Особенности магнитных цепей

Магнитной цепью называют конструкцию на основе ферромагнитного материала, предназначенную для создания магнитных полей заданной конфигурации и интенсивности. Примером простейших магнитных цепей являются кольцевые (тороидальные) и трехстержневые магнитопроводы (рис. 3.9.2, а> б). Магнитная цепь, используемая в измерительных приборах, приведена па рис. 3.9.2, в. Она состоит из постоянного магнита и подвижной катушки, расположенной на ферромагнитном цилиндре. При протекании через катушку постоянного тока создается вращающий момент, что вызывает поворот цилиндра на определенный угол. Более сложную магнитную цепь имеют генераторы и электродвигатели. По топологическому признаку различают неразветвленные (см. рис. 3.9.2, а) и разветвленные (см. рис. 3.9.2, б) магнитные цепи.

Магнитное поле создается (возбуждается) катушкой с током (см. рис. 3.9.2, а, б) или постоянным магнитом (см. рис. 3.9.2, в).

Если через провод пропустить постоянный ток, то вокруг него создается постоянное магнитное поле, которое можно представить в виде непрерывных магнитных линий вектора индукции В. Совокупность линий образует магнитный поток Ф. Если провод разместить на магнитоироводе в виде обмотки (катушки), то основной поток, создаваемый каждым ее витком, будет циркулировать по магнитопроводу. Результирующий поток, создаваемый всеми витками w обмотки, называется потокосцеплением, при этом

Рис. 3.9.2. Простейшие магнитные цени:

а — в виде тороидального магнитопровода; б — в виде трехстержневого магнитопровода; в — цепь из постоянного магнита и подвижной катушки, расположенной на ферромагнитном цилиндре где L — индуктивность катушки; i — протекающий через нее ток; Ф_к = BS; S — площадь сечения магнитопровода.

Магнитодвижущей силой (МДС) катушки с током называют произведение числа витков па протекающий по ней ток: F= wl. Если в электрической цепи ЭДС создает ток, то в магнитной цепи МДС вызывает магнитный поток. Положительное направление МДС определяется по направлению движения часовой стрелки (правило буравчика).

Закон полного тока. Этот закон устанавливает количественную связь между напряженностью магнитного поля и токами: линейный интеграл от вектора напряженности магнитного вдоль любого замкнутого контура равен алгебраической сумме токов, охваченных этим контуром: j>Hdl = X/. Линейный интеграл между двумя точками а и b магнитной цепи называют падением магнитного напряжения:

Если на этом участке вектор Н совпадает по направлению с элементом пути dl и значение напряженности магнитного поля равно Н = const, то магнитное напряжение U_ah = HI_ab, где l_ah — длина участка. Если участок ab содержит N элементарных участков, на каждом из которых напряженность постоянна и равна Н_п, то.

где /_п — длина п-го участка.

Законы Кирхгофа для магнитных цепей. Согласно первому закону алгебраическая сумма потоков в узле равна нулю:

По второму закону алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС:

Второй закон по своей сути является частным случаем закона полного тока.

Перед составлением уравнений для магнитной цепи выбираются положительные направления потоков и обхода контуров. Если направления магнитного потока и МДС совпадают с направлением обхода, указанные величины входят в уравнение со знаком «+», в противном случае — указывается знак «-». Цель анализа — определение магнитного потока или МДС магнитной цепи.

Таким образом, если для электрических цепей основными величинами являются ток и напряжения, то для магнитных цепей таковыми служат магнитный поток и магнитодвижущая сила.