Магнитные цепи и основные законы магнитных цепей.

Магнитные цепи

Всякий электромагнит состоит из стального сердечника – магнитопровода и намотанной на него катушки с витками изолированной проволоки, по которой проходит электрический ток.

Совокупность нескольких участков: ферромагнитных (сталь) и неферромагнитных (воздух), по которым замыкаются линии магнитного потока, составляют магнитную цепь.

Расчет магнитных цепей основывается на законе полного тока. Следствием этого закона являются законы Кирхгофа для магнитных цепей, аналогичные законам Кирхгофа для электрических цепей. Расчет магнитных цепей, выполненных из ферромагнитных материалов, аналогичен расчету электрических цепей с нелинейными элементами.

Для расчета магнитных цепей с участками из ферромагнитных материалов нельзя, в общем случае, пользоваться принципом наложения.

При изучении методов расчета магнитных цепей следует обратить особое внимание на два основных типа задач. В одних задачах обычно задается магнитный поток и требуется определить намагничивающие силы или токи и обмотках (прямая задача расчета магнитной цепи); в других задачах известны токи или намагничивающие силы обмоток, требуется найти магнитные потоки в соответствующих участках магнитной цепи (обратная задача расчета магнитной цепи). Задачи второго вида гораздо сложнее первых, так как для определения магнитных потоков по заданным нам намагничивающим силам чаще всего приходиться строить вспомогательные магнитные характеристики, представляющие собой зависимости магнитных потоков от магнитных напряжений соответствующих участков магнитной цепи.

Первый закон Кирхгофа для магнитных цепей гласит: алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитной цепи равна нулю.

Закон полного тока применяется к замкнутому контуру, образованному средними магнитными линиями магнитной цепи и имеет вид:

∫ H → ⋅ dl → = ∑ I⋅w ,

где

∫ H → ⋅ dl → = ∑ H⋅l – падение магнитного напряжения UM = H·l в контуре;

F= ∑ I⋅w – магнитодвижущая сила контура (м. д. с.).

Второй закон Кирхгофа для магнитных цепей сформулируем следующим образом: алгебраическая сумма магнитных напряжений UM = H·l в замкнутом контуре магнитной цепи ( ∑ U M =∑ H⋅l ) равна алгебраической сумме магнитодвижущих сил F = I·w в том же контуре ( ∑ F = ∑ I⋅w ) :

∑ U M = ∑ F

или

∑ H⋅l = ∑ I⋅w .

Задачи на расчет магнитной цепи могут быть двух видов: прямая задача на расчет магнитной цепи – когда задан поток и требуется рассчитать магнитодвижущую силу (м. д. с.) и обратная задача на расчет магнитной цепи – когда по заданной м. д. с. требуется рассчитать магнитный поток.

В обоих случаях должны быть известны геометрические размеры магнитной цепи и заданы кривые намагничивания ее материалов.