Понятие магнитной цепи

МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ. ЗАКОНЫ И ПАРАМЕТРЫ

МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

Понятие магнитной цепи

Контур с током или катушка с числом витков , по которой протекает ток , являются источниками магнитного поля (рис.6.1). Для определения характеристик магнитного поля (вектора магнитной индукции или вектора напряженности магнитного поля) в любой точке пространства необходимо решить достаточно сложную задачу расчета электромагнитного поля.

В электрических цепях удается создать пути для электрического тока, что является результатом весьма большого различия удельной проводимости проводников и проводимости окружающей их изолирующей среды (). Поэтому можно пренебречь током утечки в изолирующей среде и считать, что весь ток протекает только по проводнику. Подобно тому, как это делается в электрических цепях, стремятся создать определенный путь и для магнитного потока. Экспериментально установлено, что магнитные силовые линии стремятся проходить в среде с большим значением магнитной проницаемости (такие среды называют ферромагнетиками). Располагая тела из ферромагнитного материала в среде со значительно меньшей магнитной проницаемостью, например, в воздухе или в немагнитном материале с проницаемостью (), создают определенный путь для прохождения магнитного потока. В дальнейшем магнитную проницаемость ферромагнитных веществ будем обозначать символом , опуская индекс “Fe”.

Магнитной цепью называется совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, по которым замыкаются линии вектора магнитной индукции и которая может быть описана на основе интегральных понятий о магнитодвижущей силе (м.д.с.) и магнитном потоке .

Примером простейшей магнитной цепи является катушка с замкнутым ферромагнитным сердечником (рис.6.2). Магнитный поток , протекающий по сердечнику, называется основным магнитный потоком.

Так как отношение , характерное для магнитных цепей, не столь значительно, как отношение проводимостей проводников и изолирующей среды для электрических цепей, то следует учитывать, что часть магнитного потока замыкается по воздуху. Этот магнитный поток назовем магнитным потоком рассеяния .

Наличие потока рассеяния приводит к необходимости рассматривать магнитные цепи в общем случае как цепи с распределенными параметрами поскольку магнитный поток различен во всех сечениях сердечника.

Еще одним важным свойством магнитных цепей является их нелинейность. Действительно, магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля () и, следовательно, от токов контуров и катушек, создающих это поле. В сильных полях с увеличением напряженности магнитного поля в сердечнике магнитная проницаемость материала сердечника существенно уменьшается. Это обстоятельство приводит к увеличению отношения потока рассеяния к основному потоку. При разделение потока на основной поток и поток рассеяния теряет смысл. Одновременно теряет смысл понятие о магнитной цепи, и задача о распределении векторов и в пространстве должна в этом случае ставиться и решаться как задача расчета электромагнитного поля.

При переменной м.д.с. в соответствии с законом электромагнитной индукции проявляется эффект перераспределения магнитного потока по сечению. Вследствие этого в сердечнике создаются области с различной напряженностью магнитного поля и, следовательно, различной магнитной проницаемостью. Это обстоятельство еще более затрудняет расчеты магнитных цепей при рассмотрении всего комплекса электромагнитных явлений, протекающих в них. В то же время, значительные упрощения могут быть получены при сужении круга рассматриваемых явлений.

Таким образом, обоснованное применение понятия о магнитной цепи и математического аппарата ее расчета возможно лишь при правомерности целого ряда упрощающих предположений.

В дальнейшем будем предполагать справедливость следующих допущений:

· считаем, что магнитная проницаемость цепи не зависит от напряженности магнитного поля и, следовательно, от тока, т.е. будем рассматривать магнитную цепь как линейную;

· пренебрегаем потоками рассеяния , рассматривая магнитную цепь как цепь с сосредоточенными параметрами;

· считаем, что основной магнитный поток равномерно распределен по сечению магнитопровода.