Магнитные цепи основные понятия и определения

Магнитные цепи основные понятия и определения

Магнитные цепи основные понятия и определения

Магнитные цепи

Контур с током или катушка с числом витков , по которой протекает ток, являются источниками магнитного поля (рис.6.1). Для определения характеристик магнитного поля (векторамагнитной индукции или векторанапряженности магнитного поля) в любой точке пространства необходимо решить достаточно сложную задачу расчета электромагнитного поля.

В электрических цепях удается создать пути для электрического тока, что является результатом весьма большого различия удельной проводимости проводников и проводимостиокружающей их изолирующей среды (). Поэтому можно пренебречь током утечки в изолирующей среде и считать, что весь ток протекает только по проводнику.

Подобно тому, как это делается в электрических цепях, стремятся создать определенный путь и для магнитного потока. Экспериментально установлено, что магнитные силовые линии стремятся проходить в среде с большим значением магнитной проницаемости(такие среды называютферромагнетиками).

Располагая тела из ферромагнитного материала в среде со значительно меньшей магнитной проницаемостью, например, в воздухе или в немагнитном материале с проницаемостью(), создают определенный путь для прохождения магнитного потока.

В дальнейшем магнитную проницаемость ферромагнитных веществ будем обозначать символом, опуская индекс “Fe”.

Магнитной цепьюназывается совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, по которым замыкаются линии вектора магнитной индукции и которая может быть описана на основе интегральных понятий о магнитодвижущей силе (м.д.с.)и магнитном потоке.

Примером простейшей магнитной цепи является катушка с замкнутым ферромагнитным сердечником (рис.6.2). Магнитный поток , протекающий по сердечнику, называетсяосновным магнитный потоком.

Так как отношение, характерное для магнитных цепей, не столь значительно, как отношение проводимостей проводников и изолирующей среды для электрических цепей, то следует учитывать, что часть магнитного потока замыкается по воздуху. Этот магнитный поток назовем магнитным потоком рассеяния .

Наличие потока рассеяния приводит к необходимости рассматривать магнитные цепи в общем случае как цепи с распределенными параметрами поскольку магнитный поток различен во всех сечениях сердечника.

Еще одним важным свойством магнитных цепей является их нелинейность. Действительно, магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля () и, следовательно, от токов контуров и катушек, создающих это поле.

В сильных полях с увеличением напряженности магнитного поля в сердечнике магнитная проницаемостьматериала сердечника существенно уменьшается. Это обстоятельство приводит к увеличению отношения потока рассеяния к основному потоку. Приразделение потока на основной поток и поток рассеяния теряет смысл.

Одновременно теряет смысл понятие о магнитной цепи, и задача о распределении векторовив пространстве должна в этом случае ставиться и решаться как задача расчета электромагнитного поля.

При переменной м.д.с. в соответствии с законом электромагнитной индукции проявляется эффект перераспределения магнитного потока по сечению.

Вследствие этого в сердечнике создаются области с различной напряженностью магнитного поля и, следовательно, различной магнитной проницаемостью.

Это обстоятельство еще более затрудняет расчеты магнитных цепей при рассмотрении всего комплекса электромагнитных явлений, протекающих в них. В то же время, значительные упрощения могут быть получены при сужении круга рассматриваемых явлений.

Таким образом, обоснованное применение понятия о магнитной цепи и математического аппарата ее расчета возможно лишь при правомерности целого ряда упрощающих предположений.

В дальнейшем будем предполагать справедливость следующих допущений:

  • считаем, что магнитная проницаемость цепи не зависит от напряженности магнитного поля и, следовательно, от тока, т.е. будем рассматривать магнитную цепь как линейную;
  • пренебрегаем потоками рассеяния , рассматривая магнитную цепь как цепь с сосредоточенными параметрами;
  • считаем, что основной магнитный поток равномерно распределен по сечению магнитопровода.

StudFiles.ru

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 1.

