Основные положения теории магнитных цепей

Методы расчета

Назначение и применение электромагнитов,

ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

Электромагниты

ЛЕКЦИЯ №10

6.1 Назначение и применение электромагнитов, методы расчета.

6.2 Основные положения теории магнитных цепей.

6.3 Сила тяги, статическая тяговая характеристика, механическая характеристика контактора.

6.4 Сила тяги электромагнита переменного тока. Короткозамкнутый виток.

Электромагнит предназначен для создания механической (тяговой) силы притяжения между стальными полюсами за счет магнитного потока, создаваемого обмоткой с током. Очень часто электромагниты применяются как приводные элементы в электрических аппаратах: контакторы, реле, автоматы, электромагнитные муфты и т. д.

Строгое решение задач по расчету электромагнитов получают на основе теории электромагнитного поля. Существуют методы расчета

двух и трех мерных полей с применением ЭВМ (метод конечных элементов

и др.).

Однако в приближенных расчетах применяют методы, базирующиеся на теории магнитных цепей, где применяют схемы замещения подобные электрическим схемам. Решение задач сводят к простейшим формулам, которые получают на основе экспериментов и являются весьма приближенными, могут применяться только при некоторых допущениях для определённой магнитной цепи. Но они дают представление о физике процессов в электромагните.

Магнитная цепь

Под магнитной цепью понимается устройство из нескольких ферромагнитных тел, которые служат для усиления магнитного поля и образования пути замыкания магнитного потока Ф_М.

На рис. 37 показана магнитная цепь электромагнита, у которого неподвижная часть с обмоткой называется сердечником, а подвижная часть – якорем. δ – рабочий зазор, Ф_δ – рабочий магнитный поток. Ф_σ – потоки рассеяния, все которые не проходят через зазор δ, они равны Ф_σ=Ф_М–Ф_δ. Под действием тока в обмотке и МДС, равной F = Iw, возбуждается магнитный поток Ф_М, который стремится проходить по участкам с высокой магнитной проницаемостью μ.

Основной задачей расчета электромагнита, как правило, является определение МДС катушки по заданному рабочему потоку Ф_δ, который определяется по необходимой тяговой силе N _Э. Возможна и обратная задача.

Характеристики параметров и соотношений магнитной цепи

Таблица 2

Магнитная цепь	Эквивалентное обозначение в электрической цепи
Ф, Вб (В·с) – магнитный поток	I, А – сила тока
B, Тл – магнитная индукция, которая равна B = Ф/ S, где S, м^2 – сечение магнитопровода	j, А/м^2 – плотность тока
H, А/м – напряжённость магнитного поля	E, В/м – напряжённость электрического поля
μ = B/H, Гн/м – магнитная проницаемость вещества, μ0 = 4π10^-7, Гн/м – магнитная проницаемость зазора	g 0, 1/Ом·м – удельная электропроводность
F = Iw, А – магнитодвижущая сила	U (e), В – напряжение, ЭДС
, 1/Гн – магнитное сопротивление	R, Ом – электрическое сопротивление
, Гн – магнитная проводимость	G, 1/Ом – электрическая проводимость
, м/Гн – удельное магнитное сопротивление	ρ0, Ом·м – удельное электрическое сопротивление

, Вб – потокосцепление обмотки, w – число витков обмотки,

, Гн – индуктивность обмотки, которую можно найти по формуле

(60)

где R _М – магнитное сопротивление с учётом воздушного зазора.

Основные законы магнитной цепи

1 Закон полного тока. Циркуляция вектора напряженности H по замкнутому контуру (полный ток) равна результирующей МДС

действующей в этом контуре

(61)

Для однородного поля

2 Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма магнитных потоков в любом сечении магнитопровода (в узле) равна нулю

(62)

3 Второй закон Кирхгофа. Сумма падений магнитных потенциалов по замкнутому контуру равна сумме МДС, действующих в этом контуре (следует из закона полного тока)

(63)

Когда поток в отдельных участках магнитной цепи не меняется, тогда

(64)

4 Закон Ома для магнитной цепи, приведенной на рисунке 37, без учета потока рассеяния

(65)

где R _М.СТ и R _Мδ – магнитные сопротивления стального сердечника и воздушного зазора.

Дата добавления: 2014-01-20