Лекции / Лекция 4 Магнитные цепи нова

Лекция №4. Магнитные цепи Магнитная цепь, или магнитопровод – это

совокупность различных ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух) частей электротехнического устройства для создания магнитных полей нужной конфигурации и интенсивности.

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток. Для усиления магнитного поля и сосредоточения магнитных линий в определенной части пространства электрические машины и аппараты выполняют таким образом, чтобы магнитный поток проходил главным образом через ферромагнитные материалы. Таким образом, для электротехнических устройств важно качество ферромагнитного материала, то есть способность

магнитопровода из этого материала «проводить» магнитный поток, созданный током обмотки.

В отдельных случаях весь магнитный поток или часть его замыкается через неферромагнитную среду, например, воздух, электроизоляционные и другие материалы, магнитные свойства которых незначительно отличаются от магнитных свойств вакуума.

Магнитная цепь, или магнитопровод – это совокупность различных ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух) частей электротехнического устройства для создания магнитных полей нужной конфигурации и интенсивности.

По электромагнитным свойствам магнитные цепи можно разделить на следующие группы: 1. Магнитные цепи с постоянной МДС (магнитные цепи постоянного тока): питание

обмоток таких цепей осуществляется постоянным током;

2.Магнитные цепи с переменной МДС (магнитные цепи переменного тока): питание обмоток таких цепей осуществляется переменным током;

3.Магнитные цепи с постоянной и переменной МДС (магнитные цепи постоянного и переменного тока): питание части обмоток осуществляется постоянным током, остальных переменным током;

4.Магнитные цепи с постоянными магни-

тами. К таким цепям относятся устройства, в которых для получения магнитного потока используют постоянные магниты.

По своей конфигурации магнитные цепи делятся на разветвленные и неразветвленные. Данные цепи в свою очередь подразделяются на симметричные и несимметричные.

Симметричной магнитной цепью является такая цепь, в которой условия для прохождения магнитных потоков от точки разветвления общего магнитного потока одинаковы для каждой ветви, то есть одинаковы материал и геометрические размеры магнитопровода.

Симметричные магнитные цепи достаточно широко распространены.

Кроме того, магнитные цепи могут быть однородными и неоднородными. В однородной цепи условия для прохождения магнитного потока вдоль неразветвленного участка цепи не изменяются, то есть сечение и материал остаются постоянными.

Основные законы магнитной цепи Закон полного тока

Закон полного тока определяет взаимную обусловленность протекания тока и возникновения магнитного поля.

Линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равен алгебраической сумме токов, проходящих сквозь поверхность, ограниченную этим контуром (полный ток).

где – вектор напряженности магнитного поля; – вектор бесконечно малого элемента контура, по которому осуществляется обход;

Закон Ома для магнитной цепи Магнитное напряжение – это величина,

равная произведению напряженности магнит-

ного поля на длину участка магнитной цепи Uм = Нl

Закон Ома для магнитной цепи Магнитный поток для участка цепи прямо

пропорционален магнитному напряжению на этом участке.

Первое правило Кирхгофа для магнитной цепи Алгебраическая сумма магнитных потоков для любого узла магнитной цепи равна нулю:

Второе правило Кирхгофа для магнитной цепи Алгебраическая сумма магнитодвижущих сил для любого замкнутого контура магнитной цепи равна алгебраической сумме магнитных напряжений на отдельных его участках – второе правило Кирхгофа для магнитной цепи:

Знак магнитодвижущей силы определяют по правилу буравчика, а знак магнитного напряжения – по направлению напряженности поля; если направление напряженности совпадает с выбранным направлением обхода контура, то магнитное напряжение берут со знаком плюс, и наоборот.

Индукционное и электромеханическое действие магнитного поля

Индукционное воздействие магнитного поля заключается в следующем: если проводящий контур поместить в переменное магнитное поле, пронизывающее этот контур, то в контуре возникает ЭДС, если же этот контур замкнут, то в нем появляется ток.

Явление возникновения тока в проводящем контуре, пронизываемом переменным магнитным потоком, называется электромагнитной

индукцией. Это явление описывается законом Фарадея, который формулируется так: при пересечении проводящего контура, изменяющимся во времени магнитным потоком, в нем возникает ЭДС индукции, пропорциональная скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром Под действием э.д.с. в контуре возникает ток i. Положительное направление этого тока принято считать совпадающим с направлением э.д.с.

Знак «минус» в формуле введен в соответствии с принципом электромагнитной инерции, установленным Ленцем (правилом Ленца). Согласно этому принципу, всякий электрический контур стремится сохранить неизменным пронизывающий его магнитный поток.

Итак, всякое изменение тока i в цепи влечет за собой изменение магнитного потока Ф, созданного этим током и пронизывающего

контур цепи. Это вызывает появление э.д.с. в соответствии с законом ЭМИ:

Проводники с током, расположенные в магнитном поле, испытывают действие механических сил.

Если прямолинейный проводник длиной l, по которому протекает ток, находится в равномерном магнитном поле (В = const) и расположен под углом α к направлению вектора магнитной индукции В, то на этот провод-

ник действует сила Fэм = ВIl∙sinα

Эта зависимость называется законом электромагнитных сил Ампера (законом Ампера).

Катушка с магнитопроводом в цепи переменного тока

Катушка с магнитопроводом − электромагнитное устройство, используется в электротехнических устройствах, работающих на переменном токе Она состоит из обмотки, выполненной из

медного или алюминиевого провода и ферромагнитного сердечника (магнитопровода)

При включении катушки на синусоидальное напряжение u в ней возникает переменный ток i и переменная магнитодвижущая сила F = i∙w. МДС приводит к появлению синусои-

дального магнитного потока Ф=Фm∙sinωt, который разделяется на две части.

– меньшая – замыкается по воздуху и частично по сердечнику и называется потоком