§19. Магнитная цепь

Для того чтобы сосредоточить магнитное поле в определен­ной части электрической машины, аппарата или прибора и умень­шить мощность, потребляемую катушкой электромагнита, создаю-

64

щего это поле, в конструкции этих устройств широко применяют различные элементы из ферромагнитных материалов. Совокупность таких элементов с разделяющими их воздушными зазорами со­ставляет магнитопровод, или магнитную цепь, электрической ма­шины, аппарата или прибора. Например, магнитная цепь электро­магнитного реле (рис. 46, а) состоит из трех участков: сердеч­ника 2, якоря 4 и двух воздушных зазоров 6. По замкнутому контуру, образованному этими участками, проходит магнитный поток 3, создаваемый током катушки /. При переходе через воздуш­ные зазоры, разделяющие сердечник и якорь, часть магнитного потока замыкается по воздуху, т. е. не проходит через якорь,— возникает поток рассеяния 5.

Магнитное поле в магнитной цепи электрической машины по­стоянного тока создается током катушек 7 (рис. 46, б), располо­женных на полюсах 8. Эти катушки называют обмотками возбуж­дения. Создаваемый ими магнитный поток проходит через сердечни­ки полюсов, вращающуюся часть машины — якорь 9, воздушные зазоры // между полюсами и якорем и замыкается через остов 10.

Магнитодвижущая сила. Способность тока возбуждать магнит­ное поле оценивается его магнитодвижущей силой (м. д. с). Маг­нитодвижущая сила Р изменяется в амперах. Магнитодвижущая сила проводника с током I равна силе этого тока: Р — 1.

В общем случае, когда какой-либо замкнутый контур охваты­вает несколько токов (показан на рис. 47, а штриховой линией), суммарная магнитодвижущая сила равна их алгебраической сумме: Для случая

Магнитодвижущая сила катушки представляет произ­ведение тока / на число ее витков до. Это объясняется тем, что

Закон Ома для магнитной цепи. Для лучшего понимания усло­вий возникновения магнитного поля в магнитных цепях целесооб­разно провести аналогию между магнитной цепью и цепью электри­ческой. Это можно сделать, например, для простейшей магнитной цепи, на всем протяжении которой напряженность Н магнитного поля постоянна. Для такой цепи произведение напряженности Н на длину I магнитной цепи по всему ее замкнутому контуру равно алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром: Формула (46) выражает закон полного тока для рассматривае­мой магнитной цепи. Сумма токов ][/, пронизывающих какой-либо замкнутый контур, называется полным током: отсюда и получил свое название этот закон.

Если в формулу (46) подставим напряженность Н из формулы (43), заменив индукцию В согласно формуле (41), то получим за­висимость магнитного потока Ф от магнитодвижущей силы Р и пара­метров данной магнитной цепи, т. е. от ее магнитного сопротивления /?_м. Эта зависимость называется законом Ома для магнитной цепи. Он формулируется следующим образом. Магнитный поток, проходящий по магнитной цепи, равен магнитодвижущей силе, де­ленной на магнитное сопротивление цепи, Магнитное сопротивление /?_ч = //(ц_а5) зависит от длины / маг­нитной цепи, поперечного сечения 5 и магнитной проницаемости и_я. Из формулы (47) следует, что действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы. Подобно тому как э. д. с. является причиной возникновения тока в электри­ческой цепи, так и м. д. с. является причиной возникновения маг­нитного потока в магнитной цепи. Чем больше магнитодвижу­щая сила Р, создаваемая катушкой электромагнита, тем больший магнитный поток проходит по его магнитной цепи.

Магнитное сопротивление /?_м играет в магнитной цепи роль, аналогичную электрическому сопротивлению цепи. Так же как в элек­трической цепи с увеличением сопротивления уменьшается ток, так и в магнитной цепи с увеличением магнитного сопротивления уменьшается магнитный поток. Следует, однако, отметить, что эта аналогия не распространяется на физические процессы, имеющие место в электрических и магнитных цепях. Кроме того, магнитное сопротивление /?„ является нелинейным. Оно зависит от магнитной проницаемости ц_а, которая изменяется при изменении индукции, т. е. магнитного потока, проходящего через данный участок цепи. Поэтому при расчетах магнитных цепей пользуются кривыми намагничивания, т. е. зависимостями напряженности Н от индукции В для соответствующего ферромагнитного материала.

Формулы (47) и (47') показываю/г, что возрастание магнитного потока в какой-либо электрической машине или аппарате можно обеспечить: увеличением магнитодвижущей силы Р катушки, создаю­щей магнитное поле в данной машине или аппарате, т. е. увеличе­нием проходящего по ней тока. / или числа витков ш катушки; уменьшением магнитного сопротивления магнитной цепи данной машины или аппарата путем применения ферромагнитных материа­лов с большей магнитной проницаемостью д._а; уменьшением воз­душных зазоров, разделяющих отдельные участки магнитной цепи, выполненные из ферромагнитных материалов (воздушные зазоры, имеющиеся в магнитной цепи, создают весьма большое магнитное сопротивление); увеличением площади поперечного сечения 5 от­дельных участков магнитной цепи или же уменьшением общей длины магнитной цепи и ее отдельных участков.

Все эти меры широко используют при конструировании электри­ческих машин и аппаратов. Магнитопроводы стараются выполнить из высококачественных ферромагнитных материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью (электротехнической стали или специальных сплавов), воздушные зазоры свести до минималь­ных значений.