Магнитные цепи презентация

Магнитные цепи

План 1. Основные величины, характеризующие магнитную цепь. 2. Ферромагнитные материалы. 3. Основные законы магнитных цепей. 4. Формальная аналогия между электрической и магнитной цепью.

1. Основные величины, характеризующие магнитную цепь Магнитная цепь – это совокупность элементов, возбуждающих магнитное поле магнитопроводов, то есть совокупность ферромагнитных тел, образующих замкнутые пути для создания в определённом объёме электротехнического устройства магнитного поля требуемой интенсивности и конфигурации.

Вектор магнитной индукции Вектор магнитной индукции определяет по силе , испытываемой зарядом q, движущимся в магнитном поле со скоростью v Единицей магнитной индукции является тесла (Тл).

Магнитный поток Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции), Ф в магнитопроводе с площадью поперечного сечения S определяется соотношением

Магнитный поток, входящий внутрь произвольной замкнутой поверхности, равен потоку, выходящему из поверхности, и, следовательно

Если в пределах поверхности S магнитное поле можно считать однородным, а направление вектора нормально к поверхности магнитного поля, то Единицей магнитного потока является вебер (Вб), то есть 1 Вб=1 Тл* 1 .

Потокосцепление В технических расчётах широко используется величина потокосцепление ψ. Сумма произведений потока на число витков W контура, сцепляющихся с этим потоком .

Напряжённость магнитного поля Напряжённость магнитного поля - векторная величина, характеризующая магнитный эффект тока в независимости от среды (вещества), находящейся в магнитном поле.

Напряжённость магнитного поля определяется по закону полного тока . Единицей измерения напряжённости магнитного поля является ампер на метр (А/м).

Намагниченность Намагниченность M - магнитный момент единицы объёма вещества, характеризующая состояние вещества, приобретаемое им в результате его намагничивания , где - геометрическая сумма магнитных моментов всех элементарных токов в рассматриваемом объёме V вещества.

Намагниченность измеряется как напряжённость поля в А/м. Намагниченность измеряется как напряжённость поля в А/м. Величина B, M и H связаны друг с другом зависимостью где - магнитная постоянная (=4π* Гн/м).

Для магнитного поля в ферромагнитной среде связь между магнитной индукцией и напряжённостью поля нелинейная Для магнитного поля в ферромагнитной среде связь между магнитной индукцией и напряжённостью поля нелинейная где - абсолютная магнитная проницаемость; относительная магнитная проницаемость среды.

Абсолютная магнитная проницаемость Абсолютная магнитная проницаемость характеризует способность вещества или вакуума накапливать магнитное поле с его энергией и массой в каждой единице объёма. Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости – генри на метр (Гн/м).

Относительная магнитная проницаемость Относительная магнитная проницаемость число, показывающее во сколько раз сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля в данном материале большие силы, действующей на тот же проводник с током в вакууме. В практических расчётах принимают магнитную проницаемость воздуха равной единице, то есть для воздуха =1 или =.

Магнитное поле проявляется в виде силового воздействия на движущеюся заряженную частицу. Магнитное поле проявляется в виде силового воздействия на движущеюся заряженную частицу. При этом направление силы перпендикулярно вектору скорости и вектору магнитной индукции, а её модуль равен |F|=q·v·B, где q – заряд частицы; v – скорость движения; B – магнитная индукция.

Если электрический ток проходит по неподвижному проводнику, то сила, действующая на участок провода Если электрический ток проходит по неподвижному проводнику, то сила, действующая на участок провода где α - угол между векторами и ; i – величина электрического тока.

