Магнитные цепи. Основные положения.




 

Магнитное поле проявляет себя следующим образом:

1) В проводнике, который движется в постоянном магнитном поле, наводится ЭДС;

2) В неподвижном проводнике, который находится в переменном магнитном поле, наводится ЭДС;

3) На проводник, по которому течет ток и который находится в магнитном поле, действует механическая сила.

Параметры, характеризующие магнитное поле:

 

 

Магнитный поток F - характеризуется числом силовых линий, пронизывающих поверхность площадью S.

Магнитное поле принято изображать силовыми линиями, направленными от северного к южному полюсу магнита.

 

[F] = [ Вб] = [ В×с]. ,

 

где a - угол между нормалью к площадке и направлением силовых линий.

Индукция магнитного поля характеризует интенсивность магнитного поля в заданной точке пространства. Это векторная величина. Направление ее совпадает с касательной к силовой линии

[B] =[Вб/м2] = [Тл].

 

Если магнитное поле равномерное, то .

Поток вектора индукции магнитного поля через замкнутую поверхность равен нулю

 

.

 

Силовые линии всегда замкнуты. Это принцип непрерывности силовых линий.

Напряженность магнитного поля - это векторная величина, которая совпадает с направлением индукции и характеризует интенсивность магнитного поля в вакууме (при отсутствии магнитных веществ). [ ] = [А/м].

 

,

 

где ma – абсолютная магнитная проницаемость среды.

mr=ma/m0 – относительная магнитная проницаемость.

m0=4p×10-7 Гн/м – магнитная постоянная, равная абсолютной магнитной проницаемости в вакууме.

В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции:

Электромагнитной индукцией называется явление возбуждения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с ним. Индуктированная ЭДС равна скорости изменения потока, сцепленного с контуром:

.

 

Знак «минус» выражает правило Ленца:

 

Ток, создаваемый в замкнутом контуре индуцированной ЭДС, всегда имеет такое направление, что магнитный поток тока противодействует изменению магнитного потока внешнего поля, его вызвавшего.

Поскольку

 

, то

 

ЭДС, которая индуцируется в обмотке, равна сумме ЭДС каждого витка:

 

,

 

где w – число витков в обмотке.

 

,


где F1, F2, …, Fw – потоки, которые охватывают, соответственно, первый, второй и w витки обмотки.

 

 

- полный магнитный поток – потокосцепление обмотки.

Тогда для обмотки:

 

.

 

Если каждый виток обмотки охвачен одним и тем же потоком, тогда:

 

и .

 

Если магнитное поле создается током этой же обмотки, то такая индуцированная ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

 

 

Если магнитное поле создано током других контуров, то такая ЭДС называется ЭДС взаимоиндукции.

 


; .

 

Если проводник перемещается в постоянном магнитном поле, то индуцированная ЭДС равна:

 

,

 

где l – активная длина проводника;

V – скорость перемещения проводника;

B – индукция магнитного поля;

a - угол между направлением силовых линий и направлением перемещения проводника.

 

 

По правилу правой руки (большой палец – направление перемещения).

 

 


Если проводник с током I находится в магнитном поле с индукцией B, то на проводник действует сила:

 

 

- закон Ампера,

где a - угол между направлением силовых линий и направлением проводника.

По правилу левой руки (большой палец - сила):

В электротехнике все материалы делятся на немагнитные и магнитные. У немагнитных материалов (пара- и диамагнетики) относительная магнитная проницаемость mr»1: медь, алюминий, изоляторы, воздух, вода и др.

Магнитные материалы (ферромагнетики) имеют mr>>1: железо, никель, кобальт, сплавы – сталь, чугун и др.

Особенностью ферромагнитных материалов является то, что относительная магнитная проницаемость mr¹Const, а зависит от интенсивности магнитного поля.

 

 

Для ферромагнетиков зависимости B(H), m(H) нелинейны.

B(H) - кривая намагничивания.

 


B0=m0H.

 

При циклическом перемагничивании образуется петля гистерезиса:

Br – остаточная магнитная индукция;

Hc – коэрцитивная сила.

 

 

Ферромагнетики делятся на магнитомягкие (Hc< 4 кА/м) и магнитотвердые. У магнитомягких материалов петля гистерезиса узкая (используются для сердечников электротехнического оборудования). Площадь петли гистерезиса характеризует потери на гистерезис.

Магнитотвердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса (используются для постоянных магнитов, систем носителей информации – компьютерные диски).

Закон полного тока устанавливает связь между напряженностью магнитного поля и током, которым это поле создано.

«Линейный интеграл от вектора напряженности магнитного поля вдоль любого замкнутого контура равен полному току, охватывающему данный контур».

 


.

 

Полный ток – это алгебраическая сумма токов.

В пространстве вокруг этих проводников с током образуется магнитное поле. В соответствии с законом полного тока:

 

.

 

Токи, которые при выбранном направлении обхода совпадают с направлением правоходового винта, считаются положительными.

Для многовитковой обмотки:

 

 

Контур интегрирования охвачен током w раз:

 

 

Величина - называется намагничивающей или магнитодвижущей силой.

При практических расчетах контур интегрирования можно разбить на ряд участков с таким расчетом, чтобы напряженность магнитного поля на протяжении участка оставалась неизменной и ее направление совпадало с направлением dl. В этом случае интеграл меняется на сумму:

 


и

.

 

Магнитная цепь – это совокупность намагничивающих сил, ферромагнитных участков и других сред, по которым замыкается магнитный поток.

Магнитные цепи могут быть: простыми и сложными (один или несколько МДС); однородными и неоднородными (напряженность магнитного поля постоянна или непостоянна); разветвленными и неразветвленными (поток разветвляется или нет) и др.

Рассмотрим простую неразветвленную магнитную цепь с постоянной МДС.

 

 

lст – длина силовой линии на протяжении всего участка в стали;

l0 – длина воздушного зазора.

Для данной магнитной цепи запишем:

 

.

Но поэтому . Отсюда

Тогда запишем:

 

и

 

- закон Ома для магнитной цепи.

 

 

- магнитное сопротивление стального участка (сравнить с );

 

 

- магнитное сопротивление воздушного зазора.

Так как mст>>m0, то << .

Поэтому в магнитную цепь вводят ферромагнитный материал (сердечник с малым магнитным сопротивление), что позволяет при одной и той же намагничивающей силе получать большой магнитный поток.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: