Исследование вебер-амперных характеристик магнитных цепей постоянного тока

Работа 4. Исследование магнитной цепи постоянных токов 4.1 Цель работы Изучить методы и приборы измерения магнитной индукции и магнитного потока и исследовать вебер-амперные характеристики магнитных цепей постоянного тока. 4.2 Краткие теоретические сведения Часть электротехнического устройства, предназначенного для создания в его рабочем объеме магнитного поля заданной интенсивности и конфигурации, называют магнитным кругом. Магнитное круг состоит из элементов, которые возбуждают магнитное поле (катушки, в которых протекает ток, постоянные магниты) и магнитопроводов, по которым замыкается магнитный поток. Элементы, которые возбуждают магнитное поле по аналогии с электрической цепью, называют магнитно-движущими силами (м. р.с.) или намагничивая силами. Магнитопроводы выполняют роль «проводников» магнитного потока подобно проводникам электрического тока в электрических цепях. Магнитные свойства веществ определяются величиной магнитной проницаемости. Она является физической константой. В зависимости от величины магнитной проницаемости все вещества делятся на диамагнетики (медь, свинец, ртуть, алюминий и другие,); парамагнетики (кислород, углерод, некоторые соли кобальта и другие,) и ферромагнетики (железо с примесями, никель и другие, где Гн / м — магнитная проницаемость вакуума). Ферромагнетики используют для изготовления магнитопроводов магнитных цепей.
строительство частного дома в Днепре

Чем выше магнитная проницаемость, тем лучшим является магнитный материал, потому что при той же м. р.с. будет больше магнитный поток. Силовой характеристикой магнитного поля, которое является одной из форм электромагнитного поля, есть магнитная индукция В — среднее значение макроскопического магнитного поля, которое образуется в данной точке пространства как токами проводимости, так и имеющимися микротоками в теле намагниченного магнитопровода. Магнитное поле, созданное токами проводимости (движением свободных носителей электрических зарядов) и не зависящее от магнитных свойств среды, характеризуется вектором напряжённости магнитного поля. Зависимость между индукцией и напряженностью магнитного поля определяет магнитная проницаемость вещества: . /5.1/ Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл), а напряженности — ампер на метр, (А / м). Размер напряженности магнитного поля зависит от величины токов, которые возбуждают это магнитное поле в магнитной цепи. Поэтому при одной и той же напряженности Н величина магнитной индукции будет разной в магнитных кругах из различных материалов. Чтобы иметь большие значения индукции, магнитопроводы изготавливают из ферромагнетиков с большими значениями магнитной проницаемости (электротехническая сталь, пермаллой, ферриты и т. д.). Особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость между магнитной Р
ис.5.1. индукцией и напряженностью магнитного поля, то есть магнитная проницаемость не является постоянной величиной, а зависит от напряженности магнитного поля. Эту зависимость называют кривой намагничивания. Ее снимают экспериментально для каждого ферромагнетика, и в справочниках она представлена в виде графика В = f (H) или соответствующих таблиц. На рис.5.1 приведены зависимости B = f (H) для электротехнической стали и вакуума, для которого. Из приведенных графиков находим, что при напряженности магнитного поля 200 А / м индукция в стали, а в вакууме, в 4000 раз меньше. Итак, магнитопровод с электротехнической стали усиливает магнитную индукцию в 4000 раз по сравнению с вакуумом. При расчетах магнитную проницаемость воздуха принимают равной. Магнитное круг большинства электротехнических устройств (электрооборудования, реле, контакторов и т. д.) состоит из магнитопроводов и воздушных промежутков. Например, магнитопроводы и воздушные промежутки между статором и ротором электрических машин. а) б) Рис.5.2. На рис.5.2 изображен простой последовательное магнитное круг с воздушным промежутком l0. Магнитное поле в стальном сердечнике 1 возбуждается катушкой с током 2, магнитодвижущая сила которой F = IW, /5.2/ где И — ток в проводниках катушки, А; W — количество витков в катушке. Магнитодвижущая сила F возбуждает в стальном сердечнике длиной lF и в воздушном промежутке длиной l0 соответствии магнитные индукции BF и. Если магнитную индукцию в поперечном сечении магнитопровода считать постоянной величиной, то магнитный поток в сердечнике , /5.3/ где SF — площадь поперечного сечения магнитопровода, м2. При небольших значениях воздушных промежутков (l0 <0,001 м) можно пренебречь замыканием («розпертям») магнитного потока по бокам магнитопровода и считать, что , /5.4/ где Sl — поперечное сечение воздушного промежутка. Так как и, то ВL = ВF, есть магнитная индукция в стальном сердечнике и в воздушном промежутке l0 считаются равными: ВF = ВL = В. Напряженность магнитного поля в магнитопроводе, а в воздушном промежутке — . Поскольку, то напряженность HF значительно меньше напряженности НL:. Расчеты магнитных цепей по аналогии с расчетами электрических цепей проводят на основании законов Ома и Кирхгофа, приравняв намагничивая силу F в э, а магнитный поток Ф — в силу тока И. Поэтому закон Ома для неразветвлённой магнитной цепи будет иметь вид , /5.5/ где Ф — магнитный поток; — Магнитное сопротивление цепи. Магнитное сопротивление состоит из магнитных сопротивлений участков цепи. Магнитное сопротивление участка зависит от магнитной проницаемости участка и от ее геометрических размеров: , /5.6/ где lд — длина магнитных силовых линий в области; Sд — поперечное сечение участка. Для круга, приведенного на рис.5.2, магнитные опоры участков ; и уравнение /5.5/ можно представить в виде . /5.7/ Выражения /5.7/ соответствует схем замещения, приведенная на рис.5.3. На основании схемы замещения можно определить величину магнитного потока, а зная его, определяют магнитную индукцию, или, задавшись величиной В, определяют намагничивая силу катушки ИW. рис.5.3. Рис. 5.3. где — потокосцепления катушки; I и W — соответственно ток и число витков катушки