Магнитная цепь — последовательность магнетиков, по которым проходит магнитный поток. Различают замкнутые магнитные цепи, в которых магнитный поток почти полностью проходит в ферромагнитных телах, и с зазором (например, воздушным). Понятием магнитная цепь широко пользуются при электротехнических расчетах трансформаторов, электрических машин, реле и др. Простейшая магнитная цепь — сердечник кольцевой катушки.
Магнитодвижущая сила (МДС) — физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки. Используется при расчетах магнитных цепей; аналог ЭДС в электрических цепях.
Величина измеряется в амперах (СИ) или же в гилбертах (СГС), причём 1А = = 1,257 Гб. На практике для обозначения единицы МДС часто используется термин «ампер-виток», численно равный единице в СИ.
Магнитодвижущая сила в индукторе или электромагните вычисляется по формуле:
где ω — количество витков в обмотке, I — ток в проводнике.
Выражение для магнитного потока в магнитной цепи, также известное как закон Хопкинса, имеет следующий вид:
|
|
где — величина магнитного потока, — магнитное сопротивление проводника. Данная запись является аналогом закона Ома в магнитных цепях.
Классификация магнитных цепей.
По типу МДС
- магнитные цепи с постоянной МДС (магнитодвижущей силой)
- магнитные цепи с переменной МДС
По параметрам
- однородные мц, у которых на всей длине магнитные цепи сечение, материал и индукция одинаковой по всей длине мц
- неоднородные мц
По количеству источников МДС
- простые - сложные
По виду:
- разветвлённые мц - неразветвлённые
По наличию воздушных зазоров.
- замкнутые -разомкнутые
Основные законы магнитных цепей.
В основе расчета магнитных цепей лежат два закона
Таблица 1. Основные законы магнитной цепи
Наименование закона | Аналитическое выражение закона | Формулировка закона |
Закон (принцип) непрерывности магнитного потока | Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю | |
Закон полного тока | Циркуляция вектора напряженности вдоль произвольного контура равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром |
При анализе магнитных цепей и, в первую очередь, при их синтезе обычно используют следующие допущения:
- магнитная напряженность, соответственно магнитная индукция, во всех точках поперечного сечения магнитопровода одинакова
- потоки рассеяния отсутствуют (магнитный поток через любое сечение неразветвленной части магнитопровода одинаков);
|
|
- сечение воздушного зазора равно сечению прилегающих участков магнитопровода.
Это позволяет использовать при расчетах законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей, вытекающие из законов, сформулированных в табл. 1.
Таблица 2. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей
Наим. закона | Аналитическое выражение закона | Формулировка закона |
Первый закон Кирхгофа | Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитопровода равна нулю | |
Второй закон Кирхгофа | Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС, действующих в контуре | |
Закон Ома | где | Падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной равно произведению магнитного потока и магнитного сопротивления участка |
Сформулированные законы и понятия магнитных цепей позволяют провести формальную аналогию между основными величинами и законами, соответствующими электрическим и магнитным цепям, которую иллюстрирует табл.
Электрическая цепь | Магнитная цепь |
Ток | Поток |
ЭДС | МДС (НС) |
Электрическое сопротивление | Магнитное сопротивление |
Электрическое напряжение | Магнитное напряжение |
Первый закон Кирхгофа: | Первый закон Кирхгофа: |
Второй закон Кирхгофа: | Второй закон Кирхгофа: |
Закон Ома: | Закон Ома: |