Магнитные цепи. Величины и законы, характеризующие магнитные поля в магнитных цепях
Проявления магнитного поля, параметры, его характеризующие. Особенности ферромагнитных (магнитомягких и магнитотвердых) материалов. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей постоянного тока, принцип их расчета, их аналогия с электрическими цепями.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.10.2010 |
| Размер файла | 122,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ. ВЕЛИЧИНЫ И ЗАКОНЫ,
ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В МАГНИТНЫХ ЦЕПЯХ
Магнитное поле проявляет себя следующим образом:
1) В проводнике, который движется в постоянном магнитном поле, наводится ЭДС;
2) В неподвижном проводнике, который находится в переменном магнитном поле, наводится ЭДС;
3) На проводник, по которому течет ток и который находится в магнитном поле, действует механическая сила.
Параметры, характеризующие магнитное поле:
Магнитный поток - характеризуется числом силовых линий, пронизывающих поверхность площадью S.
Магнитное поле принято изображать силовыми линиями, направленными от северного к южному полюсу магнита.
[] = [ Вб] = [ Вс]. ,
где - угол между нормалью к площадке и направлением силовых линий.
Индукция магнитного поля характеризует интенсивность магнитного поля в заданной точке пространства. Это векторная величина. Направление ее совпадает с касательной к силовой линии
[B] =[Вб/м2] = [Тл].
Если магнитное поле равномерное, то .
Поток вектора индукции магнитного поля через замкнутую поверхность равен нулю
.
Силовые линии всегда замкнуты. Это принцип непрерывности силовых линий.
Напряженность магнитного поля - это векторная величина, которая совпадает с направлением индукции и характеризует интенсивность магнитного поля в вакууме (при отсутствии магнитных веществ). [] = [А/м].
,
где a - абсолютная магнитная проницаемость среды.
r=a/0 - относительная магнитная проницаемость.
0=410-7 Гн/м - магнитная постоянная, равная абсолютной магнитной проницаемости в вакууме.
В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции:
Электромагнитной индукцией называется явление возбуждения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с ним. Индуктированная ЭДС равна скорости изменения потока, сцепленного с контуром:
.
Знак «минус» выражает правило Ленца:
Ток, создаваемый в замкнутом контуре индуцированной ЭДС, всегда имеет такое направление, что магнитный поток тока противодействует изменению магнитного потока внешнего поля, его вызвавшего.
Поскольку
, то
ЭДС, которая индуцируется в обмотке, равна сумме ЭДС каждого витка:
,
где w - число витков в обмотке.
,
где 1, 2, …, w - потоки, которые охватывают, соответственно, первый, второй и w витки обмотки.
- полный магнитный поток - потокосцепление обмотки.
Тогда для обмотки:
.
Если каждый виток обмотки охвачен одним и тем же потоком, тогда:
и .
Если магнитное поле создается током этой же обмотки, то такая индуцированная ЭДС называется ЭДС самоиндукции.
Если магнитное поле создано током других контуров, то такая ЭДС называется ЭДС взаимоиндукции.
; .
Если проводник перемещается в постоянном магнитном поле, то индуцированная ЭДС равна:
,
где l - активная длина проводника;
V - скорость перемещения проводника;
B - индукция магнитного поля;
- угол между направлением силовых линий и направлением перемещения проводника.
По правилу правой руки (большой палец - направление перемещения).
Если проводник с током I находится в магнитном поле с индукцией B, то на проводник действует сила:
- закон Ампера,
где - угол между направлением силовых линий и направлением проводника.
По правилу левой руки (большой палец - сила):
В электротехнике все материалы делятся на немагнитные и магнитные. У немагнитных материалов (пара- и диамагнетики) относительная магнитная проницаемость r1: медь, алюминий, изоляторы, воздух, вода и др.
Магнитные материалы (ферромагнетики) имеют r>>1: железо, никель, кобальт, сплавы - сталь, чугун и др.
Особенностью ферромагнитных материалов является то, что относительная магнитная проницаемость r Const, а зависит от интенсивности магнитного поля.
Для ферромагнетиков зависимости B(H), (H) нелинейны.
B(H) - кривая намагничивания.
B0=0H.
При циклическом перемагничивании образуется петля гистерезиса:
Br - остаточная магнитная индукция;
Hc - коэрцитивная сила.
Ферромагнетики делятся на магнитомягкие (Hc< 4 кА/м) и магнитотвердые. У магнитомягких материалов петля гистерезиса узкая (используются для сердечников электротехнического оборудования). Площадь петли гистерезиса характеризует потери на гистерезис.
Магнитотвердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса (используются для постоянных магнитов, систем носителей информации - компьютерные диски).
Закон полного тока устанавливает связь между напряженностью магнитного поля и током, которым это поле создано.
«Линейный интеграл от вектора напряженности магнитного поля вдоль любого замкнутого контура равен полному току, охватывающему данный контур».
.
Полный ток - это алгебраическая сумма токов.
В пространстве вокруг этих проводников с током образуется магнитное поле. В соответствии с законом полного тока:
.
Токи, которые при выбранном направлении обхода совпадают с направлением правоходового винта, считаются положительными.
Для многовитковой обмотки:
Контур интегрирования охвачен током w раз:
Величина - называется намагничивающей или магнитодвижущей силой.
