3.3 Магнитные цепи

Магнитные цепи необходимы для формирования рабочего магнитного потока в электрических машинах, трансформаторах, приборах. Магнитной цепью называют часть электромагнитного устройства, содержащая ферромагнитные материалы, где при наличии намагничивающейся силы возникает и вдоль которой замыкается магнитный поток. Магнитные цепи могут быть неразветвлёнными и разветвлёнными.

При расчёте и конструировании магнитных цепей определяют их форму, размеры, материалы, расположение обмоток с токами, постоянных магнитов.

Если конструкция магнитной цепи известна, то без учёта потоков рассеяния возможно решение прямой задачи (1) и обратной задачи (2) расчёта магнитной цепи:

1. Задана определяют по кривой намагничивания В = f(Н) материала сердечника намагничивающая сила IN=Hl, где l – длина магнитопровода по средней линии без учёта закруглений.

2. Задана напряжённость магнитного поля определяют В по кривой намагничивания расчёт магнитного потока Ф=BS.

Далее для значений В и Н можно подсчитать статическую магнитную проницаемость данного материала сердечника , отсюда

;

Если обозначить , где R_{m –} магнитное сопротивление, то

- намагничивающаяся сила.

3.4 Электромагнитные силы, энергия магнитного поля

В технике широко применяются устройства, которые используют явление силового действия магнитного поля (электродвигатели, реле, тяговые и подъёмные электромагниты, электроизмерительные приборы). На проводник с током I в равномерном магнитном поле с магнитной индукцией В действует электромагнитная сила

Fм =B*I*l,

где l – длина той части проводника, которая находится в магнитном поле.

Если проводник расположен так, что между направлением магнитной индукции и направлением тока угол α ≠ 90⁰, то Fм =B*I*l*sin α.

Рисунок 3.3 – Схема взаимодействия контура с током и внешнего

магнитного поля

Правило левой руки: если расположить левую ладонь так, чтобы вытянутые пальцы указывали направление тока, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Магнитный поток, сцепляющийся с контуром равен Ф = ВS = Bldsinα (S=ldsinα - проекция на плоскость перпендикулярную линиям магнитной индукции).

Работа электромагнитных сил изменяется одновременно с изменением магнитного потока, сцепляющегося с контуром, и равна

.

Если проводящий контур содержит не один, а N витков, то

.

Соотношение для энергии магнитного поля можно получить несколько иначе:

Тяговое усилие электромагнита равно

, S – площадь сечения полюса.

Сила, действующая на параллельные провода с током, равна

, где a – расстояние между осями проводов.

5. Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что в проводящем контуре возбуждается электродвижущая сила, если магнитный поток, сцепляющийся с контуром, изменяется. На основе этого явления проектируются и работают устройства для взаимного преобразования механической и электрической энергии (электрические генераторы и двигатели), передачи и распределения электрической энергии (трансформаторы), передачи и приёма информации (радиоустройства). Явление электромагнитной индукции открыл в 1831 году английский физик М.Фарадей.

Закон электромагнитной индукции: Электродвижущая сила, индуктируемая в проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока, сцепляющегося с этим контуром.

для катушки с N витками

В общем случае, когда витки катушки сцеплены с разными потоками, общая ЭДС определяется алгебраической суммой ЭДС отдельных витков или скоростью изменения общего потокосцепления катушки .

Знак минус показывает, что ЭДС, возбуждаемая при изменении магнитного потокосцепления, направлена всегда так, что своим действием препятствует этому изменению.