Характеристика магнитных цепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

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.)

I. 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.

II. 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 4р10-7 Г/м

Магнитное 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

III. 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. Pмагн = Ргист.

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. Рмагн=Ргист+Рвт.

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.

IV. Определение магнитных цепей и их классификация.

Магнитная цепь - объём из ферромагнитного материала, предназначенный для распределения магнитного потока и содержащий кроме того источник МДС в качестве источника МДС могут использоваться постоянные магниты или электромагниты постоянного или переменного тока.

Классификация магнитных цепей.

По типу МДС

- магнитные цепи с постоянной МДС

- магнитные цепи с переменной МДС

По параметрам

- однородные мц, у которых на всей длине магнитные цепи сечение, материал и индукция одинаковой по всей длине мц

- неоднородные мц

По количеству источников МДС

- простые

- сложные

По виду:

- разветвлённые мц

- неразветвлённые

По наличию воздушных зазоров.

- замкнутые

-разомкнутые

IV. Основные законы, используемые при расчёте магнитных цепей.

1. Закон полного тока:

Линейный интеграл по замкнутому контуру магнитной силовой линии от падения магнитного (Hili) = полному току, охватываемому этой силовой линией.

I1-I2+I3=Iполн

В технических расчётах применяют приближённое значение.

Где сумма произведений напряжённого магнитного поля на длину участка магнитной цепи равна магнитодвижущей силе или полному току.

2. Первый закон Кирхгофа для магнитной цепи.

Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитной цепи равна нулю.

Ф1 - Ф2 - Ф3=0

3. Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи.

Алгебраическая сумма МДС равна алгебраической сумме падений напряжений на участках замкнутого магнитного контура.

4. Закон Ома для магнитной цепи.

Аналогия:

Электрические цепи Магнитные цепи

I Ф

E F

R Rмагн

Ток - направленное движение распределение магнитных волн

Электронов

,

где для однородной магнитной цепи

lм - длина магнитной линии

µ - относительная магнитная проницаемость

Происходит «выпучивание» магнитных силовых линий Из-за выпучивания магнитного потока площадь сечения воздуха не равна площади сечения сердечника. физический электромагнитный поле закон

V. Расчёт магнитной цепи постоянного тока. Решение прямой задачи.

Исходные данные:

Заданы длины l01, l12, l23, l34, l45 - длины магнитных участков цепи.

Задан материал сердечника, а следовательно задана магнитная проницаемость среды и кривая намагничивания.

Заданы размеры сечения сердечника Sм учитывая наше допущение Sм=SВ. F=WI, то есть необходимо найти ток, протекающий по катушке.

1. По 2-му закону Кирхгофа запишем

2. Определяем напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре

3. Определяем индукцию ВВ в воздушном зазоре и в магнитной цепи

4. Напряжённость стали определяем по кривой намагничивания

5. Найдём F, а затем

Обратной задачи

Задан ток, а надо найти магнитный поток. Исходные данные те же самые,что и в прямой задачи.

Задача решается графоаналитическим способом, то есть путём построения Вебер-Амперной характеристики, то есть зависимость Ф от I.

1. Задаёмся произвольно каким-то Ф' и решаем прямую задачу и так далее.

2. Строим график по точкам.

3. По заданному Fзад определяем искомую величину магнитного потока.

Размещено на Allbest.ru