Магнітне коло

11.Магнітне коло і його елементи. Класифікація магнітних кіл. Елементи магнітного кола (джерела магнітного кола, магнітопровід). Характеристики елементів магнітного кола.

Магнітне коло –це сукупність феромагнітних тіл і середовищ ,які створюють шлях для проходження магнітного потоку.Воно складаеться із джерела магніторушійної сили(постійний магніт або котушка із струмом.) та магнітопроводу(осердя електричних машин).

В електромагнітних перетворювачах (трансформаторах, магнітних підсилювачах тощо) магнітопровід може не мати повітряних проміжків, але в електромеханічних перетворювачах, призначених для отримання певної силової дії (реле, контактори, електричні машини тощо) повітряний проміжок є обов'язковим. Просте магнітне коло - це коло, в якому магнітний потік ніде не розгалужується, тобто однаковий. Прикладом найпростішого магнітного кола є магнітопроводи кільцевої котушки. Однорідне магнітне коло - це коло, яке виконано з одного матеріалу й має по всій довжині однаковий переріз. Якщо окремі ділянки кола виготовлені з різних феромагнітних матеріалів й мають різні довжини чи перерізи, то коло - неоднорідне.  Магнітні кола, як і електричні, бувають нерозгалужені (коли магнітний потік в усіх перерізах однаковий) й розгалужені (коли магнітний потік в перерізах різний та йде по різним напрямках, тобто має розгалуження). Розгалужені кола діляться на симетричні (магнітні опори усіх контурів однакові) та несиметричні (магнітні опори усіх контурів різні). Коло, ділянки якого мають однакові розміри, однакову МРС і виконані з одного матеріалу, вважаються симетричними. При невиконанні хоч однієї умови коло буде несиметричне.

12. Магнітні величини.

Магнітний потік-це скалярна величина,що дорівнює всьому числу силових ліній, які пронизують даний контур.Ф = В S.  За одиницю магнітного потоку в системі СІ приймається потік, який пронизує площу (S) в 1 м ², що знаходиться в магнітному однорідному полі, з індукцією( B) 1 Вб / м ², і розташовану перпендикулярно вектору індукції. Така одиниця називається Вебером: Вб

Магнітна індукція-це інтенсивність магнітного поля.

В=Ф/S(Тл)

Тесла – дуже велика одиниця. Магнітне поле Землі приблизно дорівнює 0,5*10^-4Тл. Великий лабораторний електромагніт може створити поле не більше 5Тл.

Напруженість магнітного поля- це векторна величина, яка не залежить від магнітних властивостей середовища і характеризує магнітне поле в кожній точці за пов’язаним із ним струмом та положенням точки . 

 

(А/М) де μ₀ = 4π∙10⁻⁷ (Н/А² )–магнітна проникність вакуума;  

  μ _r− відносна магнітна проникність середовища.

x-магнітне сприйняття

Природно, що відносна магнітна проникність речовини є величиною безрозмірною. Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна поділити на дві групи:

-п а р а м а г н е т и к и, для яких більше одиниці ( );

-д і а м а г н е т и к и,для яких трохи менше за одиницю ( ).

Згідно з різними значеннями відносної магнітної проникності речовини по-різному поводяться в магнітному полі. Оскільки у парамагнетиків , то магнітна індукція поля за наявності парамагнетика виявляється більшою за магнітну індукцію поля без парамагнетика.

Підсилення магнітного поля парамагнетиком можна пояснити тим, що збуджуване у парамагнетику поле за напря­мом збігається із зовнішнім полем, підсилюючи його. До парамагнетиків належать алюміній, платина, вольфрам, хром, манган, розчини солей заліза, деякі гази.

Діамагнетики, вміщені в магнітне поле, навпаки, послаблюють його. Це послаблення можна пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітного поля, спрямованого проти зовнішнього магнітного поля. До діамагнетиків належать майже всі гази, мідь, золото, срібло, алмаз, графіт, вісмут тощо. Однак існує ряд важливих для техніки речовин, здатних намагнічуватися дуже сильно. Вони дістали назву феромагнетиків.

Магнітна проникність більшості феромагнетиків за звичайних температур вимірюється сотнями й тисячами одиниць, а деяких спеціально виготовлених феромагнетиків може досягати 1 мільйона. Це означає, що у феромагнетиках внутрішнє магнітне поле може в сотні й тисячі разів перевищувати зовнішнє магнітне поле. Наприклад, якщо в котушку вставити стальне осердя, за такої самої сили струму в котушці магнітна індукція поля зростає в сотні разів.

До феромагнетиків, крім заліза, належать нікель, кобальт, гадоліній, деякі сплави і хімічні сполуки.

Напруженість магнітного поля на відстані R від провідника із струмом Н = І / (2 πR),

Напруженість магнітного поля в середині кільцевої котушки Н = І w / (2πR_x) де R_x – радіус від центру кільцевої котушки до точки, яку ми шукаємо, м.

Магніторушійна сила

(А׳М) - кількість витків котушки.

Намагіченість матеріалу : М = хН _(А/М)

Будь яка речовина , яка знаходиться в магнітному полі зовнішніх струмів , приходить в особливий стан намагніченості , яка характеризується виникненням в ньому додаткового

магнітного поля .

Коерцетивна сила-це сила характеризує спроможність матеріалу зберігати залишкову намагніченість Н _С

Якщо розглянути процес змінного намагнічування феромагнетику , то можна побудувати петлю гістерезису

За петлею гестерезісу визначаються характеристики феромагнітного матеріалу . Петля гістерезису визначається основними величинами :

а) індукцією насищення (В m ) — максимальною індукцією , котру може забезпечити феромагнетик ;

б) залишковою індукцією (В r ) , котра встановлюється у феромагнетику при вимкненні поля;

в) коерцитивною силою (Н _С ) , тобто значенням напруженості поля , необхідного для розмагнічування ферромагнетика (для встановлення індукції В = 0) .

По величині Н _Срозрізняють дві основні групи фероматеріалів : магнітотверді і магнітом’які .

Магнітотверді матеріали мають великі величини залишкової магнітної індукції і коерцитивної сили , широку петлю магнітного гістерезісу . Магнитотверді феромагнетики використовують для створення постійних магнітних потоків . Постійні магніти виготовляють з магнітотвердих матеріалів . Найпоширенішими є сплави типу ЮНДК (залізо , кобальт , нікель , алюміній) з великою коерцитивною силою .

Для магнітом’яких матеріалів характерні велика магнітна проникність і невелика коерцитивна сила (вузька петля гістерезісу). Магнітом’які феромагнетики мають незначні витрати

на перемагнічування матеріалу . Тому вони використовуються для створення змінних магнітних потоків , тобто у магнітних колах з котушками , увімкненими на зміну напругу . Магнітомякі осердя застосовуються у трансформаторах , двигунах та генераторах змінного струму , електромагнітах , тощо .

Витрати на вихрові струми в осерді залежать від питомого електричного опору матеріалу . Застосування феритів в електротехнічних приладах та пристроях дає змогу зроби-

ти осердя суцільними , а не шихтованими . Феріти мають великий питомий електричний опір , їх застосовують в колах підвищеної частоти .

Магнітні характеристики феромагнетиків погіршуються від механічних ударів і підвищення температури . Постійні магніти при цьому розмагнічуються .