Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Применение сердечника.
|
|
Магнитные цепи
Источники и приемники эл. энергии – это сложные электромагнитные устройства. Их работа основана на использовании магнитного поля.
М.П. образуется вокруг любого проводника, если по нему протекает ток.
М. П. и Эл. поле неразрывны и образуют эл.магн. поле.
Величины, характеризующие магнитное поле - В, Ф, µ и Н.
Способы усиления магнитного поля:
1.Чем > ток, тем >, возникающее вокруг него, М.П.
Чем больше число витков, тем сильнее поле, создаваемое катушкой.
Применение сердечника.
Магнитная цепь – часть электротехнического устройства, предназначенная для создания в его рабочем объёме магнитного поля заданной интенсивности и конфигурации. Состоит из элементов, возбуждающих магнитное поле (катушки и обмотки, по которым протекает ток) и магнитопровода, который содержит ряд тел и сред, образующих замкнутые пути для основной части магнитных линий поля. Магнитопровод усиливает магнитное поле и придаёт ему необходимую конфигурацию в рабочих объёмах электромагнитных устройств.
Рис.1 Рис.2 Рис.3
На рис.1 и 2 приведены неразветвлённые однородные (с неизменными значениями S и свойствами магнитопровода (μ) по всему замкнутому пути магнитного потока Ф) магнитные цепи с тороидальным (рис.1) и с прямоугольным магнитопроводами (рис.2). На рис.3 – неразветвлённая неоднородная магнитная цепь с различными свойствами магнитопровода на участках длиной l (из ферромагнитного материала с μ > > 1)и длиной δ (воздушный зазор с μ =1).
В однородной магнитной цепи током I, протекающим по катушкам с числом витков w, возбуждается магнитное поле напряжённостью
H = I w / l, А/м. (1)
Полный ток, создающий магнитное поле, I w называется магнитодвижущей силой (МДС). В неоднородной магнитной цепи напряжённость магнитного поля будет разной на разных участках, и МДС будет распределяться между участками. Для магнитной цепи (рис.3)
I w= Hст l + Hв δ. (2)
Это выражение является частным случаем закона полного тока. Величины Hст l и Hв δ называют магнитным напряжением F1 и F2.
В общем случае связь между электрическим током и напряженностью магнитного поля устанавливается законом полного тока и записывается в виде
Интенсивность и направление магнитного поля в каждой точке характеризуется вектором магнитной индукции B. Магнитная индукция B и напряжённость поля H связанысоотношением
B= μ μ 0*H, Т, (3)
где μ 0 =4π *10 -7=1.256*10 -6, Гн/м - магнитная постоянная, характеризует связь между B и H в вакууме: B0= μ 0*H; μ =B/B0 – относительнаямагнитная проницаемость материала магнитопровода (безразмерная величина), характеризует способность материала магнитопровода усиливать интенсивность магнитного поля по сравнению с вакуумом при неизменной напряжённости поля H. Для воздуха μ = 1, для ферро-магнитных материалов μ > > 1. Величина μ μ 0= μ а, Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость материала магнитопровода.
Магнитный поток Ф, Вб – интегральная характеристика интенсивности магнитного поля. Связь магнитного потока с индукцией магнитного поля записывается в виде
Для однородного магнитного поля Ф=B* S=S μ μ 0 I w / l = I w/(l/ μ μ 0 S) (4)
Величина l/μ μ 0S=Iw/Ф= Rм, 1/Гн называется магнитным сопротивлением магнито-провода, а выражения (4) и (5) – законом Ома для магнитной цепи:
Ф= I w/R м (5)
Если при неизменном потоке Ф площадь поперечного сечения S1 < S2, то для магнитных индукций B1 и B2 выполняется соотношение B1 > B2 (рис.4)
Для приведенной на рис.2 магнитной цепи магнитодвижущую силу Iw вдоль магнитной цепи
можно представить в виде
Iw= Ф lфер /(μ аS) Отношение магнитодвижущей силы F= I w вдоль всей
Рис.4 цепи к магнитному потоку Ф называют магнитным
сопротивлением цепи Rм.
Магнитный поток, замыкающийся по всему магнитопроводу, называют основным, а магнитное поле линии которого проходят частично по магнитопроводу, а частично в окружающей катушку среде, называют полем рассеяния.
Магнитные свойства различных веществ различны. Все вещества делятся на:
1.Ферромагнитные (железо, кобальт, никель)
2.Парамагнитные (алюминий, хром, олово)
3.Диамагнитные (золото, медь, серебро, свинец)
Различия объясняются свойствами атомов этих веществ и зависят от строения вещества.
Сердечники во всех электромагнитных устройствах выполнены из ферромагнитных материалов. Это связано с тем, что магнитная проницаемость этих материалов выше магнитной проницаемости воздуха во много раз.
Свойства ферромагнитных материалов отображают графиками зависимости B(H).
Рис.6
Рис.5
Приведенный на рис.5 график перемагничивания ферромагнитного материала называется петлями гистерезиса. В точках А и С наступает насыщение магнито-провода, когда при увеличении H не происходит дальнейшего увеличения B. Тонкими линиями изображены частные петли, а жирной линией – предельная петля. Кривая ОС, проходящая через вершины частных петель, называется основной кривой намагничивания. По величине площади предельной петли судят о потерях энергии на перемагничивание (на гистерезис) за один цикл. Величина Br называется остаточной магнитной индукцией, а Hс – коэрцетивной силой.
Материалы с большими значениями Hс называют магнитотвёрдыми, а с малыми значениями – магнитомягкими.
Совокупность петель, полученных при различных условиях, называют динами-ческими петлями.
При увеличении частоты намагничивающего тока ширина петли увеличивается, следовательно, увеличиваются и потери энергии на перемагничивание (на гистере-зис).Это связано с размагничивающим действием вихревых токов, увеличивающихся при увеличении частоты перемагничивания.
Для уменьшения потерь на перемагничивание магнитопроводы в магнитных цепях с переменным потоком выполняют из магнитомягких материалов (с узкой петлёй гистерезиза).
Нелинейная зависимость B(H) связана с изменением μ при увеличении H.
Магнитная проницаемость μ имеет максимальное значение на участке а-б кривой намагничивания (рис.6) при значениях H, соответствующих точке перегиба кривой, с которой начинается процесс насыщения (снижение интенсивности намагничивания).
Изменяющийся магнитный поток Ф~ индуцирует в катушке и в магнитопроводе (это тоже проводник) ЭДС eL= - wdФ/dt= - Ldi/dt. Под действием этой ЭДС в замкну-тойцепи протекает ток. Поскольку магнитопровод имеет большое сечение, следовательно, малое электрическое сопротивление, в нём могут протекать большие токи (вихревые токи), вызывающие потери на нагрев сердечника (потери на вихревые токи): Δ Рст=I2rст.
С целью увеличения электрического сопротивления и снижения потерь на вихревые токи магнитопроводы в магнитных цепях с переменным потоком выполняют набранными из отдельных изолированных лаком или окалиной листов электротехнической стали толщиной 0, 5мм или 0, 35мм. С уменьшением толщины (площади сечения) листа повышается электрическое сопротивление магнитопровода rст, уменьшаются токи и потери в магнитопроводе на вихревые токи.
Единицы измерения величин в магнитных цепях
Магнитодвижущая сила Iw, А
Напряжённость магнитного поля H, А/м
Магнитная индукция B, Т
Магнитная проницаемость абсолютная μ a, Гн/м
Магнитная проницаемость относительная μ, безразмерная
Магнитный поток Ф, Вб
Магнитное сопротивление Rм, 1/Гн
Индуктивность L, Гн