Таблица 1. Векторные величины, характеризующие магнитное поле

НаименованиеОбозна-чениеЕдиницы измеренияОпределение
Вектор магнитной индукцииТл (Тесла)Векторная величина, характеризующая интенсивность и направленность магнитного поля в данной точке пространства.
Вектор намагниченностиА/мМагнитный момент единицы объема вещества.
Вектор напряженности магнитного поляА/м , где Гн/м – магнитная постоянная.

Основные скалярные величины, используемые при расчете магнитных цепей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные скалярные величины, характеризующие магнитную цепь

НаименованиеОбозна-чениеЕдиницы измеренияОпределение
Магнитный потокВб (Вебер)Поток вектора магнитной индукции через поперечное сечение магнитопровода .
Магнитодвижущая сила (МДС)А , где – ток в обмотке, – число витков обмотки.
Магнитное напряжениеА , где и – граничные точки участка магнитной цепи, для которого определяется .

studopedia.ru

Понятие магнитной цепи

Магнитные цепи. ЗАКОНЫ И ПАРАМЕТРЫ

МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

Понятие магнитной цепи

Контур с током или катушка с числом витков , по которой протекает ток , являются источниками магнитного поля (рис.6.1). Для определения характеристик магнитного поля (вектора магнитной индукции или вектора напряженности магнитного поля) в любой точке пространства необходимо решить достаточно сложную задачу расчета электромагнитного поля.

В электрических цепях удается создать пути для электрического тока, что является результатом весьма большого различия удельной проводимости проводников и проводимости окружающей их изолирующей среды ( ). Поэтому можно пренебречь током утечки в изолирующей среде и считать, что весь ток протекает только по проводнику.

Подобно тому, как это делается в электрических цепях, стремятся создать определенный путь и для магнитного потока. Экспериментально установлено, что магнитные силовые линии стремятся проходить в среде с большим значением магнитной проницаемости (такие среды называют ферромагнетиками).

Располагая тела из ферромагнитного материала в среде со значительно меньшей магнитной проницаемостью, например, в воздухе или в немагнитном материале с проницаемостью ( ), создают определенный путь для прохождения магнитного потока.

В дальнейшем магнитную проницаемость ферромагнитных веществ будем обозначать символом , опуская индекс “Fe”.

Магнитной цепью называется совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, по которым замыкаются линии вектора магнитной индукции и которая может быть описана на основе интегральных понятий о магнитодвижущей силе (м.д.с.) и магнитном потоке .

Примером простейшей магнитной цепи является катушка с замкнутым ферромагнитным сердечником (рис.6.2). Магнитный поток , протекающий по сердечнику, называется основным магнитный потоком.

Так как отношение , характерное для магнитных цепей, не столь значительно, как отношение проводимостей проводников и изолирующей среды для электрических цепей, то следует учитывать, что часть магнитного потока замыкается по воздуху. Этот магнитный поток назовем магнитным потоком рассеяния .

Наличие потока рассеяния приводит к необходимости рассматривать магнитные цепи в общем случае как цепи с распределенными параметрами поскольку магнитный поток различен во всех сечениях сердечника.
Еще одним важным свойством магнитных цепей является их нелинейность. Действительно, магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля ( ) и, следовательно, от токов контуров и катушек, создающих это поле.

В сильных полях с увеличением напряженности магнитного поля в сердечнике магнитная проницаемость материала сердечника существенно уменьшается. Это обстоятельство приводит к увеличению отношения потока рассеяния к основному потоку. При разделение потока на основной поток и поток рассеяния теряет смысл.

Одновременно теряет смысл понятие о магнитной цепи, и задача о распределении векторов и в пространстве должна в этом случае ставиться и решаться как задача расчета электромагнитного поля.

При переменной м.д.с. в соответствии с законом электромагнитной индукции проявляется эффект перераспределения магнитного потока по сечению.

Вследствие этого в сердечнике создаются области с различной напряженностью магнитного поля и, следовательно, различной магнитной проницаемостью.

Это обстоятельство еще более затрудняет расчеты магнитных цепей при рассмотрении всего комплекса электромагнитных явлений, протекающих в них. В то же время, значительные упрощения могут быть получены при сужении круга рассматриваемых явлений.