Вследствие образования магнитного поля вокруг проводников с токами между ними возникают электромеханические силы взаимодействия, зависящие от силы токов и расположения проводников. Вследствие образования магнитного поля вокруг проводников с токами между ними возникают электромеханические силы взаимодействия, зависящие от силы токов и расположения проводников. Например, два параллельных проводника длиной l с токами и , находящихся на расстоянии a, притягиваются друг к другу с силой

Если проводник образует замкнутый контур с током, то силовое воздействие испытает каждый участок провода. Если проводник образует замкнутый контур с током, то силовое воздействие испытает каждый участок провода. Для оценки интегрального воздействия используют понятие механического момента сил. На плоскую рамку с током в магнитном поле действует пара сил – механический момент

где Ф – максимальный магнитный поток в контуре; – магнитный момент контура площадью S с током i; γ – угол между вектором магнитного потока и нормалью к плоскости контура.

Энергия магнитного поля для линейных сред Энергия магнитного поля для линейных сред , где L – индуктивность контура, Гн.

2. Ферромагнитные материалы. а) диамагнитные ( < 1); б) парамагнитные (> 1) - у этих элементов внешнее магнитное поле оказывает незначительное воздействие (при расчете электротехнических устройств их магнитные свойства не учитываются). в) ферромагнитные материалы (ФММ) (>>1) - обладают весьма сильными магнитными свойствами.

ФММ характеризуются кривой намагничивания снимается на специальной установке (впервые в 1871 г. русский физик А.Т. Столетов) Кривая намагничивания - зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н.

Петля гистерезиса (гистерезис –отставание, процесс размагничивания не идет по кривой намагничивания - Предельная петля гистерезиса размеры петли не увеличиваются – магнитное насыщение при значение Вr – остаточная индукция. - Чтобы размагнитить материал нужен ток и напряжение поля обратного направления Нк (коэрцитивная сила). Петли частного цикла перемагничивания возникают при несимметричном перемагничивании, если или (Нс и –Нс)

Практическое значение петель гистерезиса. Показать что характеристика В=f(Н) неоднозначна и магнитное состояние материала зависит от его магнитной предыстории, то есть от предыдущего значения В и Н; Из петли гистерезиса определяются Br (остаточная индукция), Hc (коэрцитивная сила), Bs (магнитное насыщение), Hs. Параметры частных петель гистерезиса необходимы для расчета магнитных цепей с постоянными магнитами.

Основные ферромагнитные материалы 1. магнито-мягкие материалы (листовая электротехническая сталь). Применяется: в проводах электрических машин всех типов; трансформаторах; силовой коммутационной аппаратуре. Петля гистерезиса - резко поднимающейся, узкая с относительно малой площадью. Потери из-за гистерезиса минимальные, индукция насыщения Вs велика, а коэрцитивная сила Нс – мала. => легко намагничиваются и размагничиваются.

Основные ферромагнитные материалы 2. Магнито-твердые материалы. магнитные материалы с широкой петлей гистерезиса. Создают внешнее достаточно сильное магнитное поле со стабильными параметрами, которые не должны зависеть от различного рода внешних воздействий – ударов, вибраций

специальные магнитные материалы Прямоугольная форма петли гистерезиса. Применяется: в магнитных усилителях; в устройствах электроники Обеспечивается четкий переход из одного магнитного состояния в другое от +Вs до –Вs и обратно.

3. Основные законы магнитных цепей Первый закон Кирхгофа В разветвлённой многоконтурной магнитной цепи магнитный поток будет разветвляться в узлах цепи. Согласно принципу непрерывности магнитного потока для любого узла магнитной цепи справедливо выражение где n – число ветвей в магнитной цепи в узле; - поток к-й ветви, присоединённой к узлу.

Второй закон Кирхгофа Второй закон Кирхгофа Закон полного тока для магнитной цепи , где - вектор напряжённости магнитного поля в какой-либо точке контура; - вектор элемент длины контура; - алгебраическая сумма токов (полный ток), охватываемых контуром.

Закон полного тока для магнитной цепи Закон полного тока для магнитной цепи , где m – число катушек, охватываемых средней магнитной линией; q – число участков магнитопровода, вдоль каждого из которых можно считать H=const.

4. Формальная аналогия между электрической и магнитной цепями