Магнитные цепи

Классификация магнитных цепей. Элементы магнитной цепи.

Магнитная система является одним из основных элементов электрических машин и ряда электротехнических устройств. В магнитную систему входят источники магнитного поля (обмотка с током, возбуждающая магнитное поле, постоянный магнит) и система магнитопроводов из ферромагнитного материала, по которым замыкается магнитный поток.

При анализе магнитных цепей магнитную систему электротехнического устройства представляют, как и в электрических цепях, эквивалентной схемой.

Магнитные цепи бывают неразветвленные и разветвленные, однородные и неоднородные, симметричные и несимметричные.

Неразветвленной магнитной цепью называют цепь, через элементы которой замыкается один и тот же магнитный поток.

В разветвленной магнитной цепи содержатся ветви, в каждой из которых замыкаются свои магнитные потоки.

В однородной магнитной цепи, образованной замкнутым магнитопроводом, магнитный поток находится в однородной среде.

Неоднородной называют магнитную цепь, состоящую из участков, имеющих разные сечения, воздушные зазоры, ферромагнитные тела с различными магнитными свойствами.

Из физики известна способность вещества под воздействием напряженности внешнего магнитного поля Н создавать собственное поле, называемое намагниченностью М, которая характеризуется магнитной восприимчивостью χ: . При этом магнитная индукция в веществе

где , - относительная и абсолютная магнитные проницаемости, оответственно.

Вещества, имеющие высокое значение магнитной восприимчивости, называют ферромагнитными, или магнитными.

К ним относятся железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), редкоземельные элементы: гадолиний (Gd), диспрозий (Dy) и др., а также сплавы на базе этих элементов.

Зависимость магнитной индукции в веществе (материале) от напряженности внешнего магнитного поля В(Н) носит нелинейный характер: по мере увеличения Н индукция В сначала возрастает резко, а затем, приближаясь к области насыщения, процесс намагничивания материала замедляется и прекращается, когда резервы ферромагнетика оказываются исчерпанными Рис.2.

Рис.2.

Рис.3. а – однородная неразветвлённая; б – неоднородная неразветвлённая; в - неоднородная разветвлённая.

Если элемент магнитной цепи, например цилиндр из ферромагнитного материала, поместить в однородное магнитное поле, он намагнитится. Если после намагничивания до состояния насыщения внешнее поле убрать (уменьшить до нуля), то цилиндр явится источником магнитного поля за счет намагниченности материала — остаточной намагниченности. Чтобы разрушить эту остаточную намагниченность, нужно создать внешнее поле, направленное противоположно полю, создаваемому цилиндром, для преодоления задерживающей, так называемой коэрцитивной силы Н_с, которая стремится сохранить созданную микротоками намагниченность.

В зависимости от значения коэрцитивной силы Н_с все магнитные материалы принято делить на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу (крутоподнимающаяся основная кривая намагничивания и относительно малая площадь петли гистерезиса) Рис.6.

Петля циклического перемагничивания. Явление запаздывания В от Н – магнитный гистерезис.

Рис.4. Нс - остаточная намагниченность (значение напряженности для полного размагничивания сердечника) коэрцитивная сила Вr-

Рис.5. АС и АС – предельная петля гистерезиса

Рис.6. Разные материалы с одной скоростью перемагничивания.

1 - магнитножесткие материалы – с большими значениями коэрцитивной силой (Нс – более 4000 А/м) и остаточной магнитной индукцией Вr – 1 Тл;

2 – магнитномягкие (малая коэрцитивная сила –от единиц до десятков ампер на метр и высокая магнитная проницаемость с малыми потерями на перемагничивание)

Рис.7. Частные циклы перемагничивания. Коэф. возврата В2 – В1/ В1 – D