Моделирование магнитных цепей. Основные понятия.

Тема № 5.

В современных электрических аппаратах, электрических машинах, трансформаторах для увеличения магнитного потока в определенных частях устройств используют ферромагнитные материалы. Такие устройства обычно состоят из ферромагнитных сердечников и обмоток, изготовляемых из изолированных проводников и надеваемых на сердечники. В зависимости от требований, предъявляемых к различным электромагнитным устройствам, их сердечники изготавливаются самой разнообразной формы.

Совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, в которой при наличии намагничивающей силы образуется магнитный поток и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции, называется магнитной цепью.

Совокупность деталей, в том числе и воздушных зазоров, через которые замыкается магнитный поток, называется магнитной цепью.

Магнитные цепи делятся на неразветвленные и разветвленные. Магнитную цепь называют неразветвленной (рис. 5.1,а), когда магнитный поток замыкается последовательно по всем участкам магнитопровода. Магнитную цепь называют разветвленной (рис. 5.1,б), когда магнитный поток замыкается по нескольким параллельным магнитопроводам.

а	б
Рис. 5.1. Магнитная цепь: а – неразветвленная и б – разветвленная.

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции B, cвязанным с вектором намагниченности J и напряженности магнитного поля H для изотропной среды следующими соотношениями

и . (5.1)

Магнитная индукция, как известно, характеризует силовое действие магнитного поля на ток, а также свойство переменного магнитного поля возбуждать электрическое поле. Намагниченность характеризует состояние вещества при намагничивании. – магнитная постоянная или абсолютная магнитная проницаемость вакуума . Абсолютная магнитная проницаемость среды определяется как произведение относительной магнитной проницаемости среды и абсолютной магнитной проницаемости вакуума :

, (5.2)

где μ_а – абсолютная магнитная проницаемость; μ_r – относительная магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз магнитная проницаемость данной среды больше магнитной проницаемости вакуума; μ₀ – магнитная постоянная или абсолютная магнитная проницаемость вакуума.

Магнитная проницаемость зависит от строения и магнитного состояния вещества и в общем случае изменяется с изменением напряженности магнитного поля.

Индукция магнитного поля – величина векторная. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитного поля. Поэтому магнитные силовые линии называют также линиями магнитной индукции.

	Направление силовых линий магнитного поля можно определить с помощью правила буравчика: если винт буравчика движется вдоль тока в проводнике, то направление вращения рукоятки совпадает с направлением магнитной силовой линии, т.е. с вектором индукции.
	Направление силы определяется правилом левой руки: левую руку располагают так, чтобы вектор индукции пронизывал ладонь, а направление тока в проводнике совпадало с четырьмя вытянутыми пальцами. Большой палец будет указывать направление силы.
Индукционный ток – это ток, который возникает в катушке при изменении магнитного потока. Направление этого индукционного тока, возникающего в проводнике при его перемещении в магнитном поле, можно определить с помощью правила правой руки: если ладонь правой руки поместить в магнитное поле так, что магнитные силовые линии входят в ладонь, а отогнутый большой палец указывает направление движения проводника, то положение четырех вытянутых пальцев определяет направление возникающего индукционного тока.

Магнитная индукция зависит от свойств среды. В системе СИ единицей измерения индукции является Тесла (Тл). 1 Тесла – это индукция такого поля, которое действует на единичный элемент тока , расположенный перпендикулярно к полю, с силой в 1 Н.

Индукция магнитного поля в вакууме называется напряженностью магнитного поля. Напряженность магнитного поля не зависит от свойств среды, а определяется только силой тока и формой проводника. В системе СИ напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м).

Зависимость между B и H для каждого ферромагнитного материала изображают в виде кривой намагничивания . И эта зависимость является основной характеристикой магнитного материала. Важными характеристиками магнитомягкого материала является: 1) зависимость относительных значений магнитной проницаемости (μ_r) от магнитной индукции ; 2) кривая относительной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля . Эти зависимости приводятся в литературе и справочниках в виде таблиц и в виде кривых намагничивания.

Контрольные вопросы:

1. Моделирование магнитных цепей.

2. Магнитная цепь.

3. Неразветвленная магнитная цепь.

4. Разветвленная магнитная цепь.

5. Магнитная индукция и намагниченность.

6. Правило буравчика.

7. Правило левой руки.

8. Правило правой руки.

9. Абсолютная, относительная магнитная проницаемость и магнитная постоянная или абсолютная магнитная проницаемость вакуума.

10. Напряженность магнитного поля.