Таким образом, обоснованное применение понятия о магнитной цепи и математического аппарата ее расчета возможно лишь при правомерности целого ряда упрощающих предположений.

В дальнейшем будем предполагать справедливость следующих допущений:

· считаем, что магнитная проницаемость цепи не зависит от напряженности магнитного поля и, следовательно, от тока, т.е. будем рассматривать магнитную цепь как линейную;

· пренебрегаем потоками рассеяния , рассматривая магнитную цепь как цепь с сосредоточенными параметрами;

· считаем, что основной магнитный поток равномерно распределен по сечению магнитопровода.

studopedia.ru

Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках. Основные понятия и законы магнитных цепей

Лекция N 32

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

  • ферромагнитные(относительная магнитная проницаемость );
  • неферромагнитные(относительная магнитная проницаемость ).

Для концентрации магнитного поля и придания ему желаемой конфигурации отдельные части электротехнических устройств выполняются из ферромагнитных материалов. Эти части называют магнитопроводами или сердечниками.

Магнитный поток создается токами, протекающими по обмоткам электротехнических устройств, реже – постоянными магнитами.

Совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции, называют магнитной цепью.

Магнитное поле характеризуется тремя векторными величинами, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1. Векторные величины, характеризующие магнитное поле

НаименованиеОбозначениеЕдиницы измеренияОпределение
Вектор магнитной индукцииТл (тесла)Векторная величина, характеризующая силовое действие магнитного поля на ток по закону Ампера
Вектор намагниченностиА/мМагнитный момент единицы объема вещества
Вектор напряженности магнитного поляА/м, где Гн/м- магнитная постоянная

Основные скалярные величины, используемые при расчете магнитных цепей, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Основные скалярные величины, характеризующие магнитную цепь

НаименованиеОбозначениеЕдиница измеренияОпределение
Магнитный потокВб (вебер)Поток вектора магнитной индукции через поперечное сечениемагнитопровода
Магнитодвижущая (намагничивающая) сила МДС (НС)Aгде -ток в обмотке,-число витков обмотки
Магнитное напряжениеАЛинейный интеграл от напряженности магнитного поля , где и -граничные точки участка магнитной цепи, для которого определяется

studopedia.ru

Источник: https://zna4enie.ru/opredelenie/magnitnye-cepi-osnovnye-ponjatija-i-opredelenija.html

Магнитная цепь

Магнитные цепи основные понятия и определения

Магнитной цепью называется устройство, отдельные участки которого выполнены из ферромагнитных материалов, по которым замыкается магнитный поток.

Примерами простейших цепей могут служить магнитопроводы кольцевой катушки и электромагнита, изображенного на рис. 6.11, а.

Электрические машины и трансформаторы, электромагнитные аппараты и приборы имеют обычно магнитные цепи более сложной формы.

Рис. 6.11 Магнитные цепи (а — неразветвленная, б — разветвленная)

Если магнитная цепь выполнена из одного и того же материала и имеет по всей длине одинаковое сечение, то цепь называется однородной.

Если же отдельные участки цепи изготовлены из различных ферромагнитных материалов и имеют различные длины и сечения, то цепь — неоднородная.

Магнитные цепи, так же как и электрические, бывают разветвленные (рис. 6.11,6) и неразветвленные (рис. 6.11,а).

В неразветвленных цепях магнитный поток Ф во всех сечениях имеет одно и то же значение.

Разветвленные цепи могут быть симметричными и несимметричными. Цепь, представленная на рис. 6.11,6, считается симметричной, если правая и левая части ее имеют одинаковые размеры, выполнены из одного и того же материала и если МДС I1W1 и I2W2 одинаковы. При невыполнении хотя бы одного из указанных условий цепь будет несимметричной.

Разобьем неразветвленную магнитную цепь, например, на рис 6.

11, а на ряд однородных участков, каждый из которых выполнен из определенного материала и имеет одинаковое поперечное сечение S вдоль всей своей длины.

