11. Действие магнитного поля на проводник с током. Принцип действия простейшего двигателя. Взаимодействие двух параллельных проводов с током.

Сила Ампера – сила, действующая на проводник тока, находящийся в магнитном поле и равная произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

Здесь F – сила Ампера, I – сила тока в проводнике, B – модуль вектора индукции магнитного поля,

l – длина участка проводника, на который воздействует магнитное поле, α– угол между вектором индукции магнитного поля и направления тока

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

Если направления токов одинаковы, то параллельные проводники притягиваются, если же направления токов противоположны — отталкиваются.

12. Простейшие магнитные цепи и их назначение в электрических устройствах. Зависимость магнитного потока, намагничивающей силы и магнитного сопротивления.

Магнитной цепью электрического аппарата называется совокупность его элементов, через которые замыкается магнитный поток. Магнитный поток в аппаратах создается главным образом обмотками, обтекаемыми током, значительно реже применяются постоянные магниты.

Магнитная система, т. е. сочетание элементов аппарата, создающих магнитное поле, состоит из двух основных частей:

1) сердечника электромагнита, представляющего собой неподвижную часть электропровода, на которой установлена обмотка;

2) подвижной части системы, называемой якорем электромагнита.

При подключении катушки электромагнита к источнику питания часть электроэнергии, получаемой катушкой, превращается в тепловую вследствие потерь энергии в сопротивлении проводников обмотки, а остальная энергия расходуется на создание магнитного поля.

Магнитный поток, проходящий через якорь, создает электромагнитное усилие, вызывающее притяжение якоря к сердечнику. Таким образом, часть магнитной энергии, сообщаемая катушке электромагнита, превращается при движении якоря в механическую энергию.

Выражение для закона Ома для такой цепи можно представить в виде

,

где R_м= - магнитное сопротивление участка магнитопровода,

-магнитное сопротивление воздушного зазора .

13. Однородная и неоднородная магнитная цепь. Алгоритм расчета прямой и обратной задачи.

Магнитная цепь, которая выполнена из одного материала и по всей длине имеет одинаковое сечение, называется однородной.

Неоднородная магнитная цепь состоит из нескольких участков, отличающихся в общем случае длиной, поперечным сечением и материалом. Чаще всего встречаются магнитные цепи, у которых кроме участков из ферромагнитных материалов имеются воздушные зазоры.

Расчет магнитных цепей

Для расчета магнитных цепей можно воспользоваться зако­ном полного тока. При этом решается одна из двух задач.

1. Прямая задача, в которой по заданному магнитному потоку Ф в магнитной цепи определяют намагничивающую силу IW.

2. Обратная задача, в которой по заданной намагничивающей силе IW определяют магнитный поток Ф.

Для однородной магнитной цепи прямая задача реша­ется в следующей последовательности:

а) по заданному магнитному потоку и габаритам цепи определяют магнитную индукцию;

б) по кривой намагничивания материала сердечника определя­ют напряженность Н по вычисленной индукции В;

в) по закону полного тока определяют намагничивающую силу IW=Hl,  где S — сечение магнитопровода; l — длина средней линии магнитопровода.

Обратная задача для однородной цепи решается в об­ратной последовательности, т. е.:

а) по закону полного тока определяют напряженность поля магнитной цепи ;

б) по кривой намагничивания материала сердечника определя­ют магнитную индукцию В по вычисленному значению напря­женности Н;

в) определяют магнитный поток цепи Ф = BS.

Для неоднородной неразветвленной магнитной цепи прямая задача решается в следующей последо­вательности:

а) по заданному магнитному потоку Ф, который для всех участков неразветвленной цепи имеет одинаковое значение, опре­деляют магнитную индукцию В каждого однородного участка

; ;

где S — площадь сечения участка. Для прямоугольного сечения S=aв; для круглого сечения  

Если задана магнитная индукция какого-либо участка B_yч, то находят магнитный поток этого участка Ф_уч=B_учS_уч, который для всех участков неразветвленной цепи имеет одинаковое значение. Затем определяют магнитную индукцию остальных участков, как показано выше;

б) по кривым намагничивания материалов определяют напряженности ферромагнитных участков H₁ и Н₂. Напряженность в воздушном зазоре вычисляют по выра­жению ;

в) определив длину средней линии каждого участка, по закону полного тока (второй закон Кирхгофа для магнитной цепи), вычисляют намагничивающую силу рассчитываемой магнитной цепи, или ток I, или витки W.

Из лекции:

Прямая

Ф -> В -> H -> I*W

Обратная

I*W -> H ->B->Ф