§ 5.6. Краткая теория и примеры

МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Магнитная цепь – часть электротехнического устройства, предназначенного для создания в определенном месте пространства магнитного поля требуемой интенсивности и направленности. Магнитные цепи составляют основу практически всех электротехнических устройств и многих измерительных приборов.

В составе магнитной цепи имеются элементы, возбуждающие магнитное поле (одна или несколько намагничивающих обмоток или постоянные магниты) и магнитопровод (сердечник), выполненный в основном из ферромагнитных материалов. Использование ферромагнетиков обусловлено их способностью многократно усиливать внешнее магнитное поле, создаваемое намагничивающими обмотками или постоянными магнитами. Ферромагнетики отличает высокая магнитная проницаемость по сравнению с окружающей средой, что дает возможность концентрировать и направлять магнитные поля.

Магнитными цепями с постоянной магнитодвижущей силой (МДС) называются цепи, в которых магнитное поле возбуждается постоянными токами намагничивающих обмоток или постоянными магнитами.

При анализе и расчете магнитных цепей пользуются следующими величинами, характеризующими магнитное поле, приведенными в таблице 5.7.

Векторные величины, характеризующие магнитное поле

Таблица 5.7

Наименование	Обозна-чение	Единицы измерения	Определение
Вектор магнитной индукции		Тл (Тесла)	Векторная величина, характеризующая интенсивность и направленность магнитного поля в данной точке пространства.
Вектор намагниченности		А/м	Магнитный момент единицы объема вещества.
Вектор напряженности магнитного поля		А/м	, где Гн/м – магнитная постоянная.

Основные скалярные величины, используемые при расчете магнитных цепей приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8.

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Определение
Магнитный поток		Вб (Вебер)	Поток вектора магнитной индукции через поперечное сечение магнитопровода .
Магнитодвижущая сила (МДС)		А	, где - ток в обмотке, - число витков обмотки.
Магнитное напряжение		А	, где и- граничные точки участка магнитной цепи, для которого определяется.

Свойства ферромагнитных материалов

При решение электротехнических задач все вещества в магнитном отношении делятся на две группы:

ферромагнитные (относительная магнитная проницаемость );

неферромагнитные (относительная магнитная проницаемость ).

К ферромагнитным веществам относятся четыре химических элемента: железо, кобальт, никель гадолиний, а также большое число различных сплавов и химических соединений.

Отличительное свойство ферромагнетиков – очень большая магнитная проницаемость . Кроме того, ферромагнетики обладают уникальной способностью сохранять намагниченное состояние и после того, как намагничивающее поле выключено. Поэтому из ферромагнитных веществ можно изготавливать постоянные магниты.

Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля. Различают два основных типа этих зависимостей: кривые намагничивания и гистерезисные петли.

Кривые намагничивания – это однозначные зависимости между и.

При периодическом изменения напряженности магнитного поля зависимость между иприобретает петлевой характер (рис.5.3).

Рис.5.3. Статическая петля гистерезиса.

Если начальное магнитное состояние материала сердечника характеризуется значениями ,, то при плавном нарастании тока в обмотке получим нелинейную зависимость, которая называется кривой первоначального намагничивания (рис.5.3 штриховая линия). Начиная с некоторых значений напряженностимагнитного поля индукцияв магнитопроводе практически перестает увеличиваться и остается равной. Эта область зависимостиназывается областью технического насыщения.

Если, достигнув насыщения, начать плавно уменьшать постоянный ток в обмотке, т.е. уменьшать напряженность поля, то индукция также начнет уменьшаться. Однако зависимость уже не совпадет с кривой первоначального намагничивания (рис.5.3). При значительных отрицательных значениях напряженности магнитного поля снова наступит техническое насыщение ферромагнитного материала. Если теперь увеличивать ток прямого направления до насыщения, то будет получена замкнутая кривая, которая называется предельной статической петлей гистерезиса ферромагнитного материала.

Предельный статический цикл гистерезиса ферромагнитных материалов характеризуется следующими параметрами: - коэрцитивной силой,- остаточной индукцией (рис.5.3).

По значению параметра предельного статического цикла гистерезиса ферромагнитные материалы делятся на две группы:

магнитные материалы с малыми значениями коэрцитивной силы А/м называются магнито-мягкими;

магнитные материалы с большими значениями коэрцитивной силы кА/м называются магнито-твердыми.

На циклическое перемагничивание магнитопровода затрачивается мощность, выделяемая в нем в виде теплоты, которая называется мощностью потерь в магнитопроводе. Потери мощности в магнитопроводе (в стали) Р_СТвключает в себя потери на гистерезиси потери от вихревых токов, наводимых переменным магнитным потоком в металле магнитопродвода

Р_СТ=Р_Г+Р_ВР.