9.1. Основні визначення
Як відомо з курсу фізики, навколо провідника зі струмом з'являється магнітне поле. Інтенсивність магнітного поля характеризується векторною величиною: напруженістю магнітного поля, яка вимірюється у амперах на метр (A / м). Інтенсивність магнітного поля характеризується також вектором магнітної індукції, вимірюваної в теслах (Тл). Напруженість магнітного поля не залежить, а магнітна індукція залежить від властивостей навколишнього середовища.
де μ0 - абсолютна магнітна проникність, Гн / м;
μ - відносне значення магнітної проникності, безрозмірна величина;
μ0 = 4π · 10 -7 Гн / м.
Залежно від величини відносної магнітної проникності, все речовини діляться на три групи.
До першої групи належать Діамагнетик: речовини, у яких μ 1.
До третьої групи відносяться ферромагнетики, речовини з μ >> 1.
До феромагнетика належать залізо, нікель, кобальт і багато сплави з неферомагнітних речовин.
Магнітної ланцюгом називається сукупність пристроїв, що містять феромагнітні речовини. Процеси в магнітних ланцюгах описуються за допомогою понять магніторушійної сили, магнітного потоку.
Магнітним потоком називається потік вектора магнітної індукції через поверхню S
Магнітний потік вимірюється в Вебера (Вб).
Джерелом магніторушійної сили є або постійний магніт, або електромагніт (котушка, обтічна струмом).
Магніторушійна сила електромагніта
де I - струм, що протікає в котушці;
W - число витків котушки.
У магнітних ланцюгах використовується властивість феромагнітного матеріалу тисячократно підсилювати магнітне поле котушки зі струмом за рахунок власної намагніченості.
9.2. Властивості феромагнітних матеріалів
Помістимо феромагнітний матеріал всередині котушки зі струмом. Перш за все, зі збільшенням напруженості намагнічує поле, магнітна індукція швидко зростає. Потім, через насичення матеріалу, при подальшому збільшенні напруженості магнітного поля магнітна індукція майже не змінюється. При зменшенні напруженості намагнічує поле крива розмагнічування не збігається з кривою намагнічування через явища гістерезису. Явище гістерезису полягає в тому, що зміна магнітної індукції запізнюється від зміни намагнічує поле. Крива залежності B (H), що виходить при циклічному перемагничивании ферромагнитного матеріалу, називається петлею гістерезису. Ця крива зображена на рис. 9.1. Чим більше площа петлі, тим більше втрати на перемагнічування, що нагрівають матеріал.
Значення магнітної індукції при напруженості намагнічує поле, що дорівнює нулю, називається залишковою магнітною індукцією Br. або залишкової намагніченістю.
Напруженість магнітного поля НС при В = 0 називається коерцитивної силою.
Феромагнітні матеріали з великим значенням коерцитивної сили () називаються магнітотверді. З цих матеріалів виготовляють постійні магніти.
Феромагнітні матеріали з малим значенням коерцитивної сили () називаються магнитомягкими. Ці матеріали використовують в магнитопроводах електричних машин і трансформаторів.
Таким чином, залежно B = f (H) у феромагнітних матеріалів нелінійні.
Ці залежності наводяться в довідниках в табличній формі або у вигляді кривих, які називаються кривими намагнічування.
9.3. Розрахунок магнітних кіл
Основним законом, що використовуються при розрахунках магнітних кіл, є закон повного струму.
Він формулюється так: лінійний інтеграл вектора напруженості магнітного поля по замкнутому контуру дорівнює алгебраїчній сумі струмів, які охоплюються цим контуром. Якщо контур інтегрування охоплює котушку з числом витків W, через яку протікає струм I, то алгебраїчна сума струмів, де F - магнитодвижущая сила.
Зазвичай контур інтегрування вибирають таким чином, щоб він збігався з силовою лінією магнітного поля, тоді векторний добуток у формулі (9.1) можна замінити твором скалярних величин H · dl. У практичних розрахунках інтеграл заміняють сумою і вибирають окремі ділянки магнітного ланцюга таким чином, щоб H1, H2. уздовж цих ділянок можна було вважати приблизно постійними. При цьому (9.1) переходить в
де l1. l2. -, ln - довжини ділянок магнітного кола;
H1 · l1. H2 · l2 - магнітні напруги ділянок ланцюга. Магнітним опором ділянки магнітного ланцюга називається відношення магнітної напруги розглянутого ділянки до магнітного потоку в цій ділянці
де S - площа поперечного перерізу ділянки магнітного ланцюга,
l - довжина ділянки.
Розглянемо розрахунок магнітного кола, зображеної на рис. 9.2.
Феромагнітний муздрамтеатр має однакову площу поперечного перерізу S.
lср - довжина середньої силової лінії магнітного поля в магнітопроводі;
δ - товщина повітряного зазору.
На муздрамтеатрі розміщена обмотка, по якій протікає струм I.
Мал. 9.2
Пряма задача розрахунку магнітного ланцюга полягає в тому, що заданий магнітний потік Ф і потрібно визначити магніторушійних силу F. Визначимо магнітну індукцію в муздрамтеатрі
За кривою намагнічування знайдемо значення напруженості магнітного поля H, відповідне величиною В.
Напруженість магнітного поля в повітряному зазорі
Магніторушійна сила обмотки
При зворотній задачі розрахунку магнітного кола по заданому значенню магніторушійної сили потрібно визначити магнітний потік. Розрахунок такого завдання виконується за допомогою магнітної характеристики ланцюга F = f (Ф).
Для побудови такої характеристики необхідно задатися кількома значеннями Ф і знайти відповідні значення F. За допомогою магнітної характеристики по заданій магніторушійної силі визначається магнітний потік.