Лекции по электротехнике Линейные цепи постоянного тока Закон Ома Источник ЭДС и источник тока Переходные процессы в электрических сетях Расчет неразветвленных магнитных цепей Трансформаторы

Магнитное поле и магнитные цепи

Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства

 По магнитным свойствам все материалы разделяют на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель и их сплавы и др.) и неферромагнитные материалы (все материалы, за исключением ферромагнитных).

 Особенностью неферромагнитных материалов является то, что зависимость между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля Н в них является линейной. Их абсолютная магнитная проницаемость есть величина постоянная и практически равна магнитной постоянной

 (7.1)

 Материалы, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующего состояния, называют ферромагнитными. Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Если перемагничивать образец в периодическом магнитном поле, то кривая  имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 7.1). Участок 0а является кривой намагничивания, поскольку поле возникает при нулевом значении индукции. Точки б и д соответствуют остаточной индукции , а напряженность в точках в и е называют задерживающей, или коэрцитивной, силой .

Рис. 7.1

 В зависимости от магнитной проницаемости ферромагнитные материалы разделяют на две группы:

 1) магнитомягкие с большой магнитной проницаемостью и с малой коэрцитивной силой . К ним относят электротехнические стали, пермаллой и ферриты;

2) магнитотвердые с малой магнитной проницаемостью, большой коэрцитивной силой   и большой остаточной индукцией  Тл.

 Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые сплавы.

 Ферромагнитные материалы играют важную роль в электротехнике, так как дают возможность при относительно небольших напряженностях получать сильные магнитные поля и конструировать электромагнитные устройства, обладающие заданными характеристиками.

Ферромагнитные магнитопроводы используют во всех электрических машинах, трансформаторах, электромагнитах, реле и др.

Закон полного тока и его применение для расчета магнитного поля

 Магнитной цепью называется совокупность магнитодвижущих сил (МДС), ферромагнитных тел или каких-либо иных сред, по которым замыкается магнитный поток.

 Произведение числа витков катушки на протекающий в ней ток называют магнитодвижущей силой (МДС)

, [А]. (7.2)

 МДС вызывает в магнитной цепи магнитный поток подобно тому, как ЭДС вызывает ток в электрической цепи. На схемах МДС указывают стрелкой, положительное направление которой совпадает с направлением движения правоходного винта, если его вращать по направлению тока в обмотке (рис. 7.2 а).

 Магнитная цепь, во всех сечениях которой магнитный поток одинаков, называется неразветвленной (рис. 7.2 б).


а) б) в) г)

Рис. 7.2

 В разветвленной магнитной цепи потоки на различных участках неодинаковы (рис. 7.2 в).

  Одним из основных законов, используемых при расчете магнитной цепи, является закон полного тока: циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов, которые охвачены этим контуром

.  (7.3)

 Если контур интегрирования охватывает  витков катушки, которым протекает ток I, то закон полного тока принимает вид

.  (7.4)

 Между величинами, характеризующими магнитные и электрические цепи, существует формальная аналогия. Эта аналогия распространяется и на методы расчета магнитных цепей. В электрических цепях постоянные токи возникают под действием ЭДС. В магнитных цепях магнитные потоки создаются МДС обмоток. По аналогии с сопротивлением электрическому току часто используют сопротивление магнитному потоку, называемое магнитным сопротивлением.

 Рассмотрим неразветвленную магнитную цепь (рис. 7.3 а).

  По закону полного тока имеем

,  (7.5)

где  – напряженности магнитного поля и длины однородных (постоянного сечения) участков.

Учитывая, что , а  уравнение (7.3) запишем в виде

 , (7.6)

где ; , Гн–1 – магнитные сопротивления участков.

 Уравнению (7.6) соответствует эквивалентная схема замещения магнитной цепи (рис. 7.3 б).

 Произведение магнитного потока на магнитное сопротивление назвают по аналогии с электрической цепью магнитным напряжением

 Из уравнения (7.4) определим магнитный поток и получим формулу, которая представляет собой закон Ома для магнитной цепи

.  (7.7)

Тогда для участка магнитной цепи без МДС

  (7.8)

 Ввиду нелинейности магнитного сопротивления применять закон Ома для ферромагнитных участков нельзя. Его можно применять только для участков с воздушными зазорами.

 Для разветвленных магнитных цепей справедливы законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа – алгебраическая сумма магнитных потоков в узле равна нулю

.

  Второй закон Кирхгофа – алгебраическая сумма МДС в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений магнитных напряжений на участках этого контура

.


Рассмотрим разветвленную несимметричную магнитную цепь (рис. 7.4 а) и ее схему замещения (рис. 7.4 б).

Рис. 7.4

 Произвольно выбрав направление магнитных потоков в ветвях, запишем первый закон Кирхгофа

  или .

 Произвольно выбрав направление обхода контура (по часовой стрелке), запишем уравнения по второму закону Кирхгофа:

 для первого контура

или 

;

 для второго контура

или 

  .

УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Дискретизация и квантование аналоговых сигналов. Принцип аналого-цифровой обработки информации и сигналов. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Микропроцессор и микроЭВМ - составная часть современных радиоэлектронных систем. Функции, выполняемые микроЭВМ. Структурная схема микроЭВМ, назначение составных частей схемы. Принципы действия процессора, устройств оперативной и долговременной памяти, устройств управления, ввода и вывода информации. Применение микропроцессоров в устройствах обработки информации. Примеры цифровых устройств, используемых в РЭА. Цифровые фильтры, принцип действия и характеристики.
Параллельная работа синхронного генератора с сетью