Магнитные цепи

направление от северного полюса N к южному S
Силовые линии выходят из северного, или положительного полюса, а входят в южный полюс

магнитного поля замкнутые, в отличие от силовых линий электрического поля

общим центром, который находится в центре проводника с током

правого винта: если буравчик вворачивать так, чтобы жало двигалось в направлении тока, то вращающаяся ручка при этом укажет направление силовых линий магнитного поля

Основные величины, характеризующие магнитное поле

Вектор магнитной индукции

характеризует силу и направление магнитного поля в любой его точке
направлен по касательной к силовой линии

μ0Н

Магнитный поток

Магнитным потоком Ф сквозь поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции В, проходящих через поверхность S

Напряженность магнитного поля

в пределах которой все атомы выстроены параллельно своими магнитными моментами
Размеры доменов порядка 0,01 мм

в магнитопроводе из данного ферромагнитного материала при воздействии конкретной напряженности поля

Магнитомягкие материалы: чистое железо, электротехнические конструкционные стали, пермаллои
коэрцитивная сила мала НК < 0,05 А/м, основная кривая намагничивания круто поднимается вверх, петля гистерезиса узкая и площадь ее небольшая
Магнитотвердые материалы: мартенситные стали (стали с высоким содержанием хрома и углерода), сплавы железа, никеля, алюминия кобальта
большая коэрцитивная сила НК > 30000 А/м, широкая петля гистерезиса с большой площадью
сохраняют намагниченность и после снятия намагничивающего поля

− клеммы источника
Для усиления магнитного поля и сосредоточения магнитных линий в определенной части пространства электрические машины и аппараты выполняют таким образом, чтобы магнитный поток проходил главным образом через ферромагнитные материалы

Устройство электромагнита

Магнитная цепь, или магнитопровод – это совокупность различных ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух) частей электротехнического устройства для создания магнитных полей нужной конфигурации и интенсивности
Примеры магнитных цепей: сердечники трансформаторов, магнитных усилителей, электрических машин

тока): питание обмоток таких цепей осуществляется постоянным током
2. Магнитные цепи с переменной МДС (магнитные цепи переменного тока): питание обмоток таких цепей осуществляется переменным током
3. Магнитные цепи с постоянной и переменной МДС (магнитные цепи постоянного и переменного тока): питание части обмоток осуществляется постоянным током, остальных переменным током
4. Магнитные цепи с постоянными магнитами. К таким цепям относятся устройства, в которых для получения магнитного потока используют постоянные магниты

Классификация магнитных цепей

По конфигурации:
1. Неразветвленные – это магнитная цепь, во всех сечениях которой магнитный поток одинаков
2. Разветвленные – магнитные потоки на разных участках неодинаковы

разветвления общего магнитного потока одинаковы для каждой ветви, то есть одинаковы материал и геометрические размеры магнитопровода
– несимметричные
– однородные: условия для прохождения магнитного потока вдоль неразветвленного участка цепи не изменяются, то есть сечение и материал остаются постоянными
– неоднородные

для магнитной цепи

Магнитное напряжение – величина, равная произведению напряженности магнитного поля на длину участка магнитной цепи

Uм = Нl

закон Ома справедлив только для линейных участков магнитной цепи

H1l1

ABCD:

F = H(l1 + 2l2) + H1l1

I1w1 + I2w2 +…+ Inwn = H1l1 + H2l2+…+ Hmlm

состоит из w последовательно соединенных витков и представляет собой катушку:

если отдельные группы витков катушки пронизываются различными магнитными потоками, то общее потокосцепление

при отсутствии ферромагнитных материалов потокосцепление пропорционально протекающему по цепи току i

Ψ = Li

электрокинетическую энергию)

При увеличении тока

энергия поступает в магнитное поле – катушка является приемником электрической энергии

магнитное поле катушки отдает запасенную в ней энергию

При убывании тока

то проводник «втягивается» в магнит.
При изменении направления тока проводник «выбрасывается» из магнита

Fэм = ВIl∙sinα

Закон Ампера
(закон электромагнитных сил Ампера)

Направление силы Fэм определяется с помощью правила левой руки:
если расположить левую руку таким образом, что магнитные линии входят в ладонь, четыре пальца совпадают с направлением тока, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы, действующей на проводник

механические силы взаимодействия
Со стороны каждого из них на соседний будет действовать сила Ампера

I1, I2 – сила тока, А
l, a – длина и расстояние между проводниками
k – коэффициент, k = 2∙10–7

Направление токов совпадает − проводники притягиваются
Направления токов противоположны − проводники отталкиваются

на переменном токе
Она состоит из обмотки, выполненной из медного или алюминиевого провода и ферромагнитного сердечника (магнитопровода)
Форма катушки может быть различной

(магнитопроводу), другая часть – меньшая – замыкается по воздуху и
Фр − поток рассеяния, замыкается по воздуху и частично по сердечнику

Рэл=I2R − электрические потери (потери в обмотке)
Рм=Рг+Рв − магнитные потери (потери в сердечнике)

катушки

Хр =

– индуктивное сопротивление рассеяния

G0 =

− активная проводимость, отражающая преобразование энергии на нагрев сердечника (магнитные потери)

В0 =

– индуктивная проводимость, отражающая преобразование энергии на создание основного магнитного поля

Iа, Iμ – соответственно активная и реактивная составляющие тока катушки

Уравнение электрического равновесия катушки с ферромагнитным сердечником

преобразование энергии на нагрев сердечника

R0 =

Х0 – индуктивное сопротивление, отражающее преобразование энергии на создание основного магнитного поля

Уравнение электрического равновесия катушки с ферромагнитным сердечником

от магнитного потока рассеяния
Е = 4,44fwФрm

Уравнения трансформаторной э.д.с.

Ф = Фm∙sinωt