2.3 Магнитные материалы

Если намагничивать ферромагнитный сердечник, ранее полностью размагниченный, то магнитная индукция B растет, однако не пропорционально напряженности магнитного поля H. То есть получим нелинейную кривую намагничивания ферромагнитного материала (Рис 2.9., o-b-m-c-d).

Рис.2.9

Эта кривая B(H) имеет различные участки: первый участок ob представляет слабое нарастание магнитного поля, второй bc имеет линейное и максимальное нарастание и, наконец, последний cd, представляет участок насыщения.

Магнитная проницаемость материала величина не постоянная и не линейная (Рис.2.9). Она достигает максимума в точке m кривой намагничивания.

Таким образом, проницаемость может быть определена как отношение:

.

Значение называется начальная магнитная проницаемость.

Если намагничивать и размагничивать один и тот же ферромагнитный сердечник множество раз, то кривая намагничивания трансформируется в петлю, (Рис.2.10) называемую гистерезисом.

Эта кривая имеет несколько характерных точек:

- магнитная индукция насыщения();

- напряженность насыщения магнитного поля();

- остаточная магнитная индукция ();

- коэрцитивная сила().

Потери мощности из-за гистерезиса могут быть определены как площадь S между ветвями петли.

Рис.2.10

2.4 Магнитные цепи

По аналогии с электрическими цепями, в магнитных цепях могут быть применены I и II Законы Кирхгофа и Закон Ома, однако величины в этом случае будут другими.

I Закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма магнитных потоков, которые втекают в узел магнитной цепи, равна нулю:

. (2.7)

Например (Рис.2.11):

.

Можно вывестиII Закон Кирхгофа (Закон полного тока), используя фундаментальный, физический Закон Ленца:

Например (Рис.2.12):

Рис.2.11 Рис.2.12

Представим себе пример, где контур интегрирования был выбран так, что α=0 и что напряженность магнитного поля H=const, тогда сумма токов будет равна произведению тока на число витков (ампер-витки IN). Этот пример соответствует магнитной цепи называемой электромагнитный тор (Рис.2.13).

В этом случае формула соответствующая магнитной цепи будет:

.

II Закон Кирхгофа

В каком-либо магнитном контуре алгебраическая сумма намагничивающих сил IN равна алгебраической сумме падений магнитного напряжения в этом контуре Hl:

(2.8)

Чтобы определить приложение Закона Ома в магнитных цепях, воспользуемся, электромагнитным тором (Рис.2.13).

Рис.2.13.

Если магнитная проницаемость материала ферромагнитного сердечника известна, то магнитная индукция может быть рассчитана как .

Тогда магнитный поток тоже известен .

Используя II Закон Кирхгофа, и выполнив некоторые алгебраические преобразования, получим формулу для расчета магнитного потока

,

где величина - намагничивающая сила или магнитное напряжение и

- магнитное сопротивление.

Таким образом, получим выражение закона Ома для магнитной цепи.

. (2.9)

Магнитные сопротивления могут соединяться последовательно и параллельно, по аналогии с электрическими цепями.

Когда в магнитной цепи есть воздушный промежуток (Рис.2.14), тогда появляется магнитный поток рассеяния . Однако на практике для предварительных расчетов можно пренебречь этим потоком, так как он составляет несколько процентов от главного магнитного потока .

Рис.2.14