Магнитная цепь электрической машины – совокупность элементов из ферромагнитных материалов с разделяющими их воздушными зазорами (магнитопровод).
Н= , – магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины магнитной линии.
Магнитодвижущая сила (МДС) – способность тока возбуждать магнитное поле. Действует вдоль замкнутой магнитной силовой линии. МДС равна току, создающему магнитное поле, и выражается в амперах.
Рисунок 7 – Замкнутый контур магнитный цепи, сцепленный с тремя электрическими токами (а) и катушкой с током (б)
Магнитодвижущая сила F измеряется в амперах. Магнитодвижущая сила проводника с током I равна силе этого тока: F=I.
В общем случае, когда какой-либо замкнутый контур охватывает несколько токов (показан на рис. 3, а штриховой линией), суммарная магнитодвижущая сила равна их алгебраической сумме
Для случая, показанного на рис. 3, а
F=I1-I2+I3
Магнитодвижущая сила катушки (рис. 50, б) представляет произведение тока I на число ее витков w. Это объясняется тем, что замкнутый контур магнитной цепи (показан штриховой линией), сцепленный с катушкой, охватывает ток I не один, а w раз, т. е.
Е=Iw,
Закон Ома для магнитной цепи: проведем аналогию между магнитной цепью и цепью электрической. Это можно сделать, например, для простейшей магнитной цепи, на всем протяжении которой напряженность Н магнитного поля постоянна. Для такой цепи произведение напряженности Н на длину I магнитной цепи по всему ее замкнутому контуру равно алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром
Hl=∑I=F
Формула выражает закон полного тока для рассматриваемой магнитной цепи. Сумма токов ∑I, пронизывающих какой-либо замкнутый контур, называется полным током; отсюда и получил свое название этот закон.
Если в формулу подставим напряженность Н, заменив индукцию В, то получим зависимость магнитного потока Ф от магнитодвижущей силы F и параметров данной магнитной цепи.
Из формулы следует, что действие магнитодвижущей силы аналогично действию электродвижущей силы. Подобно тому, как ЭДС является причиной возникновения тока в электрической цепи, так и МДС является причиной возникновения магнитного потока в магнитной цепи. Чем больше магнитодвижущая сила F, создаваемая катушкой электромагнита, тем больший магнитный поток проходит по его магнитной цепи.
Магнитное сопротивлениеиграет в магнитной цепи роль, аналогичную электрическому сопротивлению цепи. Так же как в электрической цепи с увеличением сопротивления уменьшается ток, так и в магнитной цепи с увеличением магнитного сопротивления уменьшается магнитный поток. Следует, однако, отметить, что эта аналогия не распространяется на физические процессы, имеющие место в электрических и магнитных цепях. Кроме того, магнитное сопротивление является нелинейным. Оно зависит от магнитной проницаемости, которая изменяется при изменении индукции, т. е. магнитного потока, проходящего через данный участок цепи. Поэтому при расчетах магнитных цепей пользуются кривыми намагничивания, т. е. зависимостями напряженности Н от индукции В для соответствующего ферромагнитного материала.
Пример: определить число витков w катушки электромагнита, необходимое для прохождения по его магнитной цепи потока Ф=5×10-3 Вб. Через катушку протекает ток 5 А. Магнитопровод электромагнита выполнен из электротехнической стали и имеет площадь поперечного сечения S=0,004 м2, среднюю длину l=1 м.
Индукция в сердечнике по формуле:
В=Ф/S=5•10-3/0,004=1,25 Тл
Напряженность магнитного поля Н в сердечнике по кривым намагничивания для электротехнической стали при индукции 1,25 Тл равна 6 А/см.
Требуемая магнитодвижущая сила катушки
F=Н1=6•100=600 А
Число витков катушки
w=F/l=600/5=120
Возрастание магнитного потока в какой-либо электрической машине или аппарате можно обеспечить:
- увеличением магнитодвижущей силы F катушки, создающей магнитное поле в данной машине или аппарате, т. е. увеличением проходящего по ней тока I или числа витков wкатушки;
- уменьшением магнитного сопротивления магнитной цепи данной машины или аппарата путем применения ферромагнитных материалов с большей магнитной проницаемостью; уменьшением воздушных зазоров, разделяющих отдельные участки магнитной цепи, выполненные из ферромагнитных материалов (воздушные зазоры, имеющиеся в магнитной цепи, создают весьма большое магнитное сопротивление); увеличением площади поперечного сечения S отдельных участков магнитной цепи или же уменьшением общей длины магнитной цепи и ее отдельных участков.
Все эти меры широко используют при конструировании электрических машин и аппаратов. Магнитопроводы стараются выполнить из высококачественных ферромагнитных материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью (электротехнической стали или специальных сплавов), воздушные зазоры свести до минимальных значений,
, – магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины магнитной линии.