Магнитные цепи

1. Основные физические явления, лежащие в основе принципа действия электромагнитных аппаратов.

2. Основные параметры магнитного поля.

3. Поведение веществ в магнитном поле.

4. Определение магнитной цепи и их классификации.

5. Основные законы, используемые при расчете магнитных цепей.

6. Расчёт магнитной цепи постоянного тока (решение прямой и обратной задачи.)

1. Основные физические явления, лежащие в основе принципа действия электромагнитных аппаратов.

В основу принципа действия современных электромагнитных аппаратов положено электромеханическое и индуктивное свойство магнитного поля

1. Электромеханическое свойство проявляет собой закон Ампера: на проводник с током в магнитном поле действует электромеханическая сила (сила Ампера). Этот закон положен в основу принципа действия постоянного линейного тока, различных измерительных устройств, контактов и так далее.

2. Индуктивное свойство: магнитное поле проявляет себя как закон электромагнитной индукции или закон Фарадея: переменный магнитный поток индуцирует в замкнутом контуре ЭДС. Используется в элект генераторы постоянного тока и переменного тока, трансформаторы, синхронные двигатели.

2. Основные параметры магнитного поля.

1. Магнитодвижущая сила (МДС) – сила, численно равная току, протекающему в проводнике, который создал магнитное поле. Если создан катушкой с числом витков N=W, то тогда F=WI

2. Напряжённость магнитного поля , она показывает, с какой силой и в каком напряжении действует магнитное поле в единичный заряд.

3. Индукция - показывает интенсивность магнитного поля в любой его точке.

Между напряжённостью и индукцией есть пропорциональная зависимость

- это абсолютная магнитная проницаемость среды, измеряемая Г/м

Однако очень часто в расчётах предпочитают иметь дело не с абсолютной, а с относительной магнитной проницаемостью среды , где - магнитная проницаемость воздуха и равна она 4π10^-7 Г/м

М агнитное поле удобно изображать в виде магнитных силовых линий (как на рисунке). Они показывают индукцию, то есть количество силовых линий, пронизывающих единицу площади, перпендикулярную этому полю.

Ф=BS

3. Поведение веществ в магнитном поле.

Физики все вещества делят на магнитном поле:

- диамагнетики µ<1

- парамагнетики µ>1, которые обладают свойством намагничивания.

- ферромагнетики µ>> 1=10⁵ (железо, кобальт, никель и их сплавы)

Главное свойство ферромагнетиков: в своём объёме иметь единичные магнитные вкрапления, которые называются доменами, которые распространяются в отношении своей ориентации.

При внесении в магнитное поле домены начинают ориентироваться относительно этого поля этот процесс поворота доменов называется намагничиванием вещества.

Закономерность: кривая намагничивания, которая является зависимостью В от Н.

Свойства ферромагнитных материалов принято характеризо­вать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Если перемагничивать образец в периодическом магнитном поле, то кривая имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 7.1). Участок 0а является кривой намагничивания, поскольку поле возникает при нулевом значении индукции. Точки б и д соответствуют остаточной индукции , а напряженность в точках в и е называют задерживающей, или коэрцитивной, силой .

При Н=0 индукция в магнитной цепи не равна нулю

Площадь петли намагничивания равна потери мощности на перемагничивание вещества. P_магн = Р_гист.

Для уменьшения потерь на гистерезисе в качестве материалов для магнитной цепи применяют ферромагнетики с узкой петлёй гистерезиса Э310, Э320, Э330.

Перемагничивание означает наличие переменного магнитного потока в магнитной цепи, а значит по закону Фарадея наводится ЭДС и создаёт вторичные, вихревые токи – Фуко.

Так как любой ток греет металл, то вихревые токи, греющие металл создают дополнительные магнитные потери на вихревом токе. Р_магн=Р_гист+Р_вт.

Для уменьшения потерь на вихревом токе:

1. делают присадку кремния к стали.

2. выполняют сердечник шихтованным, то есть набирают из тонких пластинок электротехнической стали, изолированным слоем окиси или лака.

Кривая намагничивания сугубо нелинейная, описывается громоздкой формулой и потому при расчётах используются экспериментально полученные кривые намагничивания, приводящиеся в справочниках для всех магнетиков.