можно разделить на два вида: неразветвленные и разветвленные, которые в свою очередь, могут быть симметричными и несимметричными. Симметричной магнитной цепью является такая цепь, в которой условия для прохождения магнитных потоков от точки разветвления общего магнитного потока одинаковы для каждой ветви, т.е. одинаковы геометрические размеры и материал магнитопровода. Симметричные магнитные цепи часто встречаются в электрических машинах, трансформаторах, электроизмерительных приборах и др.

Кроме того, магнитные цепи могут быть однородными и неоднородными. Однородной магнитной цепью является такая цепь, в которой условия для прохождения магнитного потока вдоль неразветвленного участка цепи не изменяются, т.е. сечение и материал остаются неизменными.