При практических расчетах контур интегрирования можно разбить на ряд участков с таким расчетом, чтобы напряженность магнитного поля на протяжении участка оставалась неизменной и ее направление совпадало с направлением dl. В этом случае интеграл меняется на сумму:
и
.
Магнитная цепь - это совокупность намагничивающих сил, ферромагнитных участков и других сред, по которым замыкается магнитный поток.
Магнитные цепи могут быть: простыми и сложными (один или несколько МДС); однородными и неоднородными (напряженность магнитного поля постоянна или непостоянна); разветвленными и неразветвленными (поток разветвляется или нет) и др.
Рассмотрим простую неразветвленную магнитную цепь с постоянной МДС.
lст - длина силовой линии на протяжении всего участка в стали;
l0 - длина воздушного зазора.
Для данной магнитной цепи запишем:
.
Но поэтому. Отсюда
Тогда запишем:
и
- закон Ома для магнитной цепи.
- магнитное сопротивление стального участка (сравнить с );
- магнитное сопротивление воздушного зазора.
Так как ст >> 0 , то << .
Поэтому в магнитную цепь вводят ферромагнитный материал (сердечник с малым магнитным сопротивление), что позволяет при одной и той же намагничивающей силе получать большой магнитный поток.
Аналогия между электрическими и магнитными цепями
|
Электрические величины |
Магнитные величины |
||||
|
ток |
I |
- |
Поток |
||
|
ЭДС |
E |
- |
МДС |
F |
|
|
Сопротивление |
- |
Сопротивление |
|||
|
Напряжение |
- |
Напряжение |
|||
|
Проводник |
- |
Ферромагнетик |
|||
|
Изолятор |
- |
Немагнитное вещество |
|||
|
Удельная проводимость |
- |
Магнитная проницаемость |
a |
По аналогии можно записать законы Кирхгофа для магнитных цепей.
1-й закон Кирхгофа: Сумма магнитных потоков ветвей разветвленной магнитной цепи в узле равна нулю.
2-й закон Кирхгофа: МДС неразветвленной неоднородной магнитной цепи равна арифметической сумме падений магнитных напряжений на отдельных ее участках.
.
Принцип расчета магнитных цепей постоянного тока
Фр - магнитный поток рассеяния (он обычно мал).
ЗАДАНО: поток Ф, размеры магнитопровода, материал сердечника, марка стали, кривая намагничивания B(H).
ЗАДАЧА: Найти - намагничивающую силу обмотки, необходимую для создания этого магнитного потока Ф.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА:
Цепь разбивается на участки с таким расчетом, чтобы индукция и напряженность магнитного поля на протяжении участка оставалась неизменной;
По конструктивным размерам магнитопровода определяются lk и Sk;
Предполагается, что поток Ф на каждом участке одинаков;
По заданному магнитному потоку Ф определяем индукцию на каждом участке
;
Затем, зная Bk по кривой намагничивания определяем Hk
Зная Hk, по закону полного тока находим МДС
и находим ток .
Подобные документы
Основные критерии классификации магнитных материалов. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Свойства ферритов и магнитодиэлектриков. Магнитные материалы специального назначения. Анализ магнитных цепей постоянного тока.
курсовая работа [366,4 K], добавлен 05.01.2017Магнитные поля и химический состав звёзд (гелиевых, Si- и Am–звёзд, SrCrEu-звёзд). Магнитные поля звёзд-гигантов, "белых карликов" и нейтронных звёзд. Положения теории реликтового происхождения поля и теории динамо-механизма генерации магнитного поля.
курсовая работа [465,3 K], добавлен 05.04.2016Основные элементы электрической цепи, источник ЭДС и источник тока. Линейные цепи постоянного тока, применение законов Кирхгофа. Основные соотношения в синусоидальных цепях: сопротивление, емкость, индуктивность. Понятие о многофазных электрических цепях.
курс лекций [1,2 M], добавлен 24.10.2012Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010Понятие и действие магнитного поля, его характеристики: магнитная индукция, магнитный поток, напряжённость, магнитная проницаемость. Формулы магнитной индукции и правило "левой руки". Элементы и типы магнитных цепей, формулировка их основных законов.
презентация [71,7 K], добавлен 27.05.2014Исследование сущности магнитного поля, которое создаётся движущимися электрическими зарядами. Особенности магнитных линий - очертаний, образовавшиеся под воздействием магнитных сил. Признаки магнитной индукции - величины характеризующей магнитное поле.
презентация [786,7 K], добавлен 13.06.2010Анализ неразветвленных и разветвленных магнитных цепей. Трансформаторы, асинхронные и синхронные электрические машины. Разработка задач по нелинейным электрическим цепям. Выпрямители, магнитные цепи постоянного потока, электромагнитные устройства.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 25.09.2012Особенности экспериментальной проверки законов Кирхгофа. Сущность основных свойств линейных цепей постоянного тока. Проверка принципа наложения и теоремы об эквивалентном генераторе. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 29.06.2012Определение наличия и направления магнитного поля метки. Создание постоянного магнитного поля, компенсирующего действие постоянных внешних магнитных полей. Принципиальная схема зарядно-разрядного узла устройства. Определение разряда накопительной емкости.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015Классификация и основные принципы действия магнитных усилителей. Двухтактные магнитные усилители. Управление величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Схемы автоматического регулирования электродвигателей переменного тока.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 01.06.2012
