Электромеханические системы (ЭМС) / Конспект лекций по дисциплине Электромеханические системы / эл_мех10

44

Лекция № 10

1. Магнитные материалы. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы

2.Общие положения теории электромеханического преобразования энергии.

Магнитомягкие материалы используются для изготовления магнитопроводов ЭМУС (µr =2000÷3000) т.к. они обладают низким сопротивлением путей прохождения магнитных потоков.

Важнейшими магнитомягкими материалами являются, электротехнические стали, пермалои, пермендюр. Сортамент и физические свойства отдельных марок сталей определяются ГОСТ 21427.0-75.

Основные требования, предъявляемые к магнитомягким материалам: 1. Узкая петля гистерезиса.

2.Высокая индукция насыщения и магнитная проницаемость.

3.Низкая электропроводность (минимальные потери на вихревые токи).

4.Свойства материалов не должны существенно зависеть от температуры и механических нагрузок.

5.Высокая технологичность материала.

Магнитотвердые материалы используются в качестве постоянных магнитов в ЭМУС. Постоянные магниты являются источниками намагничивающих сил, причем, свойства постоянных магнитов проявляются в том случае, если концы его разомкнуты. Основной характеристикой магнитотвердых материалов является кривая размагничивания (участок петли гистерезиса во втором квадранте).

Рис. 1.35.

После снятия размагничивающего поля в точке К на кривой размагничивания магнит вследствие необратимости процесса возвращается не в первоначальное состояние, определяемое Br, а в некоторое новое состояние (точка М). При циклических изменениях размагничивающего поля в интервале К – М индукция изменяется по частной петле К – М. Вследствие малой

45

площади петли частного цикла кривая возврата этой петли приближенно заменяется прямой, называемой прямой возврата (прямая КМ).

При помещении постоянного магнита в ЭМУС, он будет создавать во внешней цепи магнитный поток соответствующий рабочей точке, получающейся в результате пересечения кривой размагничивания с характеристикой внешней магнитной цепи. На рис. 1.35 характеристика внешней цепи линейна, причем tgα =g0, где g0 – приведенная проводимость внешней цепи, которая определяется суммой проводимостей магнитопровода и рабочего зазора. Магнитотвердые материалы обладают одним недостатком – намагничивающая сила постоянного магнита не остается постоянной при воздействии внешних полей или других возмущающих факторов. Это происходит вследствие того, что рабочая точка К (рис. 1.35) при циклическом перемагничивании постоянного магнита будет перемещаться по частным гистерезисным циклам, а не по кривой намагничивания. Чтобы избежать этого явления, прибегают к стабилизации постоянного магнита. Существует два способа стабилизации:

1. Частичное размагничивание (10÷20% от Нс). 2. Обработка температурными циклами.

Рис. 1.36.

При воздействии поля ∆Н изменение магнитного состояния произойдет по прямой возврата, и будет соответствовать точке С. После устранения поля магнит будет магнитно стабильной. При воздействии поля с напряженностью ∆Н точкой будет В. После устранения поля магнитное состояние определится точкой F, т.е. магнитные свойства изменятся необратимо. Если теперь действовать на образец полем не превышающим |∆Н|, то изменения магнитных свойств будут обратимыми и магнитное состояние соответствует F.

Постоянный магнит характеризуется рядом параметров, значения которых необходимо знать при анализе и проектировании магнитных систем электрических машин.

1. Коэффициент возврата ρ (обратная проницаемость на частном цикле петли гистерезиса). Обычно на практике магниты работают в частных циклах. Для простоты кривые возврата всегда заменяются прямыми возврата из-за небольшого различия между ветвями кривой возврата

46

ρ = tgβ = ∆∆HB [Гн/м]

Для каждой точки кривой размагничивания каждого магнитного материала коэффициент ρ имеет свое значение.

2. Максимальная удельная магнитная энергия, развиваемая магнитом во внешнем пространстве.

наиболее экономичное использование материала магнита. На практике для удобства подсчетов максимума удельной энергии характеризуют произведением (BH)max

Рис. 1.37.

3. Коэффициент формы кривой размагничивания (коэффициент выпуклости). При данных Br и Hc произведения В·Н тем больше, чем больше площадь, ограниченная спинкой петли и осями координат. Мерой приближения петли к прямоугольной служит коэффициент формы кривой размагничивания

γ = (BH)max

Br HC

Отсюда следует, что чем больше γ, тем лучше материал (обычно γ =0,3÷0,7).

2.Основные положения общей теории электромеханического преобразования энергии.

1. Идеализация физических процессов на основе анализа физических свойств системы в результате этого анализа формируется система допущений, при которых реальное ЭМУС может быть описано системой дифференциальных уравнений. Идеализированная модель часто представляется

ввиде схем замещения магнитных, электрических и механических цепей.

2.Составление уравнений движения, описывающих поведение идеализированной модели.

47

3. Определение параметров идеализированных моделей ЭМУС и установление связи их характеристик с конструктивными и эксплутационными параметрами в установившихся и переходных режимах.

Степень идеализации физических процессов, т.е. вопрос о том учесть или не учесть то или иное явление (гистерезис, насыщение, вихревые токи и т.д.) определяется требованиями, предъявляемыми к точности математической модели.

Характер идеализации процессов, т.е. вопрос о том как учесть то или иное явление, определяется теми математическими методами, которые используются для математического описания и анализа системы. На последнем этапе при решении конкретной задачи можно провести дополнительную идеализацию процессов в устройствах, т.е. принять ряд допущений, позволяющих упростить исходную математическую модель.

Достоверность построенного математического описания подтверждается сопоставлением результатов расчета по математической модели с данными экспериментальных исследований ЭМУС.