3.7 Основные понятия магнитной цепи

Из курса физики известно, что вокруг проводника, по которому протекает ток, создается магнитное поле, перпендикулярной плоскости проводника. Направление тока в проводнике и направление линий магнитного поля определяют по «правилу буравчика». Внесенное в магнитное поло тело всегда пронизывается магнитными линиями, на расположение которых большинство тел не влияет. Исключение составляют железо и его сплавы, а также никель и кобальт, которые выделены в группу ферромагнитных материалов.

Магнитная цепь (магнитопровод) – путь, состоящий из различных ферромагнитных и неферромагнитных частей электротехнических устройств, по которому замыкается магнитный поток. В зависимости от принципа действия электротехнического устройства магнитное поле может возбуждаться постоянным магнитом или катушкой с током. Магнитные цепи можно разделить на неразветвленные (магнитный поток в любом сечении цепи одинаков) и разветвленные (магнитные потоки в отдельных сечениях цепи различны). Разветвленные магнитные цепи могут быть сложной конфигурации (в электрических двигателях, генераторах). В большинстве случаев магнитная цепь считается нелинейной. Магнитную цепь большинства электротехнических устройств можно представить состоящей из участков, в пределах которых магнитно поле однородное, т. е. с постоянной напряженностью магнитного поля Н_k вдоль средней линии участка длиной l_k .

Если магнитное поле возбуждается катушкой с током I, у которой w витков, то согласно закону полного тока, МДС равна сумме произведений напряженностей магнитного поля на длины соответствующих участков для контура магнитной цепи:

,

(3.5)

где F – магнитодвижущая сила (МДС), [А].

Произведение называют также магнитным напряжением участка магнитной цепи.

Магнитное состояние любой точки изотропной среды определяется векторами напряженности магнитного поля Н и магнитной индукции В, которые совпадают друг с другом по направлению. Единица напряженности магнитного поля Н [А/м]. Единица магнитной индукции В [тесла (Тл) : 1Тл = 1 Вб/м² = 1 В· с/м²] . Это индукция такого однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через поверхность площадью 1 м², перпендикулярную направлению магнитных линий поля, равен одному Ф [веберу (Вб)]. В вакууме индукция и напряженность магнитного поля связаны соотношением: В =μ₀Н, где μ₀ =4π 10^-7 Гн/м – магнитная постоянная. Для ферромагнитных материалов зависимость нелинейная.

При расчете напряженности и индукции магнитного поля в тонкостенном тороиде принимают, что все магнитные линии имеют одинаковую длину, равную длине средней линии 2π r, и напряженность определяется законом полного тока:

(3.6)

Каждому значению напряженности Н магнитного поля в тонкостенном тороиде соответствуют определенная намагниченность ферромагнитного материала и значение магнитной индукции В.