Государственное автономное образовательное учреждение

среднего  профессионального образования

«Нижнекамский технологический колледж» 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по  дисциплине «Электротехника»

на  тему: «Магнитные цепи. Величины и законы, характеризующие магнитные поля в магнитных цепях» 
 
 
 
 

Выполнила:

обучающаяся группы № 603

Баранкова И.В.

проверила:

преподаватель

Камальтдинова А.М. 
 
 

г. Нижнекамск

2010

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 F - характеризуется числом силовых линий, пронизывающих поверхность площадью S.

Магнитное поле принято изображать силовыми линиями, направленными от северного к  южному полюсу магнита.

[F] = [ Вб] = [ В×с]. , где a - 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 m_a – абсолютная магнитная проницаемость среды.

m_r=m_a/m₀ – относительная магнитная проницаемость.

m₀=4p×10^-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 F₁, F₂, …, F_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;

a - 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 a - 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 m_r»1: медь, алюминий, изоляторы, воздух, вода и др.

Магнитные материалы (ферромагнетики) имеют m_r>>1: железо, никель, кобальт, сплавы – сталь, чугун и др.

Особенностью  ферромагнитных материалов является то, что относительная магнитная проницаемость m_r ¹ Const, а зависит от интенсивности магнитного поля.

Для ферромагнетиков  зависимости B(H), m(H) нелинейны.

B(H) - кривая намагничивания.  B₀=m₀H.

При циклическом  перемагничивании образуется петля  гистерезиса:

B_r – остаточная магнитная индукция; H_c – коэрцитивная сила.

Ферромагнетики  делятся на магнитомягкие (H_c< 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.

l_ст – 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 m_ст >> m₀ , 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

 

По аналогии можно записать законы Кирхгофа для  магнитных цепей.