§ 5.6. Краткая теория и примеры

МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Магнитная цепь – часть электротехнического устройства, предназначенного для создания в определенном месте пространства магнитного поля требуемой интенсивности и направленности. Магнитные цепи составляют основу практически всех электротехнических устройств и многих измерительных приборов.

В составе магнитной цепи имеются элементы, возбуждающие магнитное поле (одна или несколько намагничивающих обмоток или постоянные магниты) и магнитопровод (сердечник), выполненный в основном из ферромагнитных материалов. Использование ферромагнетиков обусловлено их способностью многократно усиливать внешнее магнитное поле, создаваемое намагничивающими обмотками или постоянными магнитами. Ферромагнетики отличает высокая магнитная проницаемость по сравнению с окружающей средой, что дает возможность концентрировать и направлять магнитные поля.

Магнитными цепями с постоянной магнитодвижущей силой (МДС) называются цепи, в которых магнитное поле возбуждается постоянными токами намагничивающих обмоток или постоянными магнитами.

При анализе и расчете магнитных цепей пользуются следующими величинами, характеризующими магнитное поле, приведенными в таблице 5.7.

Векторные величины, характеризующие магнитное поле

Таблица 5.7

Наименование	Обозна-чение	Единицы измерения	Определение
Вектор магнитной индукции		Тл (Тесла)	Векторная величина, характеризующая интенсивность и направленность магнитного поля в данной точке пространства.
Вектор намагниченности		А/м	Магнитный момент единицы объема вещества.
Вектор напряженности магнитного поля		А/м	, где  Гн/м – магнитная постоянная.

Основные скалярные величины, используемые при расчете магнитных цепей приведены в таблице 5.8.

Основные скалярные величины, характеризующие магнитную цепь

Таблица 5.8.

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Определение
Магнитный поток		Вб (Вебер)	Поток вектора магнитной индукции через поперечное сечение магнитопровода .
Магнитодвижущая сила (МДС)		А	, где - ток в обмотке, - число витков обмотки.
Магнитное напряжение		А	, где и - граничные точки участка магнитной цепи, для которого определяется .

Свойства ферромагнитных материалов

При решение электротехнических задач все вещества в магнитном отношении делятся на две группы:

ферромагнитные (относительная магнитная проницаемость );

неферромагнитные (относительная магнитная проницаемость ).

К ферромагнитным веществам относятся четыре химических элемента: железо, кобальт, никель гадолиний, а также большое число различных сплавов и химических соединений.

Отличительное свойство ферромагнетиков – очень большая магнитная проницаемость . Кроме того, ферромагнетики обладают уникальной способностью сохранять намагниченное состояние и после того, как намагничивающее поле выключено. Поэтому из ферромагнитных веществ можно изготавливать постоянные магниты.

Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля . Различают два основных типа этих зависимостей: кривые намагничивания и гистерезисные петли.

Кривые намагничивания – это однозначные зависимости между и .

При периодическом изменения напряженности магнитного поля зависимость между и приобретает петлевой характер (рис.5.3).

Рис.5.3. Статическая петля гистерезиса.

Если начальное магнитное состояние материала сердечника характеризуется значениями , , то при плавном нарастании тока в обмотке получим нелинейную зависимость , которая называется кривой первоначального намагничивания (рис.5.3 штриховая линия). Начиная с некоторых значений напряженности магнитного поля индукция в магнитопроводе практически перестает увеличиваться и остается равной . Эта область зависимости называется областью технического насыщения.

Если, достигнув насыщения, начать плавно уменьшать постоянный ток в обмотке, т.е. уменьшать напряженность поля, то индукция также начнет уменьшаться. Однако зависимость уже не совпадет с кривой первоначального намагничивания (рис.5.3). При значительных отрицательных значениях напряженности магнитного поля снова наступит техническое насыщение ферромагнитного материала. Если теперь увеличивать ток прямого направления до насыщения, то будет получена замкнутая кривая , которая называется предельной статической петлей гистерезиса ферромагнитного материала.

Предельный статический цикл гистерезиса ферромагнитных материалов характеризуется следующими параметрами: - коэрцитивной силой, - остаточной индукцией (рис.5.3).

По значению параметра предельного статического цикла гистерезиса ферромагнитные материалы делятся на две группы:

магнитные материалы с малыми значениями коэрцитивной силы  А/м называются магнито-мягкими;

магнитные материалы с большими значениями коэрцитивной силы  кА/м называются магнито-твердыми.

На циклическое перемагничивание магнитопровода затрачивается мощность, выделяемая в нем в виде теплоты, которая называется мощностью потерь в магнитопроводе. Потери мощности в магнитопроводе (в стали) Р_СТ включает в себя потери на гистерезис и потери от вихревых токов , наводимых переменным магнитным потоком в металле магнитопродвода

Р_СТ=Р_Г+Р_ВР.