Длину каждого участка L будем считать равной длине средней магнитной линии в пределах этого участка. Из сказанного выше следует, что магнитные потоки всех участков неразветвленной цепи равны, т. е.

Ф1=Ф2=Ф3=…=Фn,

и поле на каждом участке можно считать однородным, т. е. Ф= BS; поэтому

B1S1=B2S2=B3S3=…=BnSn

Где n — число участков цепи. Магнитное напряжение на любом из участков магнитной цепи

Где H — Напряженность, (измеряется в ампер на метр А/М).

B — Магнитная индукция (измеряется в теслах Тл).

L — Длинна средне силовой линии проходящей через центр поперечного сечения магнитопровода.

S — площадь поперечного сечения магнитопровода.

  — Магнитная постоянная.

μr — Магнитная проницаемость ферромагнетиков.

При заданном направлении тока в обмотке направление потока и МДС IW определяется по правилу буравчика.

Магнитное сопротивление и закон Ома для магнитной цепи

По аналогии с электрической цепью величину

называют магнитным сопротивлением участка магнитной цепи (измеряется в 1/Гн).

Таким образом, магнитное напряжениеВыражение (3) по аналогии с электрической цепью часто называют законом Ома для магнитной цепи Однако вследствие нелинейности цепи, вызванной непостоянством магнитной проницаемости μr ферромагнетиков, оно практически не применяется для расчета магнитных цепей.

Законы Кирхгофа для магнитной цепи

При расчетах разветвленных магнитных цепей пользуются двумя законами Кирхгофа, аналогичными законам Кирхгофа для электрической цепи.

Первый закон Кирхгофа непосредственно вытекает из непрерывности магнитных линий, т.е. и магнитного потока; алгебраическая сумма магнитных потоков в точке разветвления равна нулю:

Например, для узла а на рис. 6.11,б

— Ф1 — Ф2 + Ф3 = 0

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи основывается на законе полного тока: алгебраическая сумма магнитных напряжений на отдельных участках цепи равна алгебраической сумме МДС:

Например, для левого контура и а рис. 6.11, бКак следует из закона Ома, для получения наибольшего магнитного потока при наименьшей МДС у магнитной цепи должно быть возможно меньшее магнитное сопротивление.

Большая магнитная проницаемость ферромагнитных материалов обеспечивает получение малых магнитных сопротивлений магнитопроводов из этих материалов.

Поэтому магнитные цепи электрических машин выполняют преимущественно из ферромагнетиков, а участки цепей из неферромагнитных материалов, то есть неизбежные или необходимые воздушные зазоры, делают, как правило, возможно малыми.

Схема устройства магнитной цепи двухполюсной машины с явно выраженными полюсами показана на рис. 6.12.

Рис. 6.12 Магнитная цепь электрической машины с явно выраженными полюсами

Плоскость 00′, проведенная через середины полюсов N и S и ось машины, делит магнитную цепь на две симметричные части.

В каждой из них магнитный поток Ф/2 замыкается через полюсы П, полюсные наконечники ПН, воздушные зазоры, якорь Я и станину машины С.

Магнитодвижущая сила создается током в обмотке возбуждения ОВ, расположенной на полюсах N и S. Из северного полюса N магнитные линии выходят и в южный полюс S входят.

Рис, 6.13. Магнитная цепь электрической машины с неявно выраженными полюсами

https://www.youtube.com/watch?v=LzqkLKOyid8

Схема устройства магнитной цепи двухполюсной машины с неявно выраженными полюсами показана на рис. 6.13. Здесь обмотка возбуждения заложена в пазы ротора Р — вращающейся части машины, укрепленной на валу.

Как и в предыдущем случае, плоскость 00′, проведенная через середины полюсов N и S, делит магнитную цепь машины на две симметричные части, в каждой из которых магнитный поток Ф/2.

Магнитный поток замыкается через ротор машины, воздушные зазоры и станину машины С, представляющую собой неподвижный наружный стальной цилиндр — статор машины.

Источник: https://electrikam.com/magnitnaya-cep/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.