Основные понятия о магнитных цепях и методах их расчета Магнитные силы переменной и постоянной магнитодвижущей силы

     Как известно из курса физики, вокруг проводника с током появляется магнитное поле. Интенсивность магнитного поля характеризуется векторной величиной: напряженностью магнитного поля , измеряемой в амперах на метр (A/м). Интенсивность магнитного поля характеризуется также вектором магнитной индукции , измеряемой в теслах (Тл). Напряженность магнитного поля не зависит, а магнитная индукция зависит от свойств окружающей среды.

где  μ₀ - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м;

μ - относительное значение магнитной проницаемости, безразмерная величина;

μ₀ = 4π·10^-7 Гн/м.

    В зависимости от величины относительной магнитной проницаемости, все вещества делятся на три группы.

      К первой группе относятся диамагнетики: вещества, у которых μ< 1.       Ко второй группе относятся парамагнетики, вещества с μ >1.       К третьей группе относятся ферромагнетики, вещества с μ >> 1.

    К ферромагнетикам принадлежат железо, никель, кобальт и многие сплавы из неферромагнитных веществ.      Магнитной цепью называется совокупность устройств, содержащих ферромагнитные вещества. Процессы в магнитных цепях описываются с помощью понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока.      Магнитным  потоком называется  поток вектора магнитной индукции через     поверхность S

.      Магнитный поток измеряется в веберах (Вб).      Источником магнитодвижущей силы является либо постоянный магнит, либо электромагнит (катушка, обтекаемая током).      Магнитодвижущая сила электромагнита

     где  I - ток, протекающий в катушке;            W - число витков катушки.      В магнитных цепях используется свойство ферромагнитного материала тысячекратно усиливать магнитное поле катушки с током за счет собственной намагниченности.

Расчет магнитных цепей

Основным законом, используемым при расчетах магнитных цепей, является закон полного тока.

 (4.1)

Он формулируется следующим образом: линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равен алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром. Если контур интегрирования охватывает катушку с числом витков W, через которую протекает ток I, то алгебраическая сумма токов , где F - магнитодвижущая сила.

Обычно  контур  интегрирования  выбирают таким образом, чтобы он совпадал с  силовой линией магнитного поля, тогда векторное произведение в формуле (9.1) можно заменить произведением скалярных величин H·dl. В практических расчетах интеграл заменяют суммой и выбирают отдельные участки магнитной цепи таким образом, чтобы H1, H2, . . . вдоль этих участков можно было считать приблизительно постоянными. При этом (9.1) переходит в

(4.2)

где  l₁, l₂, …, l_n - длины участков магнитной цепи; H₁·l₁, H₂·l₂ - магнитные напряжения участков цепи. Магнитным сопротивлением участка магнитной цепи называется отношение магнитного напряжения рассматриваемого участка к магнитному потоку в этом участке

,   

где  S - площадь поперечного сечения участка магнитной цепи, l - длина участка.

Рассмотрим расчет магнитной цепи, изображенной на рис. 4.2.

Ферромагнитный магнитопровод имеет одинаковую площадь поперечного сечения S.      lср - длина средней силовой линии магнитного поля в магнитопроводе;      δ - толщина воздушного зазора.      На магнитопроводе размещена обмотка, по которой протекает ток I.           Рис. 4.2

Прямая задача расчета магнитной цепи заключается в том, что задан магнитный поток Ф и требуется определить магнитодвижущую силу F. Определим магнитную индукцию в магнитопроводе

.

По кривой намагничивания найдем значение напряженности магнитного поля H, соответствующее величине В.        Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре

.

 Магнитодвижущая сила обмотки

.

При обратной задаче расчета магнитной цепи по заданному значению магнитодвижущей силы требуется определить магнитный поток. Расчет такой задачи выполняется с помощью магнитной характеристики цепи F = f(Ф). Для построения такой характеристики необходимо задаться несколькими значениями Ф и найти соответствующие значения F. С помощью магнитной характеристики по заданной магнитодвижущей силе определяется магнитный поток.

Магнитные цепи переменной магнитодвижущей силой

Физические процессы в цепях переменного тока, содержащих катушку со стальным сердечником, имеют ряд особенностей по сравнению с процессами в цепях постоянного тока. Эти особенности оказывают существенное влияние на конструктивное выполнение и технические характеристики электрических аппаратов и машин переменного тока.

Ферромагнитные элементы в цепях переменного тока имеют дополнительные потери в сердечнике на гистерезис и вихревые токи. Для снижения потерь стальной сердечник выполняют шихтованным из тонких изолированных друг от друга пластин.