Цепи и сигналы. Эквивалентное преобразование источников конечной мощности
 Скачать 1.82 Mb.
|
Свойства ферромагнитных материалов, гистерезисШирокое применение ферромагнетиков в электротехнике обусловлено их способностью сильно намагничиваться и значительно усиливать внешнее магнитное поле. Практическое значение имеют особые свойства ферромагнитных материалов 1. Ферромагнетики легко и быстро намагничиваются. Относительная магнитная проницаемость μ достигает 105 и более. 2. С ростом напряженности внешнего магнитного поля Н магнитная индукция В и намагниченность J увеличиваются, но не пропорционально напряженности, поскольку магнитная проницаемость μ и магнитная восприимчивость κ зависят от напряженности (рис. 16.4). 3. Начиная с некоторого значения напряженности НS, происходит магнитное насыщение, то есть магнитная индукция достигает насыщения ВS и перестает расти с ростом напряженности. Это объясняется тем, что все элементарные магниты ориентировались в направлении поля. 4. Если после достижения насыщения уменьшать напряженность поля, то магнитная индукция будет уменьшаться, но кривая уменьшения будет отличаться от кривой возрастания. 5. При устранении внешнего магнитного поля (Н = 0) материал остается намагниченным, то есть В ≠ 0, то есть размагничивание как бы отстает от намагничивания. Это явление называют гистерезисом, что на греческом языке означает запаздывание. Значение магнитной индукции Br при Н = 0 называют остаточной намагниченностью. 6. Если изменить направление поля и увеличивать его напряженность, то при некоторой напряженности НС материал полностью размагнитится и В= 0. Значение напряженности магнитного поля НС, необходимое для полного устранения поля в материале, называют коэрцитивной силой . 7. Если продолжать увеличивать напряженность, происходит намагничивание в обратном направлении. 8. При циклическом перемагничивании с определенной частотой ферромагнитное вещество нагревается, то есть возникают потери энергии на перемагничивание. Замкнутая кривая В(Н) называется петлей магнитного гистерезиса. Циклическое перемагничивание при значениях Н и В, отличных от насыщения, тоже образует петли гистерезиса, лежащие внутри предельной петли. Вершины внутренних гистерезисных петель лежат на кривой, близкой к начальной кривой намагничивания, но не совпадающей с ней. Кривая, соединяющая вершины всех внутренних петель гистерезиса, называется основной кривой намагничивания. Различают две основных группы магнитных материалов: магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитотвердые материалы имеют большое значение остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Гистерезисная петля таких материалов – широкая (рис. 16.5, а). Такие материалы, будучи намагниченными, могут размагнититься только в очень сильных полях, поэтому их применяют для изготовления постоянных магнитов. Магнитомягкие материалы имеют большую магнитную проницаемость и малое значение коэрцитивной силы (узкая петля гистерезиса) (рис. 16.5, б). Благодаря малой коэрцитивной силе такие материалы легко размагничиваются, что очень важно при работе в цепях переменного тока. Из этих материалов изготавливают сердечники катушек, магнитопроводы электрических машин и аппаратов. Проводники с током в магнитном полеЕсли в магнитное поле поместить проводник, по которому протекает ток, то он создает свое поле. Поля магнита и проводника с током, взаимодействуя между собой, создают силу, которая стремится вытолкнуть проводник из поля. Сила, действующая на проводник с током, равна произведению магнитной индукции, тока и длины той части проводника, которая находится в поле . Направление этой силы определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока, то большой палец укажет направление силы, приложенной к проводнику. Если проводник перемещается в магнитном поле так, что он пересекает магнитные силовые линии, то в нем индуцируется электродвижущая сила. Направление этой ЭДС определяется по правилу правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы силовые линии были направлены в ладонь, а большой палец указывал направление перемещения проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индуцируемой э.д.с. Величина этой ЭДС пропорциональна величине индукции, длине проводника и скорости его перемещения: . Если проводник пересекает линии поля под некоторым углом α (рис.16.7), то ЭДС будет равна При α = 0 Е = 0, так как проводник перемещается вдоль силовых линий, не пересекая их. При α = 90о . При изменении тока в проводнике, витке или катушке изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока индуцирует в проводнике (витке, катушке) ЭДС. В замкнутой электрической цепи с наведенной в ней ЭДС протекает ток, направление которого определяется правилом Ленца: индуцированный в проводнике ток всегда направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует полю, вызвавшему его. ЭДС, индуцируемая таким образом, называется ЭДС самоиндукции и определяется по формуле . Знак минус показывает, что ЭДС самоиндукции противодействует вызвавшему ее полю. Здесь dФ – величина, на которую изменяется магнитный поток при изменении времени на dt, w – число витков в катушке. Произведение величины магнитного потока, пронизывающего витки катушки, на число витков называется потокосцеплением. Если катушка не имеет ферромагнитного сердечника, то потокосцепление пропорционально силе тока: , где L – индуктивность катушки. Величину э.д.с. самоиндукции можно выразить через индуктивность: . Расчет магнитных цепей Магнитное поле, явления самоиндукции и взаимной индукции широко используются в различных электротехнических устройствах. При этом магнитное поле стремятся усилить и сосредоточить в контуре. Для этого применяют магнитопроводы, изготовляемые из различных ферромагнитных материалов, в которых при наличии намагничивающей силы возникает магнитный поток. Большая часть магнитного потока будет замыкаться по магнитопроводу. Сочетание магнитопроводов и воздушных зазоров, в которых распространяется магнитный поток, составляет магнитную цепь электрической машины, аппарата или устройства.
Магнитные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными в зависимости от конструктивных особенностей электротехнических устройств (рис. 16.8). В неразветвленных магнитных цепях магнитный поток Ф одинаков на всех участках цепи. В разветвленной цепи потоки могут быть различны. Разветвленные цепи можно подразделить на симметричные и несимметричные. Симметричную магнитную цепь мысленно можно разбить на неразветвленные участки так, что во всех этих участках магнитный поток будет одинаков. Для несимметричной цепи этого сделать нельзя. Расчет магнитных цепей сводится к решению двух типов задач. 1. По заданному магнитному потоку в той или иной части магнитной цепи определяют намагничивающую силу, необходимую для создания этого потока (прямая задача). 2. По заданным намагничивающим силам находят распределение магнитных потоков в различных участках магнитной цепи. Рассмотрим решение этих задач для различных типов магнитных цепей. |